(57)【要約】      （修正有）【課題】上流側フィルタに衝突する入射光線の光平行性に対する光学フィルタの分光選択性の依存度を小さくする。【解決手段】上流側横方向可変バンドパス光学フィルタ２１Ａと、下流側横方向可変バンドパス光学フィルタ２１Ｂと、を備える光学フィルタにおいて、前記下流側横方向可変バンドパス光学フィルタは、前記上流側横方向可変バンドパス光学フィルタの下流に、光学ビームの光路に沿って距離Ｌだけ離間して順次設けられ、前記上流側横方向可変バンドパス光学フィルタおよび前記下流側横方向可変バンドパス光学フィルタは、それぞれ、前記光路に垂直な共通の第１の方向に沿って、相互に連係して漸次変化するバンドパス中心波長を有し、前記光学ビームの光平行性に対する前記光学フィルタの分光選択性の依存度は、前記光学ビームの光平行性に対する前記下流側横方向可変バンドパス光学フィルタの分光選択性の対応する依存度と比べて小さい、光学フィルタ。【選択図】図３
2019105856.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上流側横方向可変バンドパス光学フィルタと、
下流側横方向可変バンドパス光学フィルタと、を備える光学フィルタにおいて、
前記下流側横方向可変バンドパス光学フィルタは、前記上流側横方向可変バンドパス光
学フィルタの下流に、光学ビームの光路に沿って距離Ｌだけ離間して順次設けられ、
前記上流側横方向可変バンドパス光学フィルタおよび前記下流側横方向可変バンドパス
光学フィルタは、それぞれ、前記光路に垂直な共通の第１の方向に沿って、相互に連係し
て漸次変化するバンドパス中心波長を有し、
前記光学ビームの光平行性に対する前記光学フィルタの分光選択性の依存度は、前記光
学ビームの光平行性に対する前記下流側横方向可変バンドパス光学フィルタの分光選択性
の対応する依存度と比べて小さい、光学フィルタ。
【請求項２】
前記上流側横方向可変バンドパス光学フィルタおよび前記下流側横方向可変バンドパス
光学フィルタの前記中心波長は前記第１の方向に単調増加する、請求項１に記載の光学フ
ィルタ。
【請求項３】
前記上流側横方向可変バンドパス光学フィルタおよび前記下流側横方向可変バンドパス
光学フィルタの前記中心波長は前記第１の方向に非線形に増加する、請求項２に記載の光
学フィルタ。 
【請求項４】
前記上流側横方向可変バンドパス光学フィルタおよび前記下流側横方向可変バンドパス
光学フィルタの前記中心波長は、その前記バンドパス中心波長の前記第１の方向に沿った
x座標に対する依存度が実質的に等しい、請求項２に記載の光学フィルタ。
【請求項５】
前記上流側横方向可変バンドパス光学フィルタの帯域幅に相当する、前記第１の方向に
沿った横方向距離Δｘ１は、前記下流側横方向可変バンドパス光学フィルタの帯域幅に相
当する、前記第１の方向に沿った横方向距離Δｘ２よりも大きい、請求項２に記載の光学
フィルタ。
【請求項６】
前記上流側横方向可変バンドパス光学フィルタと前記下流側横方向可変バンドパス光学
フィルタとの間に、屈折率ｎを有する透明媒体をさらに備える、請求項２に記載の光学フ
ィルタ。
【請求項７】
Ｌ／ｎは０．２ｍｍよりも大きい、請求項６に記載の光学フィルタ。 
【請求項８】
Ｌ／ｎは１５ｍｍよりも小さい、請求項７に記載の光学フィルタ。 
【請求項９】
Ｌ／ｎ＝Δｘ１／θであり、式中、Δｘ１は前記第１の方向に沿った横方向の距離であ
り、これは、前記上流側横方向可変バンドパス光学フィルタの帯域幅に相当し、θは、前
記光学フィルタの受光角である、請求項６に記載の光学フィルタ。 
【請求項１０】
前記媒体は透明基板を含み、前記上流側横方向可変バンドパス光学フィルタおよび前記
下流側横方向可変バンドパス光学フィルタは該基板の両側に配置される、請求項６に記載
の光学フィルタ。
【請求項１１】
前記屈折率ｎは前記第１の方向に沿って変化する、請求項６に記載の光学フィルタ。
【請求項１２】
前記上流側横方向可変バンドパス光学フィルタおよび前記下流側横方向可変バンドパス
光学フィルタの前記バンドパス中心波長は互いに位置合わせされ、前記上流側横方向可変
バンドパス光学フィルタおよび前記下流側横方向可変バンドパス光学フィルタの同一のバ
ンドパス中心波長に対応する位置同士を結ぶ線が、前記下流側横方向可変バンドパス光学
フィルタの法線に対して４５度未満の角度をなす、請求項１に記載の光学フィルタ。
【請求項１３】
前記角度は前記第１の方向に沿って変化する、請求項１２に記載の光学フィルタ。
【請求項１４】
前記上流側横方向可変バンドパス光学フィルタおよび前記下流側横方向可変バンドパス
光学フィルタを互いに傾斜して設け、前記距離Ｌが前記第１の方向に沿って変化するよう
にした、請求項１に記載の光学フィルタ。
【請求項１５】
前記光路中に設けた開口をさらに備え、該開口の幅は前記第１の方向に沿って変化する
、請求項1に記載の光学フィルタ。 
【請求項１６】
前記光路中に設けたスペクトル反応平坦化フィルタをさらに備え、前記光学フィルタの
スペクトル反応を平坦化する、請求項１に記載の光学フィルタ。 
【請求項１７】
前記スペクトル反応平坦化フィルタは、前記上流側横方向可変バンドパス光学フィルタ
または前記下流側横方向可変バンドパス光学フィルタ上、またはその間に設けられる、請
求項１６に記載の光学フィルタ。
【請求項１８】
前記光路中に、付加的な横方向可変バンドパス光学フィルタをさらに備え、前記付加的
なフィルタのバンドパス中心波長は、前記上流側横方向可変バンドパス光学フィルタおよ
び前記下流側横方向可変バンドパス光学フィルタの前記バンドパス中心波長と連係して変
化する、請求項１に記載の光学フィルタ。
【請求項１９】
前記上流側横方向可変バンドパス光学フィルタおよび前記下流側横方向可変バンドパス
光学フィルタは、それぞれ、中心波長、および対応する前記中心波長の１０％と同程度の
３ｄＢパスバンドを含む、請求項１に記載の光学フィルタ。
【請求項２０】
前記上流側横方向可変バンドパス光学フィルタおよび前記下流側横方向可変バンドパス
光学フィルタの少なくとも一方は、３つ以上の異なる材料を含む薄膜層を備える、請求項
１に記載の光学フィルタ。 
【請求項２１】
前記上流側横方向可変バンドパス光学フィルタおよび前記下流側横方向可変バンドパス
光学フィルタの少なくとも一方は、薄膜積層、準波長格子、または二色性ポリマーを含む
、請求項１に記載の光学フィルタ。
【請求項２２】
上流側横方向可変バンドパス光学フィルタおよび下流側横方向可変バンドパス光学フィ
ルタを備えた光学フィルタと、
前記下流側横方向可変バンドパス光学フィルタ下流の光路中に設けた光学センサと、を
備える、光学分光計において、
前記下流側横方向可変バンドパス光学フィルタは、前記上流側横方向可変バンドパス光
学フィルタの下流に、光学ビームの光路に沿って距離Ｌだけ離間して順次設けられ、
前記上流側横方向可変バンドパス光学フィルタおよび前記下流側横方向可変バンドパス
光学フィルタは、それぞれ、前記光路に垂直な共通の第１の方向に沿って、相互に連係し
