(57)【要約】  一実施例では、例示的な物品は、波長選択フィルタに光学的に結合された空間的に変異する微細複製層を備えることができる。この波長選択フィルタは、光入射角依存性光学帯域を有することができる。上記の空間的に変異する微細複製層は、第１の所定の入射角で波長選択フィルタの第１の光学領域に対して、また第２の所定の入射角で波長選択フィルタの第２の光学領域に対して、光を伝達するように構成することができる。
2019518243.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光入射角依存性光学帯域を有する波長選択フィルタと、
前記波長選択フィルタに光学的に結合された空間的に変異する微細複製層と、を備える物品であって、
前記空間的に変異する微細複製層は、第１の所定の入射角で前記波長選択フィルタの第１の光学領域に対して光を伝達し、第２の所定の入射角で前記波長選択フィルタの第２の光学領域に対して光を伝達するように構成されている、物品。
【請求項２】
前記空間的に変異する微細複製層は、複数の所定の入射角のうちのそれぞれの所定の入射角で、前記波長選択フィルタの複数の光学領域のうちの各光学領域に光を伝達するように構成されており、
前記複数の光学領域は、前記第１及び第２の光学領域を含み、前記複数の所定の入射角は、前記第１及び第２の所定の入射角を含む、請求項１に記載の物品。
【請求項３】
前記複数の所定の入射角のうちの各所定の入射角は、前記波長選択フィルタの前記角度依存性光学帯域を、複数の所定のシフトされた帯域のうちのそれぞれの所定のシフトされた帯域にシフトするように構成されている、請求項１に記載の物品。
【請求項４】
前記空間的に変異する微細複製層は、複数の微細複製フィーチャを含み、前記複数の微細複製フィーチャのうちの各微細複製フィーチャは、前記それぞれの所定の入射角でそれぞれの光学領域に光を伝達する、請求項２又は３に記載の物品。
【請求項５】
前記複数の微細複製フィーチャは、複数の下位群をなす微細複製フィーチャを含み、各下位群をなす微細複製フィーチャは、前記それぞれの所定の入射角で前記それぞれの光学領域に光を伝達する、請求項４に記載の物品。
【請求項６】
前記複数の微細複製フィーチャのうちの各それぞれの微細複製フィーチャは、前記それぞれの微細複製フィーチャによって前記波長選択フィルタの前記それぞれの光学領域に伝達される光の前記光入射角を決定する光曲げ角度を規定する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の物品。
【請求項７】
前記複数の微細複製フィーチャのうちの各微細複製フィーチャは、プリズム、角度制限素子、又はコリメーション素子、のうちの１つ以上を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の物品。
【請求項８】
前記波長選択フィルタにおいて、少なくとも一つのシフトされない領域が、前記空間的に変異する微細複製層を透過しない光を受信するように構成される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の物品。
【請求項９】
前記微細複製層は、前記入射角を実質的に変化させることなく、光を前記波長選択フィルムに伝達するように構成された平坦化領域を含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の物品。
【請求項１０】
前記波長選択フィルタは、多層光学フィルムを含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の物品。
【請求項１１】
前記多層光学フィルムは、干渉フィルムを含む、請求項１０に記載の物品。
【請求項１２】
前記複数の光学領域は、少なくとも１つの反射領域を含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の物品。
【請求項１３】
前記複数の光学領域は、少なくとも１つの透過領域を含む、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の物品。
【請求項１４】
前記波長選択フィルタに光学的に結合された光センサを更に備え、前記光センサは複数の感知素子を含み、前記複数の感知素子のうちの各感知素子は、前記波長選択フィルムの前記複数の光学領域のうちの少なくとも１つの光学領域からの光を感知するように構成されている、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の物品。
【請求項１５】
前記複数の感知素子のうちの少なくとも１つの感知素子は、前記少なくとも１つの光学領域から反射された光を感知するように構成されている、請求項１４に記載の物品。
【請求項１６】
前記複数の感知素子のうちの少なくとも１つの感知素子は、前記少なくとも１つの光学領域を透過した光を感知するように構成されている、請求項１４に記載の物品。
【請求項１７】
前記光学帯域は、反射帯域、透過帯域、狭帯域、広帯域、可視帯域、近赤外線帯域、通過帯域、又は阻止帯域のうちの１つ以上を含む、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の物品。
【請求項１８】
第１の光入射角で第１の帯域端を有する波長選択フィルタと、
前記波長選択フィルタに光学的に結合された空間的に変異する微細複製層と、を備える物品であって、
前記空間的に変異する微細複製層は、複数の微細複製フィーチャを含み、前記複数の微細複製フィーチャのうちの少なくとも１つの微細複製フィーチャは、前記第１の光入射角で光を前記波長選択フィルタの第１領域に伝達するように構成されている、物品。
【請求項１９】
前記複数の微細複製フィーチャは、複数の下位群をなす微細複製フィーチャを含み、前記下位群をなす微細複製フィーチャのうちの少なくとも第１の下位群は、前記少なくとも１つの微細複製フィーチャを含み、前記第１の下位群をなす微細複製フィーチャのうちの各微細複製フィーチャは、前記第１の光入射角で前記波長選択フィルタの前記第１の領域に光を伝達するように構成されている、請求項１８に記載の物品。
【請求項２０】
前記波長選択フィルタは、第２の光入射角で第２の帯域端を有し、前記複数の微細複製フィーチャは、前記下位群をなす微細複製フィーチャのうちの少なくとも第２の下位群を含み、前記第２の下位群をなす微細複製フィーチャのうちの各微細複製フィーチャは、前記第２の光入射角で前記波長選択フィルムの第２の領域に光を伝達するように構成されている、請求項１８又は１９に記載の物品。
【請求項２１】
前記波長選択フィルタは、エッジフィルタ、ノッチフィルタ、又はくし形フィルタのうちの１つ以上を含む、請求項１８〜２０のいずれか一項に記載の物品。
【請求項２２】
前記波長選択フィルタは、偏光フィルタ又は非偏光フィルタを含む、請求項１８〜２１のいずれか一項に記載の物品。
【請求項２３】
試料を光源により照明して特徴的な光を得ることと、
前記特徴的な光を、波長選択フィルタに光学的に結合された空間的に変異する微細複製層に通過させて、複数の入射角のうちのそれぞれの入射角で前記波長選択フィルタの複数の領域のうちの各領域に、フィルタリングされた特徴的な光を伝達することであって、各それぞれの入射角は、複数の狭帯域のうちの既知の狭帯域と関連付けられている、ことと、
複数のセンサ素子のうちのそれぞれのセンサ素子において、前記波長選択フィルタの各それぞれの領域によって伝達された前記フィルタリングされた特徴的な光のそれぞれの強度を感知することと、
前記複数のセンサ素子によって感知された前記フィルタリングされた特徴的なスペクトルを、種に関連付けられた既知の基準スペクトルと、前記既知の基準スペクトルに対して各感知されたそれぞれの強度を曲線あてはめすることによって比較することであって、前記曲線あてはめは、各々感知されたそれぞれの強度を、前記フィルタリングされた特徴的な光のそれぞれの強度を伝達したそれぞれの領域と関連付けられるそれぞれの狭帯域と関連付けられた、それぞれの予想される強度とマッチングさせることを含む、ことと、
前記比較に基づいて前記試料中の前記種の存在を判定することと、を含む、技法。
【請求項２４】
試料を広帯域光源により照明して特徴的な光を得ることと、
前記特徴的な光を光学フィルタに通過させて、複数の所定の角度のうちの各それぞれの所定の角度で、フィルタリングされた特徴的な光を広帯域のセンサに伝達することと、
前記フィルタリングされた特徴的な光の角度空間における累積スペクトルパワー分布を、各それぞれの所定の角度で伝達された前記フィルタリングされた特徴的な光のそれぞれの強度を感知することによって決定することと、
角度空間における前記累積スペクトルパワー分布を波長空間における累積スペクトルパワー分布に、前記光学フィルタの帯域端の角度分散に基づいて変換することと、
前記フィルタリングされた特徴的な光のスペクトルパワー分布を、波長空間における前記累積スペクトルパワー分布の数学的導関数を決定することによって決定することと、
前記スペクトルパワー分布を種の既知の基準スペクトルパワー分布と比較することと、
前記比較に基づいて前記試料中の前記種の存在を判定することと、を含む、技法。
【請求項２５】
光入射角依存性光学帯域を有する波長選択フィルタと、