て漸次変化するバンドパス中心波長を有し、
前記光学ビームの光平行性に対する前記光学フィルタの分光選択性の依存度は、前記光
学ビームの光平行性に対する前記下流側横方向可変バンドパス光学フィルタの分光選択性
の対応する依存度と比べて小さい、光学分光計。 
【請求項２３】
前記光学ビームを提供する光源をさらに備え、前記光学ビームは集束光線または拡散光
線を含む、請求項２２に記載の光学分光計。
【請求項２４】
前記上流側横方向可変バンドパス光学フィルタ上流の前記光路中に設けた散光器をさら
に備え、前記上流側横方向可変バンドパス光学フィルタ上の前記光学ビームの強度分布が
より均一になるようにした、請求項２２に記載の光学分光計。
【請求項２５】
前記光学センサは、前記第１の方向に沿って配置した画素を有する光検出器アレイを含
む、請求項２２に記載の光学分光計。 
【請求項２６】
前記光検出器アレイは、前記光学ビームが単色のときスペクトル線が前記光検出器アレ
イ上に形成されるように配置した画素の二次元アレイを含み、該スペクトル線は、前記光
検出器アレイの列に対して鋭角をなす、請求項２５に記載の光学分光計。
【請求項２７】
前記光検出器アレイは画素の二次元アレイを備え、前記上流側横方向可変バンドパス光
学フィルタおよび前記下流側横方向可変バンドパス光学フィルタは、それぞれ、前記第１
の方向に直交する第２の方向に並んで配置した複数のセグメントを含み、前記上流側横方
向可変バンドパス光学フィルタの各セグメントは、前記下流側横方向可変バンドパス光学
フィルタの１つのセグメントに対応し、専用の波長域において動作する、請求項２５に記
載の光学分光計。 
【請求項２８】
前記下流側横方向可変バンドパス光学フィルタと前記光検出器アレイとの間に設けた集
束素子をさらに備え、前記光検出器アレイ上に前記光学ビームを集束する、請求項２５に
記載の光学分光計。
【請求項２９】
前記下流側横方向可変バンドパス光学フィルタは前記光検出器アレイと接触している、
請求項２５に記載の光学分光計。 
【請求項３０】
前記光路中に窓を設けて前記光学ビームを入射させるようにした筐体をさらに備え、該
窓は前記上流側横方向可変バンドパス光学フィルタを含み、前記上流側横方向可変バンド
パス光学フィルタおよび前記下流側横方向可変バンドパス光学フィルタは空隙により離間
される、請求項２２に記載の光学分光計。
【請求項３１】
光路に沿って伝播する光学ビームのスペクトルを得る方法であって、
上流側横方向可変バンドパス光学フィルタおよび下流側横方向可変バンドパス光学フィ
ルタを備える光学フィルタで前記光学ビームをフィルタリングするステップと、
前記下流側横方向可変バンドパス光学フィルタの下流において第１の方向に沿った光パ
ワー分布を検出するステップと、を含み、
前記フィルタリングするステップにおいて、
前記下流側横方向可変バンドパス光学フィルタは、前記上流側横方向可変バンドパス光
学フィルタの下流に、光学ビームの光路に沿って距離Ｌだけ離間して順次設けられ、
前記上流側横方向可変バンドパス光学フィルタおよび前記下流側横方向可変バンドパス
光学フィルタのバンドパス中心波長は、それぞれ、前記光路に垂直な共通の方向である前
記第１の方向に沿って相互に連係して漸次変化し、
前記光学ビームの光平行性に対する前記光学フィルタの分光選択性の依存度は、前記光
学ビームの光平行性に対する前記下流側横方向可変バンドパス光学フィルタの分光選択性
の対応する依存度と比べて小さい、方法。
【請求項３２】
前記光パワー分布は、光検出器アレイを用いて検出する、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記下流側横方向可変バンドパス光学フィルタを前記光検出器アレイ上に堆積するステ
ップをさらに含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記光検出器アレイを注封材料で注封し、前記下流側横方向可変バンドパス光学フィル
タの開口部を覆うことなく、前記光検出器アレイを絶縁するステップをさらに含む、請求
項３３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２０１４年１月３１日に出願された米国特許出願第６１／９３４，５４７号
の優先権を主張するものであり、この先の出願の開示全体をここに参照のために取り込む
。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、光学部品に関し、特に、光学フィルタおよび分光計等に関する。
【背景技術】
【０００３】
光学フィルタを用いて、入射光のスペクトル帯域またはスペクトル成分を選択すること
が行われている。例えば、ハイパスフィルタにより、当該フィルタの端波長よりも長い波
長を選択する。逆に、ローパスフィルタにより、当該フィルタの端波長よりも短い波長を
選択する。バンドパスフィルタは、特異なタイプのフィルタであり、当該フィルタの帯域
幅内において、当該フィルタの中心波長に近似する波長の光を選択する。チューナブルバ
ンドパスフィルタは、光学フィルタであり、その中心波長は調節または調整することがで
きる。
【０００４】
分光計は、入射光の光学スペクトルを測定する。走査型分光計は、１つ以上のチューナ
ブルバンドパスフィルタを用いて、入射光の種々のスペクトル成分を選択する。走査型分
光計は、チューナブルバンドパスフィルタの中心波長を操作することにより動作し、光学
スペクトルを測定する。代案として、ポリクロメータ型分光計は、検出器アレイに光学的
に接続した波長分散素子を用いて、光学スペクトルのパラレル検出を行う。しかしながら
、従来の光学フィルタおよび分光計は、一般に、大規模で嵩高であり、可搬性デバイスお
よび用途においての使用には問題があった。
【０００５】
上記に鑑みれば、光学フィルタおよび分光計に関する現行の解決策および技術について
は顕著な問題点および欠点等が存在しうることが理解されよう。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示によれば、２つ以上の横方向可変バンドパスフィルタを互いに一定の距離を隔て
て積み重ね、入射光線のコリメート化に関連する要件を削減することができ、また、ひい
ては、テーパ状ライトパイプまたは別の光平行化素子を設ける必要性を完全になくすこと
ができる。２つの横方向可変バンドパスフィルタを積み重ねた場合、上流側フィルタが下
流側フィルタについての空間フィルタとして機能する。これは、上流側フィルタを透過し
た斜光線が下流側フィルタに入射する際に横方向にずれるために起こる。この横方向への
ずれが生じた結果、斜光線が抑制される。なぜなら、上下流側フィルタ上における光線入
射位置が重複しない場合、上下流側フィルタそれぞれの透過波長は重複せず、結果として
斜光線の抑制につながるからである。この効果により、上流側フィルタに衝突する入射光
線の光平行性（degree of collimation）に対する光学フィルタの分光選択性の依存度を
小さくすることができる。 
【０００７】
本開示の一態様による光学フィルタは、上流側横方向可変バンドパス光学フィルタと、
下流側横方向可変バンドパス光学フィルタと、を備える。下流側横方向可変バンドパス光
学フィルタは、上流側横方向可変バンドパス光学フィルタの下流に、光学ビームの光路に
沿って距離Ｌだけ離間して順次設けられ、上流側横方向可変バンドパス光学フィルタおよ
び下流側横方向可変バンドパス光学フィルタは、それぞれ、光路に垂直な共通の第１の方
向沿って、相互に連係して漸次変化するバンドパス中心波長を有する。光学ビームの光平
行性に対する光学フィルタの分光選択性の依存度は、対応する光学ビームの光平行性に対
する下流側フィルタの分光選択性の依存度と比べて小さい。
【０００８】
例示的な一実施形態において、上流側フィルタおよび下流側フィルタの中心波長は、第
１の方向に、単調に、例えば、線形に、または非線形に増加する。上流側フィルタおよび
下流側フィルタの中心波長は、必ずではないが、そのバンドパス中心波長の第１の方向に
沿ったｘ座標に対する依存度が実質的に等しくしてもよい。
【０００９】
さらに、本開示によれば、下流側横方向可変バンドパス光学フィルタ下流の光路中に配
置した上記光学フィルタおよび光学センサを備える光学分光計を提供する。光学センサは
光検出器アレイを備えてもよい。下流側横方向可変バンドパスフィルタは光検出器アレイ
と接触させて、さらに良好な分光選択性を得てもよい。
【００１０】
さらに、本開示の別の態様によれば、光路に沿って伝播する光学ビームのスペクトルを
得る方法を提供する。本方法は、上流側横方向可変バンドパス光学フィルタおよび下流側
横方向可変バンドパス光学フィルタを備える光学フィルタで光学ビームをフィルタリング
するステップと、下流側横方向可変バンドパス光学フィルタの下流において第１の方向に
沿った光パワー分布を検出するステップと、を含み、フィルタリングするステップにおい
て、下流側横方向可変バンドパス光学フィルタは、上流側横方向可変バンドパス光学フィ
ルタの下流に、光学ビームの光路に沿って距離Ｌだけ離間して順次設けられ、上流側横方
向可変バンドパス光学フィルタおよび下流側横方向可変バンドパス光学フィルタのバンド
パス中心波長は、それぞれ、光路に垂直な共通の方向である第１の方向に沿って相互に連
係して漸次変化し、光学ビームの光平行性に対する光学フィルタの分光選択性の依存度は
、光学ビームの光平行性に対する下流側フィルタの分光選択性の対応する依存度と比べて
小さい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】図１Ａは、従来のリニア可変フィルタを示す図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａのリニア可変フィルタに基づく従来の光学分光計を示す図である。
【図２】図２Ａは、１対の横方向可変バンドパスフィルタを備える本発明による光学フィルタを示す図である。図２Ｂは、図２Ａに示す横方向可変バンドパスフィルタそれぞれの中心波長依存性を示す図である。図２Ｃは、図２Ａに示す光学フィルタの側面模式図であり、当該光学フィルタによる空間フィルタリングの原理を示す図である。
【図３】図３は、図２Ａの光学フィルタの側断面図であり、同光学フィルタの受光角を示す図である。
【図４】図４Ａは、図２Ａおよび図３に示す光学フィルタの種々の実施形態の模式断面図を示す図である。図４Ｂは、図２Ａおよび図３に示す光学フィルタの種々の実施形態の模式断面図を示す図である。図４Ｃは、図２Ａおよび図３に示す光学フィルタの種々の実施形態の模式断面図を示す図である。図４Ｄは、図２Ａおよび図３に示す光学フィルタの種々の実施形態の模式断面図を示す図である。図４Ｅは、図２Ａおよび図３に示す光学フィルタの種々の実施形態の模式断面図を示す図である。
【図５】図５Ａは、本発明の光学フィルタの種々の実施形態の立体図である。図５Ｂは、本発明の光学フィルタの種々の実施形態の立体図である。図５Ｃは、本発明の光学フィルタの種々の実施形態の立体図である。
【図６】図６Ａは、図２Ａ、図３、図４Ａ〜図４Ｅ、または図５Ａ〜図５Ｃに示す各光学フィルタおよび光検出器アレイを備える分光計の側断面図であり、図６Ｂは、図２Ａ、図３、図４Ａ〜図４Ｅ、または図５Ａ〜図５Ｃに示す各光学フィルタを備える密封した分光計の模式側断面図である。図６Ａは、図２Ａ、図３、図４Ａ〜図４Ｅ、または図５Ａ〜図５Ｃに示す各光学フィルタおよび光検出器アレイを備える分光計の側断面図であり、図６Ｂは、図２Ａ、図３、図４Ａ〜図４Ｅ、または図５Ａ〜図５Ｃに示す各光学フィルタを備える密封した分光計の模式側断面図である。
【図７】図７Ａは、図６Ａに示す分光計の種々の実施形態の部分側断面図であり、光検出器アレイ上に下流側フィルタを取り付ける各構成を示す図である。図７Ｂは、図６Ａに示す分光計の種々の実施形態の部分側断面図であり、光検出器アレイ上に下流側フィルタを取り付ける各構成を示す図である。図７Ｃは、図６Ａに示す分光計の種々の実施形態の部分側断面図であり、光検出器アレイ上に下流側フィルタを取り付ける各構成を示す図である。図７Ｄは、図６Ａに示す分光計の種々の実施形態の部分側断面図であり、光検出器アレイ上に下流側フィルタを取り付ける各構成を示す図である。
【図８Ａ】図８Ａは、傾斜した二次元（２Ｄ）検出器アレイを有する分光計の実施形態を示す平面図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、図８Ａの２Ｄ検出器アレイのそれぞれ異なる画素列上における光パワー密度分布を示す図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、本発明の一実施形態によるマルチスペクトル分光計の分解図である。
【図９Ａ】図９Ａは、図２Ａ、図３、および図４Ｂの光学フィルタの光学レイトレーシングモデルの立体図を示す図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、図２Ａ、図３、および図４Ｂの光学フィルタの光学レイトレーシングモデルの側面図を示す図である。
【図１０】図１０は、図９Ａおよび図９Ｂの光学レイトレーシングモデルの開口数および上下流側フィルタ間の距離をそれぞれ異ならせた場合についてのシミュレートした光パワー分布を示す重畳図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、１．０μｍの波長について検出した、各シミュレートした光学スペクトルを示す図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、１．３μｍの波長について検出した、各シミュレートした光学スペクトルを示す図である。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、１．６μｍの波長について検出した、各シミュレートした光学スペクトルを示す図である。