前記波長選択フィルタに光学的に結合された空間的に変異する屈折構造層と、を備える物品であって、前記空間的に変異する屈折構造層は、第１の所定の入射角で前記波長選択フィルタの第１の光学領域に対して光を伝達し、第２の所定の入射角で前記波長選択フィルタの第２の光学領域に対して光を伝達するように構成されている、物品。
【請求項２６】
前記第１の所定の入射角及び前記第２の所定の入射角のうちの少なくとも１つは超臨界角である、請求項２５に記載の物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光学フィルタ及び光学フィルタを含むセンサに関する。この開示はまた、空間的に変異（spatially variant）する微細複製層（microreplicated layers）を有する光学フィルタにも関する。
【背景技術】
【０００２】
光学フィルタは、光通信システム、光センサ、撮像、科学及び産業用光学機器、及びディスプレイシステムなどの広範な用途に使用されている。光学フィルタは、光を含む入射電磁放射の透過を管理する光学層を備えることができる。光学フィルタは、入射光の一部を反射又は吸収し、入射光の別の部分を透過させることができる。光学フィルタ内の光学層は、波長選択性、光透過率、光学的透明度、光学ヘイズ、及び屈折率が異なることがある。
【０００３】
紫外線、可視及び近赤外線の感知及び通信アーキテクチャは、重要な多くのパラメータを決定するために使用し得るスペクトル情報を検出することができるセンサ（又はセンサアレイ）を含むことができる。更に、センサは、ＬｉＦｉ、ジェスチャ感知、及び他の多くのアプリケーションなどの可視光通信（ＶＬＣ又はＬｉｄａｒ）に使用することができる。フィルタ及びセンサのスペクトル選択性及び感度の改善が引き続き求められている。
【発明の概要】
【０００４】
本開示は、波長選択フィルタに光学的に結合された空間的に変異する微細複製層を含む例示的な物品を記載する。この波長選択フィルタは、光入射角依存性光学帯域を有することができる。上記の空間的に変異する微細複製層は、第１の所定の入射角で波長選択フィルタの第１の光学領域に対して、また第２の所定の入射角で波長選択フィルタの第２の光学領域に対して、光を伝達するように構成することができる。
【０００５】
本開示は、第１の光入射角で第１の帯域端を有する波長選択フィルタを含む例示的な物品を記載している。例示的な物品は、波長選択フィルタに光学的に結合された微細複製層を含んでもよい。微細複製層は、複数の微細複製フィーチャ（microreplicated features）を含むことができる。複数の微細複製フィーチャのうちの少なくとも１つの微細複製フィーチャは、第１の光入射角で波長選択フィルタの第１の領域に光を伝達するように構成することができる。
【０００６】
本開示は、特徴的な光（characteristic light）を得るために試料を光源で照明することを含む例示的な技法を記載している。光源は、広帯域、狭帯域又は多帯域のスペクトルを放射することができる。光源は、非偏光又は（直線、円、又は楕円）偏光を放射することができる。この例示的な技法は、特徴的な光を、波長選択フィルタに光学的に結合された空間的に変異する微細複製層に通過させて、複数の入射角のうちのそれぞれの入射角で波長選択フィルタの複数の領域のうちの各領域に、フィルタリングされた特徴的な光を伝達することを含むことができる。各それぞれの入射角は、複数の狭帯域のうちの既知の狭帯域と関連付けてもよい。この例示的な技法は、複数のセンサ素子のうちのそれぞれのセンサ素子において、波長選択フィルタの各それぞれの領域によって伝達されたフィルタリングされた特徴的な光のそれぞれの強度を感知することを含むことができる。この例示的な技法は、複数のセンサ素子によって感知されたフィルタリングされた特徴的なスペクトルを、種に関連付けられた既知の基準スペクトルと、既知の基準スペクトルに対して各感知されたそれぞれの強度を曲線あてはめすることによって比較することを含むことができる。この曲線あてはめは、各々感知されたそれぞれの強度を、フィルタリングされた特徴的な光のそれぞれの強度を伝達したそれぞれの領域と関連付けられるそれぞれの狭帯域と関連付けられた、それぞれの予想される強度とマッチングさせることを含むことができる。この例示的な技法は、上記の比較に基づいて、試料中の種の存在を判定することを含むことができる。
【０００７】
本開示は、特徴的な光を得るために広帯域光源により試料を照明することを含む例示的な技法を記載する。この例示的な技法は、特徴的な光を光学フィルタに通過させて、複数の所定の角度のうちの各それぞれの所定の角度で、フィルタリングされた特徴的な光を広帯域のセンサに伝達することを含むことができる。この例示的な技法は、フィルタリングされた特徴的な光の角度空間における累積スペクトルパワー分布を、各それぞれの所定の角度で伝達されたフィルタリングされた特徴的な光のそれぞれの強度を感知することによって決定することを含んでもよい。この例示的な技法は、角度空間における累積スペクトルパワー分布を、波長空間における累積スペクトルパワー分布に、光学フィルタの帯域端の角度分散に基づいて変換することを含むことができる。この例示的な技法は、波長空間における累積スペクトルパワー分布の数学的導関数を決定することによって、フィルタリングされた特性光のスペクトルパワー分布を決定することを含むことができる。この例示的な技法は、スペクトルパワー分布を種の既知の基準スペクトルパワー分布と比較することを含むことができる。この例示的な技法は、この比較に基づいて試料中の種の存在を判定することを含んでもよい。
【０００８】
本開示は、波長選択フィルタに光学的に結合された空間的に変異する屈折構造層を含む例示的な物品を記載する。この波長選択フィルタは、光入射角依存性光学帯域を有することができる。空間的に変異する屈折構造層は、第１の所定の入射角で波長選択フィルタの第１の光学領域に対して光を伝達し、また第２の所定の入射角で波長選択フィルタの第２の光学領域に対して光を伝達するように構成することができる。
【０００９】
本発明の１つ以上の態様の詳細は、添付の図面及び以下の説明に記載されている。本発明の他の特徴、目的及び利点は、以下の説明及び図面、並びに「特許請求の範囲」から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
以下の「発明を実施するための形態」と、添付の図面を併せて読むことによって、本発明の上記及び他の側面はより明らかになる。
【００１１】
【図１Ａ】例示的な光学フィルタを含む例示的な物品の概念的かつ概略的な横断面図である。
【００１２】
【図１Ｂ】例示的な光学フィルタを含む例示的な物品の概念的かつ概略的な横断面図である。
【００１３】
【図１Ｃ】例示的な光学フィルタを含む例示的な物品の概念的かつ概略的な横断面図である。
【００１４】
【図１Ｄ】例示的な光学フィルタを含む例示的な物品の概念的かつ概略的な上面図である。
【００１５】
【図１Ｅ】例示的な光学フィルタを含む例示的な物品の概念的かつ概略的な上面図である。
【００１６】
【図２Ａ】微細複製層のない例示的な光学フィルタの側面図を示す概念的かつ概略的な図である。
【００１７】
【図２Ｂ】図２Ａの例示的な光学フィルタの透視図を示す概念的かつ概略的な図である。
【００１８】
【図２Ｃ】図２Ａの例示的な光学フィルタの極角及び波長の関数として反射率を示すチャートである。
【００１９】
【図２Ｄ】図２Ａの例示的な光学フィルタの極角及び波長の関数として透過率を示すチャートである。
【００２０】
【図３Ａ】コリメーション構造を含む例示的な光学フィルタの分解側面図を示す概念的かつ概略的な図である。
【００２１】
【図３Ｂ】図３Ａの例示的な光学フィルタの透視図を示す概念的かつ概略的な図である。
【００２２】
【図３Ｃ】図３Ａの例示的な光学フィルタの極角及び波長の関数として反射率を示すチャートである。
【００２３】
【図３Ｄ】図３Ａの例示的な光学フィルタの極角及び波長の関数として透過率を示すチャートである。
【００２４】
【図４Ａ】デコリメーション構造を含む例示的な光学フィルタの分解側面図を示す概念的かつ概略的な図である。
【００２５】
【図４Ｂ】図４Ａの例示的な光学フィルタの透視図を示す概念的かつ概略的な図である。
【００２６】
【図４Ｃ】図４Ａの例示的な光学フィルタの極角及び波長の関数として反射率を示すチャートである。
【００２７】
【図４Ｄ】図４Ａの例示的な光学フィルタの極角及び波長の関数として透過率を示すチャートである。
【００２８】
【図５Ａ】０°のプリズムを含む微細複製フィーチャを備えた例示的な光学フィルタによる光分散の概念的かつ概略的な図である。
【００２９】
【図５Ｂ】図５Ａの例示的な光学フィルタの極角及び波長の関数として反射率を示すチャートである。
【００３０】
【図５Ｃ】図５Ａの光学フィルタのスペクトルを試料の基準スペクトルと比較したチャートである。
【００３１】
【図５Ｄ】図５Ａの例示的な光学フィルタによってフィルタリングされた信号のスペクトルを示すチャートである。
【００３２】
【図６Ａ】２０°プリズムを含む微細複製フィーチャを備えた例示的光学フィルタによる光分散の概念的かつ概略的な図である。
【００３３】
【図６Ｂ】図６Ａの例示的な光学フィルタの極角及び波長の関数として反射率を示すチャートである。
【００３４】
【図６Ｃ】図６Ａの光学フィルタのスペクトルを試料の基準スペクトルと比較したチャートである。