【図１２】図１２は、図２Ａ，図３Ａ〜図３Ｂ，および４Ｂの各シミュレートした光学フィルタの分解能を示す、シミュレートした双対光学スペクトル（dual-line optical spectrum）を示す図である。
【図１３】図１３は、図２Ａの光学フィルタを有するシミュレートした分光計のマルチ波長スペクトルを、テーパ状ライトパイプコリメータおよびリニア可変フィルタを有するシミュレートした分光計のマルチ波長スペクトルと比較して示す図である。
【図１４】図１４は、図２Ａの光学フィルタを有する分光計を用い、それぞれ異なるフィルタ間距離Ｌについて計測したマルチ波長光源のシミュレートしたスペクトルを示す図である。
【図１５】図１５Ａは、図６Ａに示す分光計の平面図（図１５Ｂ）である。図１５Ｂは、図６Ａに示す分光計の平面図（図１５Ｂ）である。
【図１６】図１６は、図１５Ａおよび図１５Ｂに示す分光計を用いて測定した単色スペクトルを示す図である。
【図１７】図１７は、図１５Ａ、図１５Ｂの分光計を用いて測定したドープしたガラス試料の光透過スペクトルを示す図であり、標準的なＭｉｃｒｏＮＩＲ（商標）分光計を用いて測定したドープしたガラス試料の透過スペクトルとの比較を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
例示的な実施形態を添付の図面を参照して以下に説明する。 
【００１３】
本発明を種々の実施形態および実施例に関連して説明するが、本発明をそのような実施
形態等に限定することを意図したものではない。むしろ、本発明は種々の代替物および等
価物を包含するものであることが当業者には理解されよう。
【００１４】
上述したように、従来の光学フィルタおよび分光計は大規模かつ嵩高であるため、可搬
性光検出装置および用途への適用が制限される。分光計においてリニア可変フィルタを用
いて波長分離機能を実現することが行われてきた。図１Ａを参照すると、従来のリニア可
変フィルタ１０は白色光で照明することができ、白色光は、上部白色光線１１、中部白色
光線１２、および下部白色光線１３を有する。上部白色光線１１、中部白色光線１２、お
よび下部白色光線１３は、それぞれ、上部位置１１Ａ、中部位置１２Ａ、および下部位置
１３Ａのそれぞれの位置において、リニア可変フィルタ１０に衝突しうる。リニア可変フ
ィルタ１０は、通過帯域の中心波長がx軸１８に沿って直線的に変化するものであっても
よい。例えば、フィルタ１０は、上部位置１１Ａにおいては短波長ピーク１１Ｂを、中部
位置１２Ａにおいては中波長ピーク１２Ｂを、下部位置１３Ａにおいては長波長ピーク１
３Ｂを通過させるものとすることができる。
【００１５】
図１Ａをさらに参照しつつ図１Ｂを参照すると、従来の分光計１９は、リニア可変フィ
ルタ１０、リニア可変フィルタ１０の上流に設けたテーパ状ライトパイプ１４、および、
リニア可変フィルタ１０の下流に設けた光検出器のリニアアレイ１５を備えることができ
る。動作中、コリメートされていない入射光１６をライトパイプ１４により調整して部分
的にコリメートした光線１７を生成してもよい。リニア可変フィルタ１０は、先に図１Ａ
を参照して説明したように、異なる波長の光を透過させることができる。テーパ状ライト
パイプ１４は入射光１６の立体角を減少することができ、それによってリニア可変フィル
タ１０の分光選択性が向上する。光検出器のリニアアレイ１５によって異なる波長におけ
る光パワーレベルを検出することにおり、入射光１６の図示しない光学スペクトルを得る
ことができる。
【００１６】
したがって、分光計１９を小型化することが望ましい。テーパ状ライトパイプ１４は、
分光計１９において最も大きい素子である場合が多い。テーパ状ライトパイプ１４等のコ
リメータ素子が必要とされるのは、それなしではリニア可変フィルタの分光選択性が低下
するからである。分光選択性の低下が起こりうるのは、リニア可変フィルタ１０が誘電性
薄膜の積層を備えているためである。薄膜フィルタの波長選択性は、一般に、入射光の入
射角に依存しうるため、薄膜フィルタの分光選択性および波長精度が低下しうる。
【００１７】
図２Ａおよび図２Ｂを参照すると、光学フィルタ２０（図２Ａ）は次のようにして設け
ることができる。例えば、光学フィルタ２０は、光学ビーム２３の光路２２中に距離Ｌだ
け離間して順次配置した上流側横方向可変バンドパス光学フィルタ２１Ａおよび下流側横
方向可変バンドパス光学フィルタ２１Ｂを備えてもよい。図２Ｂに示すように、上流側フ
ィルタ２１Ａおよび下流側フィルタ２１Ｂは、それぞれ、x軸により表される共通の第１
の方向２５に沿って相互に連係して変化するバンドパス中心波長λＴを有してもよい。第
１の方向２５は、光路２２と垂直であってもよい。非限定的な例として、図２Ａの上流側
フィルタ２１Ａおよび下流側フィルタ２１Ｂのバンドパス中心波長λＴは、どちらも、図
２Ｂに示すような単調な線型従属２４Ａ、２４Ｂを有しうる。上流側フィルタ２１Ａおよ
び下流側フィルタ２１Ｂの中心波長依存性λ１Ｔ（ｘ）およびλ２Ｔ（ｘ）は、それぞれ
、ｘ座標上において互いに同一であっても、または、例えば、を定数とするλ２Ｔ（ｘ）
＝λ１Ｔ（ｘ＋ｘ０）のように互いにずれていてもよく、または、ｃを例えば０．９＜ｃ
＜１．１の定数として、λ２Ｔ（ｘ）＝ｃλ１Ｔ（ｘ）のように拡大縮小してもよい。す
なわち、用語「連係して」とは、上流側フィルタ２１Ａおよび下流側フィルタ２１Ｂそれ
ぞれの中心波長依存性λ１Ｔ（ｘ）およびλ２Ｔ（ｘ）間の所定の機能的関連性を定義す
るものである。
【００１８】
光学フィルタ２０の構成により、光学ビーム２３の光平行性に対する光学フィルタ２０
の分光選択性の依存度を、光学ビーム２３の光平行性に対する下流側フィルタ２１Ｂの分
光選択性の対応する依存性と比べて減少させることができる。このように光学フィルタ２
０の性能が向上するのは、図２Ｃから分かるように、空間フィルタリング効果から生じう
るものである。波長λ０における単色光において、上流側フィルタ２１Ａおよび下流側フ
ィルタ２１Ｂは、中心波長λＴ＝λ０である場合にｘ軸に沿った位置に対応する「開口」
２６を有するスリットによって近似的に表すことができる。すなわち、「開口」２６の外
では、上流側フィルタ２１Ａおよび下流側フィルタ２１Ｂは、波長λ０における単色光を
基本的に通さない。「開口」２６により受光コーンすなわち立体角２７（２θ）が画定さ
れるが、この角度はフィルタ間距離Ｌに依存する。立体角２７外側の光線をすべて遮るこ
とにより、下流側フィルタ２１Ｂの分光選択性が向上しうる。
【００１９】
図２Ａの光学フィルタ２０の動作を、光学フィルタ２０を側断面図で示す図３を参照し
てさらに説明する。図３において、第１の方向２５は水平とすることができ、上流側光学
フィルタ２１Ａおよび下流側光学フィルタ２１Ｂそれぞれの中心波長λＴはいずれも左か
ら右に増加しうる。図３の例において、上流側フィルタ２１Ａおよび下流側フィルタ２１
Ｂのバンドパス中心波長λＴはｘ座標に直線的に依存しうる。
【００２０】