【００３５】
【図６Ｄ】図６Ａの例示的な光学フィルタによってフィルタリングされた信号のスペクトルを示すチャートである。
【００３６】
【図７Ａ】４０°のプリズムを含む微細複製フィーチャを備えた例示的な光学フィルタによる光分散の概念的かつ概略的な図である。
【００３７】
【図７Ｂ】図７Ａの例示的な光学フィルタの極角及び波長の関数として反射率を示すチャートである。
【００３８】
【図７Ｃ】図７Ａの光学フィルタのスペクトルを試料の基準スペクトルと比較したチャートである。
【００３９】
【図７Ｄ】図７Ａの例示的な光学フィルタによってフィルタリングされた信号のスペクトルを示すチャートである。
【００４０】
【図８Ａ】６０°のプリズムを含む微細複製フィーチャを備えた例示的な光学フィルタによる光分散の概念的かつ概略的な図である。
【００４１】
【図８Ｂ】図８Ａの例示的な光学フィルタの極角及び波長の関数として反射率を示すチャートである。
【００４２】
【図８Ｃ】図８Ａの光学フィルタのスペクトルを試料の基準スペクトルと比較したチャートである。
【００４３】
【図８Ｄ】図８Ａの例示的な光学フィルタによってフィルタリングされた信号のスペクトルを示すチャートである。
【００４４】
【図９Ａ】７０°のプリズムを含む微細複製フィーチャを備えた例示的な光学フィルタによる光分散の概念的かつ概略的な図である。
【００４５】
【図９Ｂ】図９Ａの例示的な光学フィルタの極角及び波長の関数として反射率を示すチャートである。
【００４６】
【図９Ｃ】図９Ａの光学フィルタのスペクトルを試料の基準スペクトルと比較したチャートである。
【００４７】
【図９Ｄ】図９Ａの例示的な光学フィルタによってフィルタリングされた信号のスペクトルを示すチャートである。
【００４８】
【図１０Ａ】８０°のプリズムを含む微細複製フィーチャを備えた例示的な光学フィルタによる光分散の概念的かつ概略的な図である。
【００４９】
【図１０Ｂ】図１０Ａの例示的な光学フィルタの極角及び波長の関数として反射率を示すチャートである。
【００５０】
【図１０Ｃ】図１０Ａの光学フィルタのスペクトルを試料の基準スペクトルと比較したチャートである。
【００５１】
【図１０Ｄ】図１０Ａの例示的な光学フィルタによってフィルタリングされた信号のスペクトルを示すチャートである。
【００５２】
【図１１Ａ】ヘモグロビンを含む試料を通過する光について、図５Ａ〜図１０Ａの例示的な光学フィルタからの信号を組み合わせることによって得られたスペクトルを示すチャートである。
【００５３】
【図１１Ｂ】オキシヘモグロビンを含む試料を通過する光について、図５Ａ〜図１０Ａの例示的な光学フィルタからの信号を組み合わせることによって得られたスペクトルを示すチャートである。
【００５４】
【図１２Ａ】例示的なＧＢＯ（巨大複屈折光学（giant birefringence optics））フィルタの極角及び波長の関数として反射率を示すチャートである。
【００５５】
【図１２Ｂ】例示的なＧＢＯフィルタの極角及び波長の関数として透過率を示すチャートである。
【００５６】
【図１３Ａ】クロロフィルａ、β−カロテン及びクロロフィルｂのそれぞれの吸収スペクトルを示すチャートである。
【００５７】
【図１３Ｂ】図１２Ａの例示的なＧＢＯフィルタによってフィルタリングされたクロロフィルａ、β−カロテン、及びクロロフィルｂを含む試料組成物を通過する光の入射角の関数として累積スペクトルパワー分布を示すチャートである。
【００５８】
【図１３Ｃ】図１３Ｂのチャートを数学的に変換することによって得られた、波長の関数としてスペクトルパワー分布を示すチャートである。
【００５９】
【図１４】微細複製されたフィーチャ及び基板を含む例示的な光学フィルタを備えた例示的な物品の写真である。
【００６０】
本開示の特定の図の特徴は必ずしも原寸に比例して描かれているとは限らず、図は、本明細書に開示されている技法の非排他的な実施例を示していることを理解されたい。
【発明を実施するための形態】
【００６１】
光学フィルタは、反射光又は透過光のスペクトルを変更するために使用することができる。例えば、多層光学フィルム（ＭＯＦ、multilayer optical films）を光学フィルタで使用することができる。ＭＯＦは、多層薄膜技術を用いて作製することができ、ＭＯＦの波長範囲及び他の光学特性は、層の厚さ及び屈折率の範囲の関数とすることができる。しかし、ＭＯＦなどの光学フィルタの光学特性は、さまざまな内層の構造及び組成に依存するので、光学フィルタの光学特性を変更又は調整するには、製造プロセスに対する比較的高価な変更が必要となる場合がある。例えば、種々異なる光学特性を有する、製造すべき光学フィルタの各試料又はバッチごとに、製造プロセスを停止し、再較正し、そして再始動しなければならないことがある。
【００６２】
本開示は、例えば、基部となる光学フィルタの主表面上に微細複製層を適用することによって、ＭＯＦ及び他の光学フィルタの光学特性の製造後の調整又は下流での調整を可能にする例示的な技法及び光学フィルタを提供する。したがって、フィルムに入射する角度の範囲を、種々異なる光学特性に合わせて調整することができ、これによって、実質的にベースとなる又は基礎をなす光学フィルタが同じでも異なる光学応答を生成することができ、ベースとなる光学フィルタ自体の特性を変更する必要性を回避することができる。例えば、一回の稼働で製造されるベース光学フィルタのバッチは、ベース光学フィルタ上に適切な微細複製層を配置することによって、異なる所定の光学特性を有する種々異なる製品ラインにカスタマイズすることができる。
【００６３】
図１Ａは、例示的な光学フィルタを含む例示的な物品１０ａの概念的かつ概略的な横断面図である。いくつかの実施例では、例示的な光学フィルタは、空間的に変異する微細複製層１４に光学的に結合された波長選択フィルタ１２を備えることができる。いくつかの実施例では、空間的に変異する微細複製層１４は、光を波長選択フィルタ１２に伝達することができる。例示的な光学フィルタ又は波長選択フィルタ１２は、光センサ１８に光学的に結合してもよい。いくつかの実施例では、光センサ１８は、波長選択フィルタ１２を透過した光を感知することができる。例えば、光センサ１８は、波長選択フィルタ１２によって空間的に変異する微細複製層１４から受信され、波長選択フィルタ１２を透過した光を感知することができる。いくつかの実施例では、１つ以上の光学的に透明な接着剤の層を使用して、波長選択フィルタ１２、空間的に変異する微細複製層１４、及び光センサ１８のうちの１つ以上を光学的に結合することができる。光学的に結合された光学素子は、所定の光学特性、例えば所定の波長に対する強度を実質的に変化せずに、光を送受信することができる。光学素子は、光学素子間の光の透過を可能にするように互いに十分近接して配置することにより、あるいは、空気、ガラス、ポリマー、屈折媒体、光学的に透明な接着剤、ガイド、又は任意の好適な光学媒体を光学素子の各光透過面と受光面との間に配置することによって、光学的に結合することができる。いくつかの実施例では、波長選択フィルタ１２、空間的に変異する微細複製層１４、及び光センサ１８のうちの１つ以上が有する１つ以上の面を、第１の面によって透過又は反射された光が第２の面により受信されるように、互いに相対的に配置してもよい。いくつかの実施例では、波長選択フィルタ１２、空間的に変異する微細複製層１４、及び光センサ１８のうちの１つ以上を、光ガイド、フィルム、ミラー、光学的に透明な接着剤、又は他の光路によって光学的に結合することができる。いくつかの実施例では、光センサ１８によって感知された光は、光源によって照射された試料又は物体によって透過又は反射された光であってもよい。光は、可視光、紫外線、赤外線、又は近赤外線の波長、又は他の任意の波長のうちの１つ以上を含むことができる。光は、光センサ１８に到達する前に、波長選択フィルタ１２又は空間的に変異する微細複製層１４の一方又は双方によって透過又は反射することができる。
【００６４】
波長選択フィルタ１２は、光入射角依存性光学帯域を有することができる。波長選択フィルタ１２は、選択的透過、反射又は散乱帯域のうちの１つ以上を有することができる。例えば、波長選択フィルタ１２は、狭い透過帯域を有することができる。いくつかの実施例では、波長選択フィルタ１２は、所定の角度をシフトする干渉フィルタを含んでもよい。例えば、波長選択フィルタ１２としては、エッジフィルタ、ノッチフィルタ、又はくし形フィルタを挙げることができる。いくつかの実施例では、波長選択フィルタ１２は、干渉フィルタ、例えば、ＭＯＦ干渉フィルタ、又は巨大複屈折光学干渉フィルタを含むことができる。干渉フィルタとしては、無機層、有機層、等方性層、及びハイブリッド（例えば金属／誘電体積層体）を含み得る干渉フィルムを挙げることができる。干渉フィルタは、蒸着（例えば、蒸気、スパッタリング、及び原子層蒸着）、共押出、又は任意の他の好適な技法を使用して製造することができる。いくつかの実施例では、波長選択フィルタ１２は、ＭＯＦ、例えば、所定の透過帯域又は反射帯域を有する複数の光学層の多層誘電体積層体を含むことができる。例えば、複数の光学層のうちの各光学層は、所定の屈折率を有する誘電体材料を含んでおり、ＭＯＦのそれぞれの光学層の屈折率の間の差によって所定の光学帯域を生成することができる。いくつかの実施例では、ＭＯＦは、ポリマー層、複屈折層、反射体、部分反射体、吸収色素、吸収顔料、有機、無機、等方性又は異方性の材料のうちの１つ以上を含むことができる。例えば、これらの層は、押出し又は共押出しすることができる。波長選択フィルタ１２は、各々所定の屈折率を有する複数の層を含むことができる。いくつかの実施例では、波長選択フィルタ１２は、比較的高い屈折率（例えば、屈折率が約１．３又は約１．５を超える屈折率を有する）の層を備えてもよい。いくつかの実施例では、波長選択フィルタ１２は、比較的低い屈折率（例えば、約１．３又は約１．５未満の屈折率を有する）の層を備えてもよい。高屈折率層は、低屈折率層に比べて、光の角度のシフトがより小さくなる傾向があってもよい。いくつかの実施例では、角度シフトがより大きければ、波長選択フィルタ１２に関連する光学波長帯域の幅を増加させることができる。いくつかの実施例では、波長選択フィルタ１２は、１つ以上の光学帯域を有することができる。例えば、光学帯域は、反射帯域、透過帯域、狭帯域、広帯域、可視帯域、近赤外線帯域、通過帯域、又は阻止帯域のうちの１つ以上を含むことができる。波長選択フィルタ１２の１つ以上の光学帯域（例えば、透過又は反射）は、入射光の光入射角によって変化することができる。例えば、波長選択フィルタに関連付けられた光学帯域の１つ以上の帯域端は、光の入射角がシフトするにつれてシフトすることができる。例えば、バンドパス窓の中心は、入射角が波長選択フィルタ１２の表面への法線に対してゼロの場合の第１の波長付近から、ゼロを超える入射角では第２の波長にシフトすることができる。したがって、光の入射角を変化させることにより、異なる光学帯域を得ることができる。いくつかの実施例では、波長選択フィルタ１２は、比較的狭い光学帯域、例えば、１００ｎｍ未満又は５０ｎｍ未満の帯域幅によって分離された帯域端を有する光学帯域を有する。いくつかの実施例では、波長選択フィルタ１２は、比較的広い光学帯域、例えば、１００ｎｍを超える、２００ｎｍを超える、３００ｎｍを超える、又は５００ｎｍを超える帯域幅によって分離された帯域端を有する光学帯域を有する。いくつかの実施例では、波長選択フィルタ１２は、それぞれの帯域端を有する１つ以上の光学帯域を有してもよい。
【００６５】
いくつかの実施例では、波長選択フィルタ１２は、図１Ａに示すように、１つ以上の光学領域、例えば、第１の光学領域１２ａ、第２の光学領域１２ｂ、第３の光学領域１２ｃ、第４の光学領域１２ｄ、及び第５の光学領域１２ｅを有することができる。いくつかの実施例では、１つ以上の光学領域は、反射性又は透過性であってもよい。例えば、波長選択フィルタ１２の少なくとも１つの光学領域は、反射領域とすることができる。いくつかの実施例では、波長選択フィルタ１２の少なくとも１つの光学領域は、透過領域とすることができる。いくつかの実施例では、空間的に変異する微細複製層１４は、２を超える、５を超える、１０を超える、１００を超える、又は１，０００を超える領域を含むことができる。波長選択フィルタ１２の各光学領域は、空間的に変異する微細複製層１４の対応する所定の領域から光を受信することができる。いくつかの実施例では、空間的に変異する微細複製層１４は、光を第１の所定の入射角で波長選択フィルタの第１の光学領域１２ａに伝達し、光を第２の所定の入射角で波長選択フィルタの第２の光学領域１２ｂに伝達するように構成することができる。いくつかの実施例では、空間的に変異する微細複製層１４は、複数の所定の入射角のうちのそれぞれの所定の入射角で、波長選択フィルタ１２の複数の光学領域のうちの各光学領域に光を伝達するように構成することができる。例えば、上記複数の光学領域は、第１及び第２の光学領域１２ａ及び１２ｂを含み、上記複数の所定の入射角は、第１及び第２の所定の入射角を含んでもよい。いくつかの実施例では、複数の所定の入射角のうちの各所定の入射角は、波長選択フィルタの角度依存性光学帯域を、複数の所定のシフトされた帯域のうちのそれぞれの所定のシフト帯域にシフトするように構成することができる。
【００６６】
異なる角度で光を波長選択フィルタ１２に伝達するために、いくつかの実施例では、空間的に変異する微細複製層１４は、複数の微細複製フィーチャ１５を含むことができる。例えば、複数の微細複製フィーチャ１５は、プリズム、角度制限素子、又はコリメーション素子のうちの１つ以上を含むことができる。いくつかの実施例では、空間的に変異する微細複製層１４は、基材（図示せず）を含むことができる。例えば、１つ以上の微細複製フィーチャ１５は、基材の表面上に、又は基材のボリューム内に配置してもよい。いくつかの実施例では、基材は実質的に光学的に透明とすることができる。いくつかの実施例では、波長選択フィルタ１２は、微細複製フィーチャ１５の基材として機能することができる。微細複製フィーチャ１５又は基材は、ガラス、ポリマー、セラミック、誘電体、又は任意の他の好適な光学材料を含んでもよい。微細複製フィーチャ１５は、基材と共に製作してもよく、あるいは、光学的に透明な接着剤で基材に取り付けてもよく、そうでなければ基材上に保持してもよい。いくつかの実施例では、微細複製フィーチャ１５は、基材上に所定のパターンで配置してもよい。いくつかの実施例では、空間的に変異する微細複製層１４は、屈折構造又は微細複製フィーチャの複数の層を含むことができる。
【００６７】
微細複製フィーチャ１５は、その微細複製フィーチャ１５によって透過又は反射される光ビームの角度をシフトさせるために所定の形状を有することができる。例えば、図１Ａに示されるように、微細複製フィーチャ１５は、プリズム、レンズ、レンチキュラー素子、湾曲素子、丸みを帯びた素子、又は光の入射角をシフトすることができる任意の他の好適な素子を含むことができる。微細複製フィーチャ１５は、所定の軸に対して対称又は非対称であってもよい。微細複製フィーチャ１５の各々は、微細複製フィーチャの表面に入射する光ビームの角度を、透過して異なる角度に変化させることができる内部光学フィーチャを有することができる。例えば、微細複製フィーチャ１５の各々は、光ビームの角度を所定の範囲だけシフトさせる、プリズム角などの内部光路角度を規定することができる。いくつかの実施例では、微細複製フィーチャ１５のうちの１つ以上は、約０°〜約９０°、例えば、約０°、１０°、２０°、３０°、４０°、５０°、６０°、７０°、８０°、９０°、又は任意の他の好適な所定の角度の所定のプリズム面角（基材に対するプリズム面の傾斜）をそれぞれ呈してもよい。いくつかの実施例では、微細複製フィーチャ１５のうちの１つ以上は、各々、約０°〜約１８０°の所定のプリズム頂角（表面上の法線面内でプリズムの頂点によって画定される角度）を呈してもよい。プリズム面角又はプリズム頂角に応じて、プリズムは入射光を異なる角度で偏向させることができる。いくつかの実施例では、微細複製フィーチャ１５のうちの１つ以上は、同じ又は異なる屈折率、並びに同じ又は異なる光シフト角を有してもよい。いくつかの実施例では、空間的に変異する微細複製層１４は、異なる光シフト角、例えば異なるプリズム角を有する少なくとも２つの微細複製フィーチャ１５を含んでいる。したがって、異なる光シフト角を有する微細複製フィーチャ１５は、異なる角度で波長選択フィルタ１２の異なる領域に光を伝達することができる。いくつかの実施例では、複数の微細複製フィーチャ１５のうちの各微細複製フィーチャは、各所定の入射角でそれぞれの光学領域に光を伝達することができる。
【００６８】
いくつかの実施例では、複数の微細複製フィーチャ１５は、複数の下位群をなす複数の微細複製フィーチャを含むことができる。例えば、図１Ａに示すように、空間的に変異する微細複製層１４は、下位群１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、及び１６ｅを含んでもよい。いくつかの実施例では、空間的に変異する微細複製層１４は、２を超える、５を超える、１０を超える、１００を超える、１，０００を超える、１０，０００を超える下位群を含んでもよい。微細複製フィーチャの各下位群１６は、それぞれの所定の入射角でそれぞれの光学領域に光を伝達することができる。例えば、複数の微細複製フィーチャ１５の各々の微細複製フィーチャは、それぞれの微細複製フィーチャによって波長選択フィルタ１２のそれぞれの光学領域に伝達される光の光入射角を決定する光シフト角を規定することができる。
【００６９】
空間的に変異する微細複製層１４及び微細複製フィーチャ１５が上述されているが、いくつかの実施例では、空間的に変異する微細複製層１４は、表面レリーフ層により置き換えてもよい。例えば、表面レリーフ層は、所定の直径又はサグ深さを有する複数の光学素子又はビーズを含むことができる。いくつかの実施例では、表面レリーフ層は、空間的に異なっていなくてもよく、その代わりに実質的に空間的に均一であってもよい。いくつかの実施例では、層１４は、微細複製フィーチャ１５の代わりに屈折構造１５を含む空間的に変異する屈折構造を備えてもよい。
【００７０】