λＴ＝λ０＋ＤΔｘ    （１）
【００２１】
式中、λ０は、基準点ｘ０における基準バンドパス中心波長を表し、Ｄは、横方向可変
フィルタの「スロープ」と称される比例係数を表し、Δｘは基準点ｘ０からのオフセット
を表す。スロープＤは、図２Ｂにおける線型従属２４Ａおよび２４Ｂの各スロープに相当
しうる。線型従属２４Ａおよび２４Ｂは互いに同一であってもよいが、必須ではない。用
途によっては、線型従属２４Ａおよび２４Ｂが同一のスロープからずれている方が有利な
場合がある。
【００２２】
図３に示す実施例において、上流側フィルタ２１Ａおよび下流側フィルタ２１Ｂを相互
に位置合わせして、下流側フィルタ２１Ｂの基準バンドパス中心波長λ０に相当する基準
点ｘ０が上流側フィルタ２１Ａの基準バンドパス中心波長λ０に相当する基準点ｘ０の直
下に配置されるようにする。上流側フィルタ２１Ａは下流側フィルタ２１Ｂの空間フィル
タとして機能してもよく、下流側フィルタ２１Ｂについて受光角３０を画定する。受光角
３０は、それぞれ、基準波長λ０における、左側の周縁光線３１Ｌおよび右側の周縁光線
３１Ｒにより制限してもよく、左側の周縁光線３１Ｌおよび右側の周縁光線３１Ｒは、法
線３２について角度θで上流側フィルタ２１Ａおよび下流側フィルタ２１Ｂのそれぞれに
伝播して、同じ基準点ｘ０で下流側フィルタ２１Ｂに衝突する。受光角３０は、上流側フ
ィルタ２１Ａの通過帯域（パスバンド）３３Ａから以下のように導出することができる。
【００２３】
図３に示す形態において、左側の周縁光線３１Ｌが位置ｘ０−Δｘにおいて上流側フィ
ルタ２１Ａに衝突する。当該位置における透過波長λＬは、式（１）によれば、λＬ＝λ
０−ＤΔｘとすることができる。左側の周縁光線３１Ｌは基準波長λ０にあるため、左側
の周縁光線３１Ｌは、上流側フィルタ２１Ａのパスバンド３３Ａの幅に応じて減衰されう
る。本例示では、例えば、１０ｄＢ帯域幅を２ＤΔｘとしている。よって、左側の周縁光
線３１Ｌは、１０ｄＢだけ減衰されうる。同様に、右側の周縁光線３１Ｒは、位置ｘ０＋
Δｘにおいて上流側フィルタ２１Ａに衝突する。当該位置における透過波長λＲは、式（
１）によれば、λＲ＝λ０＋ＤΔｘとすることができる。右側の周縁光線３１Ｒも、１０
ｄＢだけ減衰されうる。基準波長λ０において受光角３０内にある全ての光線は１０ｄＢ
よりも小さい値だけ減衰しうる。また、参照波長λ０において受光角３０外にある全ての
光線は１０ｄＢよりも大きい値だけ減衰しうる。すなわち、上流側フィルタ２１Ａは空間
フィルタとして機能し、入射光の開口数（ＮＡ）を効果的に制限して、下流側フィルタ２
１Ｂにより個々の波長に分離することができる。その結果、光学フィルタ２０の分光選択
性の光学ビーム２３の光平行性に対する依存度を、下流側フィルタ２１Ｂを単独で用いた
場合の分光選択性の当該依存度と比べ、減少させることができる。すなわち、もし光学フ
ィルタ２０中に上流側フィルタ２１Ａがなかったら、光学フィルタ２０の分光選択性は、
光学ビームの光平行性に対してはるかに大きく依存するであろう。一般に、光学ビーム２
３は、図示しない試料からの拡散または発光により生じうるものであり、光学ビーム２３
はコリメートされない。上流側フィルタ２１Ａの不在により光学ビーム２３がコリメート
されないと、分光選択性の全体的な悪化につながり、テーパ状ライトパイプ等の専用のコ
リメータ素子を使用しなければならなくなる。本明細書中、用語「分光選択性」は、パス
バンド幅、迷光除去率、インバンドおよびアウトオブバンドブロッキング等のパラメータ
を含みうる。
【００２４】
小角度θについて、次のように記述できる。
【００２５】
θ≒Δｘ／Ｌ      （２）、すなわち
【００２６】
Ｌ≒Δｘ／θ      （３）
【００２７】
上流側フィルタ２１Ａと下流側フィルタ２１Ｂとの間の空間に屈折率ｎを有する透明な
媒体を充填すると、式（３）は次のようになる。
【００２８】
Ｌ／ｎ≒Δｘ／θ      （４）
【００２９】
式（４）によれば、上流側フィルタ２１Ａの帯域幅および結果として生じる受光半角に
関する、フィルタ間の距離Ｌと、フィルタ間の空隙の屈折率ｎと、第１の方向２５に沿っ
た横方向距離Δｘとの間のおおよその関連性を定義することができる。一般に、入射の非
ゼロ角による波長オフセットによりバンドパス中心波長λＴの青方偏移（すなわち、短波
長側へのずれ）が生じるが、より正確な関連性を得るため、この波長オフセットを考慮し
てもよい。例えば、位置ｘ０＋Δｘにおいて上流側フィルタ２１Ａに衝突する、参照波長
λ０における右側の周縁光線３１Ｒは角度θだけ傾斜することができ、それによって上流
側フィルタ２１Ａの透過特性が短波長側へずれる。この波長依存性を説明しようとするな
らば、パスバンド３３Ａの肩が左へ、すなわち、短波長側へずれる：
【００３０】
λ１≒［（λ０＋ＤΔｘ）（ｎｅｆｆ２−θ２）１／２］／ｎｅｆｆ      （５）
【００３１】
式中、ｎｅｆｆは、上流側フィルタ２１Ａの有効屈折率を表す。
【００３２】
図２Ｂにおいて、上流側横方向可変バンドパスフィルタ２１Ａおよび下流側横方向可変
バンドパスフィルタ２１Ｂは、上記式（１）に定義したリニア可変バンドパス中心波長λ
Ｔを有するが、上流側フィルタ２１Ａおよび下流側フィルタ２１Ｂの中心波長λＴは単調
であっても、非直線的であってもよく、例えば、放物線状または指数関数的であってもよ
く、第１の方向２５に増加しても減少してもよい。上流側横方向可変フィルタ２１Ａおよ
び下流側横方向可変フィルタ２１Ｂのｘ座標に対する第１の方向２５に沿ったバンドパス
中心波長λＴの依存度を一致させるかまたは異ならせて、光学フィルタ２０の受光角およ
び／または波長応答性をトゥイーキングまたは変化させることができる。一実施形態にお
いて、上流側フィルタ２１Ａおよび下流側フィルタ２１Ｂのバンドパス中心波長λＴを互
いに位置合わせして、上流側フィルタ２１Ａおよび下流側フィルタ２１Ｂの同一のバンド
パス中心波長λＴに対応する位置同士を結ぶ線が、下流側フィルタ２１Ｂの法線３２に対
してなす角度が４５度未満となるようにしてもよい。法線３２に対して非ゼロ角度の場合
、受光コーン３０が傾いているように見える場合がある。よって、上流側フィルタ２１Ａ
および下流側フィルタ２１Ｂを互いに第１の方向２５にオフセットすることにより受光コ
ーン３０の方向を変化させることができる。さらに、この角度は第１の方向（ｘ軸）２５
に沿って変化する。
【００３３】
全体のスループットを向上するため、第１の方向２５に沿って横方向距離Δｘ１を有す
ることが好ましく、これは、第１の方向２５に沿った当該横方向距離Δｘ２よりも大きい
上流側フィルタ２１Ａの帯域幅に相当し、下流側フィルタ２１Ｂの帯域幅に相当する。一
実施形態において、上流側フィルタ２１Ａおよび下流側フィルタ２１Ｂは、それぞれ、対
応するバンドパス中心波長λＴの１０％に相当する３ｄＢのパスバンドを有してもよい。
【００３４】
上流側フィルタ２１Ａおよび／または下流側フィルタ２１Ｂは、２つ、３つ、またはそ