いくつかの実施例では、波長選択フィルタ１２の各光学領域は、空間的に変異する微細複製層１４のそれぞれの下位複数部又は領域によって伝達された光を受信することができる。例えば、図１Ａに示すように、空間的に変異する微細複製層１４の下位群１６ａは、第１の所定の角度で第１の光学領域１２ａに光を伝達し、空間的に変異する微細複製層１４の下位群１６ｂは、第２の所定の角度で第２の光学領域１２ｂに光を伝達してもよい。いくつかの実施例では、空間的に変異する微細複製層１４の各下位群１６ａ〜１６ｅは、光学領域１２ａ〜１２ｅのそれぞれの光学領域に各所定の角度で光を伝達することができる。上述したように、空間的に変異する微細複製層１４は、任意の数の好適な下位群を含んでもよく、波長選択フィルタ１２は、任意の数の好適な光学領域を含んでもよい。いくつかの実施例では、光学領域の数は、微細複製フィーチャ１５の下位群の数と同じであっても、より多くても、より少なくてもよい。例えば、２つ以上の微細複製フィーチャは、波長選択フィルタ１２の同じ光学領域に光を伝達することができ、波長選択フィルタ１２の複数の光学領域は、微細複製フィーチャ１５の同じ微細複製フィーチャ又は同じ下位群の微細複製フィーチャから伝達された光を受信することができる。
【００７１】
いくつかの実施例では、波長選択層１２は、シフトされない領域を含むことができる。例えば、図１Ｂは、例示的な光学フィルタを含む例示的な物品１０ｂの概念的かつ概略的な横断面図である。波長選択層１２のシフトされない領域１２ｅは、任意の微細複製フィーチャ又は空間的に変異する微細複製層１４の任意の領域に光学的に結合されなくてもよい。例えば、波長選択フィルタのシフトされない領域１２ｅは、空間的に変異する微細複製層１４を透過しない光を受信するように構成することができる。
【００７２】
いくつかの実施例では、空間的に変異する微細複製層１４は、１つ以上の平坦化された領域を含んでもよい。例えば、図１Ｃは、例示的な光学フィルタを含む例示的な物品１０ｃの概念的かつ概略的な横断面図である。図１Ｃに示す実施例では、空間的に変異する微細複製層１４は平坦化領域２４ａを含むことができる。平坦化領域２４ａは、入射角を実質的に変化させることなく、光を波長選択フィルム１２に伝達するように構成することができる。いくつかの実施例では、平坦化領域２４ａは、目標領域を平坦化するために、空間的に変異する微細複製層１４の目標領域上に光学材料の実質的に平坦な堆積物を含むことができる。例えば、平坦化の前に、標的領域は、少なくともいくつかの微細複製フィーチャ１５を呈してもよく、又は微細複製フィーチャを呈さなくてもよい。平坦化後、目標領域は、例えば、平坦化材料の屈折率が少なくともいくつかの微細複製フィーチャ１５の屈折率と一致することで、入射光を実質的に変化させないように、平坦化材料に埋め込まれた少なくともいくつかの微細複製フィーチャ１５を含むことができる。いくつかの実施例では、平坦化材料の屈折率は、微細複製フィーチャ１５の屈折率と一致しなくてもよい。１つ以上の平坦化領域は、空間的に変異する微細複製層１４の２次元表面領域にわたって延びることができる。例えば、図１Ｄは、例示的な光学フィルタを含む例示的な物品１０ｄの概念的かつ概略的な上面図である。図１Ｄに示すように、いくつかの実施例では、平坦化領域２４ａ及び第２の平坦化領域２４ｂはそれぞれ、所定の表面領域にわたって延びてもよい。いくつかの実施例では、微細複製フィーチャ１５の下位群は、空間的に変異する微細複製層１４のそれぞれの所定の表面領域にわたって延びてもよい。例えば、図１Ｅは、例示的な光学フィルタを含む例示的な物品１０ｅの概念的かつ概略的な上面図である。図１Ｅに示すように、いくつかの実施例では、下位群１６ａ、１６ｂ、及び１６ｃは、それぞれ波長選択フィルタ１２に光学的に結合された所定の領域にわたって延びてもよいが、波長選択フィルタ１２の領域は、空間的に変異する微細複製層１４のどの領域にも光学的に結合されない。
【００７３】
いくつかの実施例では、物品１０ａ〜１０ｅは、スペクトル選択吸収剤、例えば、染料又は顔料を更に含んでもよい。スペクトル選択吸収剤は、基材において、又は任意の他の層において、波長選択フィルタ１２、空間的に変異する微細複製層１４、微細複製フィーチャ１５、接着剤などの１つ又は双方に関する所定の選択された表面に又はバルク内に、均一な層で又は所定のパターンで、適用することができる。
【００７４】
空間的に変異する微細複製層１４は、式１に従って、内部光伝播角度θを、平らな表面からの内部伝播角度（θｆｌａｔ）より大きく、内部臨界角（θｃｒｉｔｉｃａｌ）より小さくすることができる。
θｆｌａｔ＜θ＜θｃｒｉｔｉｃａｌ  式１
【００７５】
更に、空間的に変異する微細複製層１４の微細複製フィーチャ１５は、下にある光学フィルタ上の光の入射角を変化させることによって波長をシフトさせることができ、それは式２によって特徴づけられる角度シフトを有しており、この式で、θは入射角、λθは角度θにおいて得られる波長、λ０は垂直入射における中心波長、ｎ０は入射媒体の屈折率、及びｎｆ＝フィルタの有効屈折率である。
λθ＜λ０（１−ｎ０／ｎｆ（ｓｉｎ２θ））１／２  式２
【００７６】
したがって、空間的に変異する微細複製層１４は入射角を変化させることができるので、光学フィルタ通過波長は、空間的に変異する微細複製層１４を波長選択フィルタ１２と光学的に結合することによってシフトさせることができる。いくつかの実施例では、空間的に変異する微細複製層１４は、波長選択フィルタ１２に超臨界角で光を導入することができる。更に、いくつかの実施例では、空間的に変異する微細複製層１４は、異なる領域又は位置で入射角を異なる範囲に変化させることができるので、空間的に変異する微細複製層１４と組み合わせた波長選択フィルタ１２は、異なる領域で異なる光学フィルタ通過波長を呈することができる。例えば、空間的に変異する微細複製層１４は、波長選択フィルタ１２に隣接して配置されて、角度の関数としてフィルタ帯域シフトを制限し、バンドパス角度開始位置又は範囲を変更し、異なる位置で異なるスペクトル応答を提供し、波長選択フィルタ１２の領域にわたる帯域端特性の２次元偏差をもたらす。
【００７７】
従って、波長選択フィルタ１２の製造後調整とは別に、本開示に係る例示的な物品は、異なる領域で異なる光学特性を示す空間的に変異する光学フィルタを提供することができる。更に、本開示に係る例示的な分光光度計は、異なる領域の異なる波長又は波長帯域の光をセンサの異なる画素、センサ素子、又はセンサ領域に伝達するように、光センサ１８に隣接して配置された空間的に変異する光学フィルタを含んでもよい。本開示に係る例示的な物品及び技法はハイパースペクトル撮像に使用され得るか、又は光源のスペクトル及び画像の双方をキャプチャするために使用することができる。したがって、センサのそれぞれの画素の駆動又は信号強度は、分光光度計に入射する光内の特定の波長又は波長帯域の強度に対応することができる。例えば、光干渉フィルタの固有角分散は、光学フィルタを適切なセンサと組み合わせることによって、スペクトル分析に使用することができる。これは、信号対雑音比、角度感度に影響を及ぼして、多機能センサを有効にするために使用することができる。この効果は、装飾的で省エネルギーの積層窓フィルム、及び血液分析及び関連するバイオメトリクスなどのセンサ用途に有用となることがある。修正された光学フィルタは、レンズを要さずに、フィルムフォーマットにおける単一波長ＬＥＤの角度発光を制御するために使用されてもよい。
【００７８】
したがって、いくつかの実施例では、波長選択フィルタ１２は第１の光入射角で第１の帯域端を有し、複数の微細複製フィーチャ１５のうちの少なくとも１つの微細複製フィーチャは、光を波長選択フィルタ１２の第１領域に第１の光入射角で伝達するように構成することができる。いくつかの実施例では、下位群をなす複数の微細複製フィーチャ１５のうちの少なくとも１つの下位群は、少なくとも１つの微細複製フィーチャを含むことができ、第１の下位群をなす微細複製フィーチャ１５のうちの各微細複製フィーチャは、第１の光入射角で波長選択フィルタ１２の第１領域に光を伝達するように構成してもよい。いくつかの実施例では、波長選択フィルタは、第２の光入射角で第２の帯域端を有し、第２の下位群をなす微細複製フィーチャ１５のうちの各微細複製フィーチャは、第２の光入射角で波長選択フィルム１２の第２領域に光を伝達するように構成してもよい。
【００７９】
波長選択フィルタ１２、例えば、波長選択フィルタ１２の１つ以上の光学領域によって透過又は反射された光は、光センサ１８によって感知することができる。例えば、図１Ａに示すように、光センサ１８は、複数の感知素子１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、及び１８ｅを含んでもよい。１つ以上の感知素子は、所定の波長、例えば、可視、紫外線、赤外線、又は近赤外線のスペクトル、又はそれらの組み合わせ、の所定の狭い又は広い波長帯域を感知するように構成することができる。いくつかの実施例では、光センサ１８の複数の感知素子のうちの各感知素子は、波長選択フィルム１２の複数の光学領域のうちの少なくとも１つの光学領域から受信された（例えば、透過又は反射された）光を感知するように構成することができる。例えば、図１Ａに示すように、第１の感知素子１８ａは、第１の光学領域１２ａを透過した光を感知し、第２の感知素子１８ａは、第２の光学領域１２ｂを透過した光を感知し、第３の感知素子１８ｃは、第３の光学領域１２ｃを透過した光を感知し、第４の感知素子１８ｄは、第４の光学領域１２ｄを透過した光を感知し、第５の感知素子１８ｅは第３の光学領域１２ｅを透過した光を感知することができる。いくつかの実施例では、光センサ１８は、センサアレイ、例えばＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体）又はＣＣＤ（電荷結合素子）アレイセンサを含んでもよい。いくつかの実施例では、光センサ１８は、２つ以上の個別センサを含むアレイを備えることができる。いくつかの実施例では、光センサ１８の少なくとも１つの感知素子は、光を波長選択フィルタ１２から受信しないで、周囲環境から、又は空間的に変異する微細複製層１４から直接受信してもよい。いくつかの実施例では、光センサ１８の複数の感知素子のうちの少なくとも１つの感知素子は、波長選択フィルタ１２の少なくとも１つの光学領域から反射された光を感知するように構成することができる。いくつかの実施例では、光センサ１８の複数の感知素子のうちの少なくとも１つの感知素子は、波長選択フィルタ１２の少なくとも１つの光学領域を透過した光を感知するように構成してもよい。光センサ１８は、光の感知された大きさ又は強度を示す電気信号を、例えば、コンピューティングデバイスに、それぞれのセンサ素子によって送信するように構成してもよい。いくつかの実施例では、電子デバイスが光センサ１８を含んでもよく、例えば、パーソナルコンピューティングデバイス、ラップトップ、デスクトップ、携帯電話、カメラ、外装又は内装自動車構成要素、医療機器、色分析装置、昼光センサ、分子アナライザ、ハンドヘルド電子デバイスなどを挙げることができる。