れ以上の異なる材料を含む薄膜積層を含むことができ、例えば、高指数および／または吸
収層等を用いて、上流側フィルタ２１Ａおよび下流側フィルタ２１Ｂそれぞれの全体的な
厚さを減少することができる。さらに、上流側フィルタ２１Ａおよび下流側フィルタ２１
Ｂは、例えば、準波長格子、二色性ポリマー等の回折格子を含んでもよい。
【００３５】
図４Ａを参照すると、光学フィルタ４０Ａの上流側フィルタ２１Ａおよび下流側フィル
タ２１Ｂは、背中合わせに接合した基板４２Ａおよび４２Ｂのそれぞれに堆積した薄膜ウ
ェッジ付き干渉コーティング４１Ａおよび４１Ｂを備えることができる。基板４２Ａおよ
び４２Ｂは、上流側薄膜ウェッジ付き干渉コーティング４１Ａと下流側薄膜ウェッジ付き
干渉コーティング４１Ｂとの間において、屈折率ｎを有する透明媒体として機能すること
ができる。図４Ｂを参照すると、光学フィルタ４０Ｂにおいては単一の共通基板４２を用
いることができ、この共通基板４２の両側に上流側薄膜ウェッジ付き干渉コーティング４
１Ａおよび下流側薄膜ウェッジ付き干渉コーティング４１Ｂを設ける。共通基板４２は、
図４Ｃに示すように、ウェッジ状とすることができ、光学フィルタ４０Ｃの上流側薄膜ウ
ェッジ付き干渉コーティング（フィルタ）４１Ａおよび下流側薄膜ウェッジ付き干渉コー
ティング（フィルタ）４１Ｂを互いに傾けて配置できるようにする。この場合、距離Ｌは
第１の方向２５に沿って変化しうる。距離Ｌが変化することにより、上流側フィルタ４１
Ａおよび下流側フィルタ４１Ｂ間のスペクトル傾斜の不整合、および上流側フィルタ４１
Ａおよび下流側フィルタ４１Ｂ間でのスペクトル線幅の差異を制御するのに役立つ。その
目的のため、屈折率ｎも、距離Ｌを一定または可変として、第１の方向２５に沿って変化
させてもよい。
【００３６】
図４Ｄに、光学フィルタの別の構成を示す。同図において、上流側薄膜ウェッジ付き干
渉コーティング４１Ａおよび下流側薄膜ウェッジ付き干渉コーティング４１Ｂは、離間し
て配置した状態で、互いに対向しうる。図４Ｅに示す別の実施形態による光学フィルタ４
０Ｅの上流側薄膜ウェッジ付き干渉コーティング４１Ａおよび下流側薄膜ウェッジ付き干
渉コーティング４１Ｂはいずれも同一方向、例えば、この場合は光学ビーム２３を向いて
いる。
【００３７】
式（４）を再度参照しつつ図２Ａおよび図４Ａ〜４Ｃをさらに参照すると、値Ｌ／ｎは
一般に０．２ｍｍよりも大きくてもよい。一実施形態において、値Ｌ／ｎは、１５ｍｍ未
満とすることができ、例えば、０．２ｍｍと１５ｍｍとの間とすることができる。距離Ｌ
は、実際の薄膜コーティング間の距離、例えば、図４Ａ〜図４Ｃの４１Ａと４１Ｂとの間
の距離に相当しうること、また、もし基板４２、４２Ａ、および／または４２Ｂが、薄膜
コーティング４１Ａと４１Ｂとの間の光路２２中にある場合、これらの基板の厚さを含み
うることが理解されよう。非限定的な例として、図４Ｂの光学フィルタ４０Ｂにおいて、
基板４２は厚さＬを有し、基板４２は屈折率ｎを有してもよい。
【００３８】
ここで図５Ａを参照すると、光学フィルタ５０Ａは、図２Ａの光学フィルタ２０と同様
であっても、図４Ａ〜４Ｅの光学フィルタ４０Ａ〜４０Ｅと同様であってもよい。しかし
ながら、図５Ａの光学フィルタ５０Ａは光路２２において開口５１Ａを有しうる。開口５
１Ａは、第１の方向２５に変化する幅ｄを有してもよい。開口５１Ａの幅ｄを変化させる
目的の一つは、光学フィルタ５０Ａに入射する光エネルギー量を調節することであり、こ
の光エネルギー量を用いて、上流側フィルタ２１Ａ／下流側フィルタ２１Ｂの出力転送の
大きさの波長依存性および／または分光器アレイ（図示せず）のスペクトル反応を補償す
ることができる。
【００３９】
図示はしないが、補償フィルタを用いて、フィルタのスペクトル反応および／または光
検出器のスペクトル反応をより正確に制御することができる。図５Ｂを参照すると、光学
フィルタ５０Ｂは、図２Ａの光学フィルタ２０と同様であってもよく、また、図４Ａ〜図
４Ｅの光学フィルタ４０Ａ〜４０Ｅと同様であってもよい。スペクトル反応平坦化フィル
タ５１Ｂを光学フィルタ５０Ｂの光路２２中に配置して、光学フィルタ５０Ｂのスペクト
ル反応を平坦化してもよい。図５Ｂに示すスペクトル平坦化フィルタ５０Ｂは上流側フィ
ルタ２１Ａ上に配置するものとしたが、スペクトル平坦化フィルタ５０Ｂは、下流側フィ
ルタ２１Ｂ上に設けても、および／または上流側フィルタ２１Ａと下流側フィルタ２１Ｂ
との間の光路２２中に設けてもよい。
【００４０】
ここで図５Ｃを参照すると、光学フィルタ５０Ｃは図２Ａの光学フィルタ２０と同様で
あってもよく、図４Ａ〜４Ｅの光学フィルタ４０Ａ〜４０Ｅと同様であってもよい。しか
しながら、図５Ｃの光学フィルタ５０Ｃは、光路２２中に付加的なフィルタ２１Ｃを備え
てもよい。付加的なフィルタ２１Ｃの有するバンドパス中心波長は、上流側フィルタ２１
Ａおよび下流側フィルタ２１Ｂのバンドパス中心波長それぞれと連係して変化させてもよ
い。付加的なフィルタ２１Ｃは、また、ハイパスまたはローパス横方向可変フィルタ、回
折格子等の分散素子、スペクトル的におよび／または横方向に可変な吸収率を有するコー
ティングを備えてもよい。付加的なフィルタ２１Ｃの機能として、入射光の入射開口数を
さらに規定し、および／または光学フィルタ２０の解像度をさらに向上することが挙げら
れる。光学フィルタ５０Ｃにおいて、３つ以上の横方向可変バンドパスフィルタ２１Ａ、
２１Ｂ、・・・２１Ｎ（Ｎは任意の整数を表す）を用いることができる。
【００４１】
図２Ａをさらに参照しつつ図６Ａを参照すると、光学分光計６０Ａ（図６Ａ）は、図２
Ａの光学フィルタ２０および下流側フィルタ２１Ｂの下流の光路２２中に設けた光検出器
アレイ６１を備えることができる。光検出器アレイ６１は、第１の方向２５に沿って配置
した画素６２を有し、例えば、光源６９から出射した光学ビーム２３の個々のスペクトル
成分の光パワーレベルを検出することができる。広義には、用語「光源」とは、蛍光性ま
たは散乱性の試料、例えば、吸収率測定等に用いる実際の光源を指す。例えば、発光性お
よび／または散乱性の試料から生じる光学ビーム２３は、通常、集束光線または拡散光線
を含む。本明細書において、用語「拡散」は、光学ビーム２３を含む各光線が同じ単一の
点から生じることを要さない。同様に、用語「集束」は、光学ビーム２３を含む各光線が
単一の点に集束することを要さない。図２Ｃおおよび図３を参照して先に説明したように
、光学フィルタ２０が、上流側バンドパス横方向可変光学フィルタ２１Ａおよび下流側バ
ンドパス横方向可変光学フィルタ２１Ｂを含む二段階フィルタ構造を有することにより、
光学ビーム２３の光平行性に対する光学分光計６０Ａの分光選択性の依存度が減少する。
すなわち、もし上流側フィルタ２１Ａを用いずに下流側フィルタ２１Ｂのみを用いた場合
、光学分光計の分光選択性は光学ビーム２３の光平行性に対してより大きく依存しうるた
め、結果的に分光選択性が全体的に悪化する。
【００４２】