【００８０】
光センサ１８は、図１Ａに示されている例示的な物品１０ａにおいて波長選択層１２に隣接しているが、いくつかの実施例では、光センサ１８は波長選択層１２から比較的分離又は離れて位置又は配置してもよい。例えば、光センサ１８と波長選択層１２との間に他の層を配置することができる。いくつかの実施例では、光センサ１８は、波長選択層１２に光学的に結合されて、波長選択層１２を介して光を受信してもよい。いくつかの実施例では、光センサ１８は、波長選択層１２に光学的に結合されて、波長選択層１２の表面から反射された光を受信してもよい。例えば、再帰反射層又は再帰反射体は、空間的に変異する微細複製層１４から離れた表面に波長選択層１２に隣接して配置することができる。光源からの光は、空間的に変異する微細複製層１４と波長選択層１２の双方を透過し、再帰反射層によって光センサ１８に反射することができる。いくつかの実施例では、光源からの光は、物品１０ａ〜１０ｅを透過する前にサンプル試料を透過してもよい。いくつかの実施例では、光源及び光センサ１８は、互いに隣接して配置されて、再帰反射体によって反射された光源からの光が、実質的に同じ光路に沿って光源に戻るようにしてもよい。いくつかの実施例では、空間的に変異する微細複製層１４は、所定の反射画像パターンを最終的に光センサ１８に反射するように構成された所定のパターンを含むことができる。例えば、光センサ１８は、さまざまな空間的に変異する微細複製層１４からさまざまなスペクトルパターンを検出することができる。したがって、いくつかの実施例では、空間的に変異する微細複製層１４は、識別又は情報タグ、例えば、スペクトルバーコードを提示することができる。いくつかの実施例では、光センサ１８はスペクトルバーコードを感知し、感知されたスペクトル符号は、それぞれのスペクトル符号に関連付けられた要素のテーブルのうちのある要素にマッチングさせることができる。
【００８１】
いくつかの実施例では、上述の例示的な物品を使用して例示的な技法を実施することができる。例えば、例示的な技法は、特徴的な光を得るために、光源によって試料を照明することを含んでもよい。この例示的な技法は、特徴的な光を、波長選択フィルタに光学的に結合された空間的に変異する微細複製層に通過させて、複数の入射角のうちのそれぞれの入射角で波長選択フィルタの複数の領域のうちの各領域に、フィルタリングされた特徴的な光を伝達することを含むことができる。各々の入射角は、複数の狭帯域のうちの既知の狭帯域と関連付けてもよい。この例示的な技法は、複数のセンサ素子のうちのそれぞれのセンサ素子において、波長選択フィルタの各それぞれの領域によって伝達されたフィルタリングされた特徴的な光のそれぞれの強度を感知することを含むことができる。この例示的な技法は、複数のセンサ素子によって感知されたフィルタリングされた特徴的な光スペクトルを、既知の基準スペクトルに対して各々感知されたそれぞれの強度を曲線あてはめすることによって、種に関連付けられた既知の基準スペクトルと比較することを含むことができる。この曲線あてはめは、各々感知されたそれぞれの強度を、フィルタリングされた特徴的な光のそれぞれの強度を伝達したそれぞれの領域と関連付けられるそれぞれの狭帯域と関連付けられた、それぞれの予想される強度とマッチングさせることを含むことができる。いくつかの実施例では、強度の感知、及び強度に基づく曲線あてはめが上述されているが、この例示的な技法は、ピーク又は帯域端のようなスペクトル特徴の感知、及びそれぞれの予想スペクトル特徴に基づく曲線あてはめを含むことができる。この例示的な技法は、上記の比較に基づいて、試料中の種の存在を決定することを含むことができる。
【００８２】
例示的な技法は、特徴的な光を得るために広帯域光源で試料を照明することを含むことができる。この例示的な技法は、光学フィルタに特徴的な光を通過させて、複数の所定の角度のうちの各々所定の角度で広帯域のセンサにフィルタリングされた特徴的な光を伝達することができる。この例示的な技法は、各々所定の角度で伝達されたフィルタリングされた特徴的な光のそれぞれの強度を感知することによって、フィルタリングされた特徴的な光の角度空間における累積スペクトルパワー分布を決定することを含んでもよい。この例示的な技法は、角度空間における累積スペクトルパワー分布を、光学フィルタの帯域端の角度分散に基づいて、波長空間における累積スペクトルパワー分布に変換することを含むことができる。この例示的な技法は、波長空間における累積スペクトルパワー分布の数学的導関数を決定することによって、フィルタリングされた特性光のスペクトルパワー分布を決定することを含むことができる。この例示的な技法は、スペクトルパワー分布を種の既知の基準スペクトルパワー分布と比較することを含むことができる。いくつかの実施例では、この例示的な技法は、第１のスペクトルパワー分布を第２のスペクトルパワー分布と比較することを含むことができる。例えば、第１及び第２のスペクトルパワー分布の一方又は双方は、１つ以上の試料を照射することから決定してもよい。この例示的な技法は、上記の比較に基づいて、試料中の種の存在を決定することを含むことができる。
【００８３】
本開示に係る例示的な物品及び技法は、近紫外線、可視及び近赤外線、約３００〜２０００ｎｍの範囲におけるスペクトル分析に使用することができる。例えば、食物、植物、生物学的物質（例えば皮膚など）又は医療サンプルの分析を実施してもよい。色の分析及び識別（アイテム、人、安全コーン／標識、又は別のオブジェクトの）は、そのスペクトル特性に基づいて実行することができる。
【００８４】
本開示で説明される技法は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、クラウド、又はそれらの任意の組み合わせで少なくとも部分的に実現してもよい。例えば、説明された技法のさまざまな態様は、１つ以上のマイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、又はその他の任意の等価集積回路又は個別論理回路、並びにかかる構成要素の任意の組み合わせを含む１つ以上のプロセッサに実装することができる。用語「プロセッサ」又は「処理回路」は、一般的に、前述の論理回路の単独又は他の論理回路との組み合わせ、あるいは他の等価回路、のいずれかを指してもよい。ハードウェアを含む制御ユニットもまた、本開示の１つ以上の技法を実行することができる。
【００８５】
かかるハードウェア、ソフトウェア、及びファームウェアは、本開示で説明されるさまざまな技法をサポートするために、同じデバイス又は別個のデバイスに実装してもよい。更に、記載されたユニット、モジュール又は構成要素のいずれかは、個別であるが相互運用可能な論理デバイスとして一緒に又は別々に実現することができる。モジュール又はユニットとしての異なる特徴の描写は、異なる機能的な態様を強調するように意図されており、必ずしもかかるモジュール又はユニットを別個のハードウェア、ファームウェア、又はソフトウェアの構成要素によって実現しなければならないことを意味するものではない。むしろ、１つ以上のモジュール又はユニットに関連付けられた機能は、別個のハードウェア、ファームウェア、又はソフトウェアの構成要素によって実行してもよく、あるいは、共通の又は別個のハードウェア、ファームウェア、又はソフトウェアの構成要素に統合してもよい。
【００８６】
本開示で説明された技法はまた、命令を含むコンピュータシステム可読記憶媒体などのコンピュータシステム可読媒体において具現化又はコード化してもよい。コンピュータシステム読み取り可能な記憶媒体を含むコンピュータシステム可読媒体に埋め込まれるか又はコード化された命令によって、コンピュータシステム可読媒体中に含まれるか又はコード化された命令が１つ以上のプロセッサによって実行されるときのように、１つ以上のプログラム可能なプロセッサ又は他のプロセッサにより本明細書に記載された技法の１つ以上を実施することが可能である。コンピュータシステム可読記憶媒体としては、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、プログラム可能読み出し専用メモリ（ＰＲＯＭ）、消去可能プログラム可能読み出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、電子消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュメモリ、ハードディスク、コンパクトディスクＲＯＭ（ＣＤ−ＲＯＭ）、フロッピーディスク、カセット、磁気媒体、光媒体、又は他のコンピュータシステム読み取り可能媒体を挙げることができる。いくつかの実施例では、製造物品は、１つ以上のコンピュータシステム可読記憶媒体を含んでもよい。