光検出器アレイ６１は、下流側フィルタ２１Ｂと直接接触していてもよい。光検出器ア
レイ６１に注封材料を充填して、カプセル封入６３してもよい。カプセル封入６３の目的
の一つは、光学フィルタ２０の下流側フィルタ２１Ｂの開口部６４を覆うことなく、光検
出器アレイ６１の電気的および／または熱的絶縁を図ることにある。カプセル封入６３の
別の目的は、上流側フィルタ２１Ａおよび下流側フィルタ２１Ｂの端縁を衝撃、湿気等か
ら保護することにある。
【００４３】
図２Ａおよび図６Ａをさらに参照しつつ図６Ｂを参照すると、光学分光計６０Ｂ（図６
Ｂ）は、図２Ａの光学フィルタ２０、および下流側フィルタ２１Ｂ下流の光路２２中に設
けた光検出器アレイ６１を備える。光学分光計６０Ｂは、光学ビーム２３を入射させる窓
６７を光路２２中に設けた筐体６６を備える。図示した実施形態において、窓６７は上流
側フィルタ２１Ａを備えてもよく、上流側フィルタ２１Ａおよび下流側フィルタ２１Ｂは
、例えばエアギャップ等の空隙６５により離間される。下流側フィルタ２１Ｂを光検出器
アレイ６１上に直接取り付けてもよい。一実施形態において、下流側フィルタ２１Ｂと光
検出器アレイ６１との間には、例えば２ｍｍ以下の小空隙があってもよい。
【００４４】
空隙６５により、光検出器アレイ６１を筐体６６から熱的に分離することが可能となり
、一方で、光検出器アレイ６１を光学熱電冷却器６８によって深冷処理することができる
ようになる。筐体６６は、気密密閉して、および／または不活性ガスを充填して、信頼性
および環境安定性を向上する。図示しない集束素子を下流側フィルタ２１Ｂと光検出器ア
レイ６１との間の光路２２中に設けて、光学ビーム２３を光検出器アレイ６１上に集束さ
せる。光検出器アレイ６１以外のセンサを用いてもよい。非限定的な例として、光学フィ
ルタ２０に対して光検出器を第１の方向２５に並進移動させることができる。
【００４５】
下流側フィルタ２１Ｂを取り付ける別の方法として、下流側フィルタ２１Ｂの薄膜構造
を光検出器アレイ６１上に直接堆積することが挙げられる。非限定的な例として、図７Ａ
および図７Ｂにおいて、下流側フィルタ２１Ｂは、光検出器アレイ６１の画素側６１Ａに
堆積してもよい。いくつかの実施形態において、下流側フィルタ２１Ｂは、２枚の遮蔽フ
ィルタ部７１および該２枚の遮蔽フィルタ部７１の間のバンドパスフィルタ部７２を含む
、ウェッジ状薄膜フィルタとすることができる。
【００４６】
図７Ｂにおいて、特に、個々の画素６２間に光吸収マスク７３を設置して、個々の画素
６２を迷光から遮蔽してもよい。図７Ｃにおいて、代替的な取付方法を説明する。下流側
フィルタ２１Ｂを光検出器アレイ６１の背面に取り付ける。もちろん、この代替的な取付
の方法によれば、光検出器アレイ６１の基板６１Ｃは光学ビーム２３に対して透明でなけ
ればならない。有利には、この背面取付けによれば、駆動回路チップ７４を光検出器アレ
イ６１の画素側６１Ａにフリップチップ接合することが可能となる。図７Ｄを参照すると
、複数の平行溝７６を例えばエッチングにより設け、各溝７６に黒色充填剤７５を注入す
ることにより下流側フィルタ２１Ｂをセグメント化することができる。各溝７６の位置は
、光吸収マスク７３のバー７７にそれぞれ整合させてもよい。
【００４７】
図６Ａおよび図６Ｂをさらに参照しつつ図８Ａを参照すると、分光計８０Ａの部分平面
図が示される。図８Ａの分光計８Ａは、図６Ａおよび図６Ｂの分光計６０Ａおよび６０Ｂ
と同様であってもよい。しかしながら、図８Ａの分光計８０Ａは、複数の個々に独立した
光検出画素８２を有する二次元（２Ｄ）光検出器アレイ８８を含むことができる。この２
Ｄ光検出器アレイ８８を、光学フィルタ２０の画素８２の列８４に対して鋭角αで回転す
なわちクロックすると、単色光照射した際に、光検出器アレイ３１上において、２Ｄ光検
出器アレイ８８の画素８２の列８４に対して角度をなすスペクトル線８３を形成すること
ができる。図８Ａをさらに参照しつつ図８Ｂを参照すると、角度αで回転すなわちクロッ
キングすることにより、２Ｄ光検出器アレイ８８の画素８２の異なる列８４上の光パワー
密度分布８５が互いにオフセットされうる。このようにして、１つのスペクトルに代えて
、複数のオフセットスペクトルが得られ、スペクトル分解能および波長精度を向上するこ
とが可能となる。例えば、脱回旋および個々の光パワー密度分布８５の平均化により、信
号雑音比も向上しうる。
【００４８】
ここで図８Ｃを参照すると、分光計８０Ｃは、図８Ａの分光計８０Ａの変形例とするこ
とができる。図８Ｃの分光計８０Ｃも２Ｄ光検出器アレイ８８を備えることができる。図
８Ｃにおいて、２Ｄ光検出器アレイ８８は、図８Ａに示すように傾いていてもいなくても
よい。図８Ｃの分光計８０Ｃは、さらに、図２Ａの光学フィルタ２０における対応する上
流側フィルタ２１Ａおよび下流側フィルタ２１Ｂと同様の、すなわち、光学ビーム２３の
光路２２に垂直な第１の方向２５に沿って相互に連携して漸次変化するバンドパス中心波
長を有する、上流側フィルタ８１Ａおよび下流側フィルタ８１Ｂをさらに備えることがで
きる。図８Ｃにおいて、上流側フィルタ８１Ａおよび下流側フィルタ８１Ｂは、それぞれ
、第１の方向２５に直交する第２の方向８７に並んで配置した複数のセグメント８９Ａ−
１、８９Ａ−２、８９Ａ−３（上流側フィルタ８１Ａ）・・・および８９Ｂ−１、８９Ｂ
−２、８９Ｂ−３（下流側フィルタ８１Ｂ）を備えてもよい。上流側フィルタ８１Ａのセ
グメント８９Ａ−１、８９Ａ−２、８９Ａ−３・・・はそれぞれ、下流側フィルタ８１Ｂ
のセグメント８９Ｂ−１、８９Ｂ−２、８９Ｂ−３のうちの１つに対応し、専用の波長域
において動作する。非限定的な例として、セグメント８９Ａ−１および８９Ｂ−１を第１
のセグメント対として１０００ｎｍ〜１２００ｎｍの波長域において動作するように構成
し、セグメント８９Ａ−２および８９Ｂ−２を第２のセグメント対として１２００ｎｍ〜
１４００ｎｍの波長域において動作するように構成し、セグメント８９Ａ−３および８９
Ｂ−３を第３のセグメント対として１４００ｎｍ〜１６００ｎｍの波長域において動作す
るように構成する等することができる。各波長域は連続している必要はない。その他の各
波長域、例えば、可視波長または近赤外（ＩＲ）、中赤外、紫外（ＵＶ）、ひいては軟Ｘ
線等について複数のセグメントを設けてもよい。よって、分光計８０Ｃは、マルチスペク
トル感知および／またはマルチスペクトル撮像用途等に好適である。これらのマルチスペ
クトル感知／マルチスペクトル撮像用途等には、適切な基板およびコーティング材を必要
とすることが当業者には理解されよう。
【００４９】
図２を再度参照すると、光路２２に沿って伝播する光学ビーム２３のスペクトルを測定
する方法は、距離Ｌだけ離間した上流側横方向可変バンドパス光学フィルタ２１Ａおよび
下流側横方向可変バンドパス光学フィルタ２１Ｂを有する光学フィルタ２０で光学ビーム
をフィルタリングすることを含む。図２Ｂに示すように、上流側フィルタ２１Ａおよび下