【００８７】
本開示に係る例示的な物品及び技法を、以下の非限定的な実施例によって例示する。
【実施例】
【００８８】
実施例１
狭い透過帯域を有するＭＯＦバンドパスフィルタの反射率及び透過率が確立された。図２Ａは、微細複製層のない例示的な光学フィルタ３０の側面図を示す概念的かつ概略的な図である。図２Ｂは、図２Ａの例示的な光学フィルタの透視図を示す概念的かつ概略的な図である。図２Ａに示されるように、信号光３４は光学フィルタ３０の表面３２に到達する。図２Ｃは、図２Ａの光学フィルタ３０の極角及び波長の関数として反射率を示すチャートである。図２Ｄは、図２Ａの光学フィルタ３０の極角及び波長の関数として透過率を示すチャートである。図２Ｃ及び図２Ｄに示すように、光学フィルタ３０は、軸上で約７００ｎｍの狭いバンドパス窓（面３２上の法線軸に対して入射角ゼロ）を有する。しかし、光学フィルタ３０が傾いたり、又は信号光３４の入射角が変化したりすると、６０°の入射角でバンドパス窓の中心が例えば約６００ｎｍにシフトする。したがって、光学フィルタ３０を傾斜させること及び／又は信号光３４の入射角を変化させることによって、単一の光学素子で異なるパスバンドスペクトルが達成された。
【００８９】
実施例２
コリメーション構造の層を有する狭い透過帯域を有するＭＯＦバンドパスフィルタの反射率及び透過率が確立された。図３Ａは、コリメーション構造３６を含む光学フィルタ３０の分解側面図を示す概念的かつ概略的な図である。図３Ｂは、図３Ａの光学フィルタ３０の透視図を示す概念的かつ概略的な図である。信号光３４の光源と光学フィルタ３０の表面３２との間には、コリメーション素子、例えば、所定の形状、例えば半レンチキュラー形状を有する複数のコリメーション構造３６を配置した。コリメーション構造３６上の信号光３４の入射角に関係なく、コリメーション構造によって、信号光３４は、面３２上の実質的に同じ範囲の角度に入射するコリメートされた光３８にコリメートされる。０°〜９０°の角度で入射する光は、０°から３０°の角度の光にコリメートされる。図３Ｃは、コリメーション構造３６を有する光学フィルタ３０の極角及び波長の関数として反射率を示すチャートである。図３Ｄは、コリメーション構造３６を有する光学フィルタ３０の極角及び波長の関数として透過率を示すチャートである。図３Ｃおよび図３Ｄに示すように、コリメーション構造３６は、光学フィルタ３０の表面３２に入射する角度の範囲を光学フィルタ３０の応答がほとんど角度非感受性になる点まで低下させるのに非常に有効となるように、例えば高屈折率（ｎ＝２．０）のガラスレンズとして成形することができる。例えば、実施例１で観察された１００ｎｍの帯域シフトとは異なり、帯域シフトはコリメーション構造３６の存在下では著しく低い。
【００９０】
実施例３
代替的に、実施例２のように光をコリメートする代わりに、屈折率の高い表面構造、例えばデコリメーション構造を光学フィルタ３０に光学的に結合させることを用いて、光学フィルタ３０の角分散を向上させた。図４Ａは、デコリメーション構造４２を含む光学フィルタ３０の分解側面図を示す概念的かつ概略的な図である。図４Ｂは、図４Ａの例示的な光学フィルタの透視図を示す概念的かつ概略的な図である。信号光３４の光源と光学フィルタ３０の表面３２との間には、デコリメーション素子、例えば、所定の形状、例えば半レンチキュラー形状を有する複数のコリメーション構造４２を配置した。デコリメーション構造４２上の信号光３４の入射角に対して、コリメーション構造４２は、信号光３４を、面３２上で実質的に分散する角度で入射するデコリメートされた信号光４４にデコリメートする。例えば、デコリメーション構造４２は、屈折限界を超えた高角度光を入射する。図４Ｃは、デコリメーション構造４２を有する光学フィルタ３０の極角及び波長の関数として反射率を示すチャートである。図４Ｄは、デコリメーション構造４２を有する光学フィルタ３０の極角及び波長の関数として透過率を示すチャートである。図４Ｃ及び図４Ｄに示すように、狭いパスバンドは、実施例１及び実施例２のシフトに比べて、例えば軸上の７００ｎｍ（入射角０）から空気中の４０°入射角で４００ｎｍへと、より大きくシフトする。従って、入射角の変化に応じて帯域シフトが増大した。
【００９１】
実施例４
個々の狭い（異なる入射角に対応する）スペクトル帯域のスペクトルを１つのスペクトルに統合することによって、試験試料によって誘発された消光のスペクトル形状を特徴づけることにより、ヘモグロビン（Ｈｂ）とオキシヘモグロビン（ＨｂＯ２）とを区別するために、単一の狭帯域バンド光学フィルタをスペクトル分析に使用した。既知のスペクトルの光源が試験試料を照射した。反射スペクトル又は透過スペクトルは、画素アレイを含むセンサを使用して特徴付けられ、各画素は、感知素子、単一の狭帯域反射体、及び０°〜８０°の範囲のプリズム面角（基材に対するプリズム面の傾斜）を有する高屈折率（ｎ＝１．６５）のプリズム構造を含むものであった。フィルタリングされていない画素も基準スペクトルを測定するために使用される。図５Ａ〜図１０Ｄは、２０°〜４０°の入力角度の所定の範囲を想定して、各画素の光学フィルタ応答及び測定信号を示す。
【００９２】
図５Ａは、０°プリズムを含む微細複製フィーチャを備えた光学フィルタによる光分散の概念的かつ概略的な図である。図５Ｂは、図５Ａの例示的な光学フィルタの極角及び波長の関数として反射率を示すチャートである。図５Ｃは、５Ａの光学フィルタのスペクトルを試料の基準スペクトルと比較したチャートである。図５Ｄは、図５Ａの例示的な光学フィルタによってフィルタリングされた信号のスペクトルを示すチャートである。図６Ａは２０°プリズムを含む微細複製フィーチャを備えた例示的光学フィルタによる光分散の概念的かつ概略的な図である。図６Ｂは、図６Ａの例示的な光学フィルタの極角及び波長の関数として反射率を示すチャートである。図６Ｃは、７Ａの光学フィルタのスペクトルを試料の基準スペクトルと比較したチャートである。図６Ｄは、図６Ａの例示的な光学フィルタによってフィルタリングされた信号のスペクトルを示すチャートである。図７Ａは４０°のプリズムを含む微細複製フィーチャを備えた例示的な光学フィルタによる光分散の概念的かつ概略的な図である。図７Ｂは、図７Ａの例示的な光学フィルタの極角及び波長の関数として反射率を示すチャートである。図７Ｃは、７Ａの光学フィルタのスペクトルを試料の基準スペクトルと比較したチャートである。図７Ｄは、図７Ａの例示的な光学フィルタによってフィルタリングされた信号のスペクトルを示すチャートである。図８Ａは６０°のプリズムを含む微細複製フィーチャを備えた例示的な光学フィルタによる光分散の概念的かつ概略的な図である。図８Ｂは、図８Ａの例示的な光学フィルタの極角及び波長の関数として反射率を示すチャートである。図８Ｃは、８Ａの光学フィルタのスペクトルを試料の基準スペクトルと比較したチャートである。図８Ｄは、図８Ａの例示的な光学フィルタによってフィルタリングされた信号のスペクトルを示すチャートである。図９Ａは７０°のプリズムを含む微細複製フィーチャを備えた例示的な光学フィルタによる光分散の概念的かつ概略的な図である。図９Ｂは、図９Ａの例示的な光学フィルタの極角及び波長の関数として反射率を示すチャートである。図９Ｃは、９Ａの光学フィルタのスペクトルを試料の基準スペクトルと比較したチャートである。図９Ｄは、図９Ａの例示的な光学フィルタによってフィルタリングされた信号のスペクトルを示すチャートである。図１０Ａは８０°のプリズムを含む微細複製フィーチャを備えた例示的な光学フィルタによる光分散の概念的かつ概略的な図である。図１０Ｂは、図１０Ａの例示的な光学フィルタの極角及び波長の関数として反射率を示すチャートである。図１０Ｃは、１０Ａの光学フィルタのスペクトルを試料の基準スペクトルと比較したチャートである。図１０Ｄは、図１０Ａの例示的な光学フィルタによってフィルタリングされた信号のスペクトルを示すチャートである。
【００９３】
図５Ａ〜図１０Ｄに見られるように、異なるプリズム角を有するプリズムによって、光学フィルタの表面の入射角が異なる範囲で変化するにつれて、パスバンドはシフトを示し、フィルタ応答はシフトを示した。例えば、フィルタ応答スペクトルのピークは、０°プリズムについては約９００ｎｍから、８０°プリズムについては約５５０ｎｍへ、０°〜８０°のプリズム角を有するプリズムについては中間のシフトにシフトした。
【００９４】
これらのスペクトルを組み合わせて、試料の光学応答を表すスペクトルを得た。図１１Ａは、ヘモグロビン（Ｈｂ）を含む試料を通過する光について、図５Ａ〜図１０Ａの例示的な光学フィルタからの信号を組み合わせることによって得られたスペクトルを示すチャートである。図１１Ｂは、オキシヘモグロビン（ＨｂＯ２）を含む試料を通過する光について、図５Ａ〜図１０Ａの例示的な光学フィルタからの信号を組み合わせることによって得られたスペクトルを示すチャートである。図１１Ａ及び図１１Ｂは、Ｈｂ及びＨｂＯ２の測定スペクトルを示しており、各々は、上述の６つのプリズム角に対応する６つのデータ点からなり、それらを既知の消光スペクトルと比較している。図１１Ａに見られるように、各プリズム角度で測定されたデータ点は、Ｈｂについての既知の曲線と実質的に一致し、Ｈｂが正確に同定されたことを示している。これに対して、図１１Ｂに見られるように、各プリズム角度で測定されたデータ点は、Ｈｂ０２の既知の曲線と実質的に一致し、Ｈｂ０２が正確に同定されたことを示している。したがって、異なる入射角に対応するさまざまな画素によって得られた情報を組み合わせることによって、測定信号のスペクトル形状が再構成され、同定のための既知のデータベースとの比較が可能になる。従って、ＨｂはＨｂＯ２とは識別された。
【００９５】
実施例５
単一の狭いバンドパス光学フィルタをスペクトル分析に使用して、クロロフィルａ、クロロフィルｂ及びβ−カロテンを含む試料の組成を、角度の関数として信号を連続的に記録することによって同定し、波長の関数として累積パワー分布関数を求めた。移動する狭帯域フィルタを使用してスペクトル情報を直接測定した実施例５の例とは異なり、測定信号を処理して所望のスペクトル特性を抽出した。軸上の全ての可視波長を透過させ、８０°の入射角を越える全ての可視波長を遮断し、全ての角度及び全ての偏光に対して高い反射率を維持するために、ＧＢＯ（ｇｉａｎｔ  ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ  ｏｐｔｉｃｓ）干渉フィルタを使用した。図１２Ａは、例示的なＧＢＯフィルタの極角及び波長の関数として反射率を示すチャートである。図１２Ｂは、例示的なＧＢＯフィルタの極角と波長の関数として透過率を示すチャートである。約４２０ｎｍ未満の波長（図示せず）に対する透過率は、フィルタの構成材料の固有の吸収のため、全ての角度で低かった。このフィルタを使用して、試料を通過する光の入射角の関数として累積スペクトルパワー分布を求め、これを数学的に変換して、クロロフィルａ、β−カロテン及びクロロフィルｂの既知の吸収スペクトルと比較することができた。
【００９６】
図１３Ａは、クロロフィルａ、β−カロテン及びクロロフィルｂの既知のそれぞれの吸収スペクトルを示すチャートである。試験試料の実際の組成は、５０−３０−２０（β−カロテン、クロロフィルａ及びクロロフィルｂ）であった。上述した広帯域光源、広帯域センサ、及びエッジフィルタは、試料からの信号を角度の関数として連続的に記録し、角度の関数として累積パワー分布関数を表した。図１３Ｂは、図１２Ａの光学特性を有するＧＢＯフィルタによってフィルタリングされた、クロロフィルａ、β−カロテン、及びクロロフィルｂを含む試料組成物を通過する光の入射角の関数として累積スペクトルパワー分布を示すチャートである。測定された信号は、図１３Ｂに示され、（フィルタの透過特性から）予想どおりに０°から８０°に向かって単調に減少している。測定された信号が波長の関数として累積パワー分布関数を表すように、データを角度空間から波長空間に変換するために、容易に測定又は計算することができるフィルタの帯域端の角度分散を使用した。この信号の微分を取ることにより、信号のスペクトルパワー分布（ＳＰＤ）を算出した。エッジフィルタの角度分散を用いてＸ軸を角度から波長に変換し、微分を取って図１３Ｃに示す測定スペクトルを導出した。図１３Ｃは、図１３Ｂのチャートを数学的に変換することによって得られた波長の関数として、スペクトルパワー分布を示すチャートである。図１３Ｃの「信号」曲線は混合物の基準スペクトルである。「測定された」曲線は、ＳＰＤの導関数を取ることによって得られる曲線であり、「推定された」曲線は、「測定された」曲線に対する混合モデル（３つの構成スペクトル特性の混合）の最良のマッチングによって求められる。
【００９７】
最後に、最小二乗法アルゴリズムを用いて、図１３Ｃに示される測定スペクトルに最もよく一致する３つの構成スペクトルの組成を決定した。その組成は５５：３８：７であると推定された。
【００９８】
実施例６
３Ｍ  Ｍｉｃｒｏｒｅｐｌｉｃａｔｅｄ  Ｆｉｌｍ（ＴＲＡＦ  ＩＩ）を用いたＭＯＦ波長シフト。図１４は微細複製されたフィーチャ及び基板を含む例示的な光学フィルタを備えた例示的な物品の写真である。この写真は、ＣＭ５００フィルムを備えたＡｍＳｃｏｐｅ  ＭＤ５００撮像センサを用いて得られたものである。センサのカバーガラス全体はＣＭ５００フィルムで覆われている。このフィルムは取り外し可能な二重粘着テープ（「Ｓｃｏｔｃｈ  Ｒｅｓｔｉｃｋａｂｌｅ  Ｔａｂｓ  ｆｏｒ  Ｍｏｕｎｔｉｎｇ」）によってガラスに保持されている。画像の外側部分は平らであり、その上には微細複製された材料は存在しない。内側の部分には、ＴＲＡＦ  ＩＩ６８°フィルムがあり、プリズムはセンサから離れている。
【００９９】
１枚の写真は、３ＷのＣＲＥＥ白色ＬＥＤを有するＨａｕｓｂｅｌｌ懐中電灯から放出される白色光で撮影された。このＬＥＤは、単一の単３形アルカリ乾電池で駆動される。懐中電灯の焦点は広角に設定された。各写真の露光時間は０．９７７ｍｓで、ゲインはゼロであった。オートホワイトバランスを有効にした。他の設定と同様に、ＡｍＳｃｏｐｅソフトウェアの色調整は全てデフォルトで行われた。
【０１００】
色シフト効果が明確に示されている。白色光の下では、フィルムは紫から緑に色がシフトするように見える。赤色のフィルタリングされた光の下で、フィルムは、マゼンタ／赤色から青色／緑色にシフトするように見える。シャドー領域は、フィルムが撮像センサと接触せず、むしろカバーガラスと接触していたという事実からも見ることができる。
【０１０１】
本発明のさまざまな実施例について説明した。これら及び他の実施例は、添付の特許請求の範囲の範囲内である。
【図１Ａ】
2019518243.tif 000003
【図１Ｂ】
2019518243.tif 000004
【図１Ｃ】
2019518243.tif 000005
【図１Ｄ】
2019518243.tif 000006
【図１Ｅ】
2019518243.tif 000007
【図２Ａ】
2019518243.tif 000008
【図２Ｂ】
2019518243.tif 000009
【図２Ｃ】
2019518243.tif 000010
【図２Ｄ】
2019518243.tif 000011
【図３Ａ】
2019518243.tif 000012
【図３Ｂ】
2019518243.tif 000013
【図３Ｃ】
2019518243.tif 000014
【図３Ｄ】
2019518243.tif 000015
【図４Ａ】
2019518243.tif 000016
【図４Ｂ】
2019518243.tif 000017
【図４Ｃ】
2019518243.tif 000018
【図４Ｄ】
2019518243.tif 000019
【図５Ａ】
2019518243.tif 000020
【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６Ａ】
2019518243.tif 000024
【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
2019518243.tif 000026
【図６Ｄ】
2019518243.tif 000027
【図７Ａ】
2019518243.tif 000028
【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
2019518243.tif 000030
【図７Ｄ】
2019518243.tif 000031
【図８Ａ】
2019518243.tif 000032
【図８Ｂ】
2019518243.tif 000033
【図８Ｃ】
2019518243.tif 000034
【図８Ｄ】
2019518243.tif 000035
【図９Ａ】
2019518243.tif 000036
【図９Ｂ】
2019518243.tif 000037
【図９Ｃ】
2019518243.tif 000038
【図９Ｄ】
2019518243.tif 000039
【図１０Ａ】
2019518243.tif 000040
【図１０Ｂ】
2019518243.tif 000041
【図１０Ｃ】
2019518243.tif 000042
【図１０Ｄ】
2019518243.tif 000043
【図１１Ａ】
2019518243.tif 000044
【図１１Ｂ】
2019518243.tif 000045
【図１２Ａ】
2019518243.tif 000046
【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
2019518243.tif 000048
【図１３Ｂ】
2019518243.tif 000049
【図１３Ｃ】
2019518243.tif 000050
【図１４】
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【国際調査報告】
2019518243.tif 000052
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