流側フィルタ２１Ｂは、それぞれ、光路２２に垂直な共通の第１の方向２５に沿って相互
に連係して（例えば、２４Ａ、２４Ｂ）漸次変化するバンドパス中心波長λＴを有しても
よい。上流側フィルタ２１Ａおよび下流側フィルタ２１Ｂを順次配置したことで、光学ビ
ーム２３の光平行性に対する、光学フィルタの分光選択性、例えば、帯域幅、帯域外減衰
等の依存度は、下流側フィルタ２１Ｂを単独で用いた場合の光学ビーム２３の光平行性に
対する分光選択性の対応する依存度よりも小さくなる。
【００５０】
本方法の次のステップにおいて、光パワー分布を、下流側フィルタ２１Ｂの下流におい
て、第１の方向２５に沿って検出してもよい。例えば、図６Ａ、図６Ｂ、および図８Ａを
再度参照すると、光検出器アレイ６１（図６Ａ、図６Ｂ）または２Ｄ光検出器アレイ８８
（図８Ａ）を下流側フィルタ２１Ｂの下流に設け、光検出器アレイ６１または８８を用い
て光パワー分布を検出してもよい。図６Ａおよび図７Ａ〜図７Ｃを再度参照すると、下流
側フィルタ２１Ｂは、光検出器アレイ６１上に、例えば、堆積させる等して直接設けても
よい。ここで、光検出器アレイ６１は、下流側フィルタ２１Ｂの開口部６４を覆うことな
く、注封材料で充填して絶縁してもよい。
【００５１】
いくつかの実施形態において、レイトレースシミュレーションを行って、図２Ａの光学
フィルタ２０Ａおよび本開示による同様のフィルタの性能を検証することができる。図９
Ａおよび図９Ｂを参照すると、レイトレースモデル９０には、ランベルト光源９９、矩形
開口９６、上流側横方向可変バンドパスフィルタ９１Ａ、長さＬを有する透明スペーサ９
２、下流側横方向可変バンドパスフィルタ９１Ｂ、および光検出器９７を順次設けること
ができる。レイトレースモデル９０の各入力パラメータの概要を以下の表１に示す。例え
ば、十分な数の光線９３をトレースして、再現性のある結果を得た。光線９３は、それぞ
れ、既定の波長を有し、既定の光パワーを伝達するものであった。光パワー読取り値は、
図２Ａの第１の方向２５に相当する拡散方向９５に沿って配列した光検出器９７の各ビン
（bins）に蓄積した。定数パラメータとして、例えば、ランベルト光源９９から開口９６
までの距離を３ｍｍ、光検出器の大きさを６．６ｍｍ×０．２５、光検出器９７の貯蔵容
器または画素数を８３８とした。可変パラメータとして、上流側横方向可変バンドパスフ
ィルタ９１Ａおよび下流側横方向可変バンドパスフィルタ９１Ｂの帯域幅（％）および開
口数（ＮＡ）（Ｆナンバー（Ｆ／＃））、および透明スペーサ９２の厚さ等が挙げられる
。ランベルト光源９９から、８つの波長、すなわち０．９５μｍ、１．０５μｍ、１．１
５μｍ、１．２５μｍ、１．３５μｍ、１．４５μｍ、１．５５μｍ、および１．６５μ
ｍの光を出射した。
【００５２】
【表１】
2019105856.tif 000003
【００５３】
図１０に、シミュレーション結果を、図９Ａおよび図９Ｂの光学レイトレースモデル９
０の光検出器９７の各ビンに蓄積された光パワー分布の形で示す。最上部のグラフ１００
は、「参照モデル」、すなわち、シミュレートした市販のＭｉｃｒｏＮＩＲ（商標）分光
計であって光をコリメートするテーパ状ライトパイプを有するものに対応する。グラフ１
０１〜１０４は、それぞれ、上記表１の参照モデル１〜４に対応する。
【００５４】
図１１Ａ、図１１Ｂ、および図１１Ｃを参照すると、１．０μｍ、１．３μｍ、および
１．６μｍのそれぞれの波長について、さらに詳細なスペクトル性能をシミュレートする
ことができる。モデル１〜４は、はるかに良好な波長精度および同様の分光選択性を示し
たことが分かる。図１２を参照すると、１．３μｍ、０．１２μｍそれぞれにおける双対
スペクトル線を用いてモデル１〜３の分解能が実証されている。図１０、図１１Ａ〜図１
１Ｃ、および図１２に示す結果において、モデル１〜４はテーパ状ライトパイプまたは別
の光平行化素子を有していなかったが、モデル１〜４の示すスペクトル帯域幅は許容範囲
であったことを理解されたい。参照モデルからテーパ状ライトパイプを除いた場合、参照
モデルの分光選択性は許容範囲を超えて低くなる。
【００５５】
表２に、モデル１〜４のシミュレートした性能の概要を示す。
【００５６】
【表２】
2019105856.tif 000004
【００５７】
図６Ａの光学フィルタ６０Ａの性能はシミュレーションにより実証してもよい。開口ブ
ーツ、テーパ状ライトパイプ、インジウムガリウムヒ素（ＩｎＧａＡｓ）ダイオードアレ
イを含む標準的なＭｉｃｒｏＮＩＲ（商標）分光計の性能も参照用にシミュレートした。
図１３を参照すると、標準的なＭｉｃｒｏＮＩＲ（商標）分光計の性能は、０．１μｍず
つ離間した、０．９μｍ〜１．７μｍの間のマルチ波長信号破線スペクトル１３１により
表すことができる。実線スペクトル１３２は、いかなるコリメート用光学部品または光成
形光学部品も有しない分光計６０Ａのシミュレートした性能を示す。各スペクトルピーク
間の迷光の一部は、使用波長域用に最適化していないコーティングに起因する。両測定地
の照明条件は同一とした。
【００５８】
図１４を参照すると、マルチ波長スペクトル１４０Ａ〜１４０Ｇは、図２Ａの光学フィ
ルタ２０を用い、フィルタ間距離Ｌを０．２ｍｍ〜３０ｍｍの範囲で変化させて行ったシ
ミュレーションにより得たものである。フィルタ間距離Ｌが大きくなると、フィルタのス
ループットが減少し、迷光１４１の帯域外減衰が改善することがわかる。これは、フィル
タ間距離Ｌが大きくなるにつれ、光学フィルタ２０（図２Ｃ、図３）の受光コーン２θが
縮小するからであると考えられる。
【００５９】
図１５Ａを参照すると、分光計１５０は、窓１５２を有するハウジング１５１を備える
ことができる。光学フィルタ１５３は、図示しない下流側横方向可変フィルタ（図示せず
）から物理的に２．０８ｍｍ離間した上流側横方向可変フィルタ（図示せず）を備えるこ
とができる。上流側フィルタの有するパスバンドは、図１５Ａではわからないが、１３０
０ｎｍの中心波長の１．３％かつ９００ｎｍ〜１７００ｎｍの範囲とすることができる。
光学フィルタ１５３の最上部にある上流側フィルタは、幅２ｍｍ、長さ８ｍｍ、および厚
さ１．１ｍｍとすることができる。下流側フィルタのパスバンドは１３００ｎｍの中心波
長の０．８％かつ９００ｎｍ〜１７００ｎｍの範囲とすることができる。下流側フィルタ
は、幅１．４ｍｍ、長さ７．４ｍｍ、および厚さ１．５ｍｍとすることができる。図示し
ない標準的な１２８画素検出器アレイを下流側フィルタから８０マイクロメートル離して
設けた。電子ドライバ１５４を用いて検出器アレイを駆動した。
【００６０】
光学フィルタ１５３および電子ドライバ１５４も、図１５Ａの拡大図である図１５Ｂに
、実線で象徴的に図示されている。図１５Ｂに示すように、長さ５ｍｍのスケールバー１
５６を用いることができる。
【００６１】
ここで、図１６を参照すると、図１５Ａおよび図１５Ｂに示す分光計１５０を用いて出
射スペクトル１６１および１６２を得た。２つのレーザ光源から波長１０６４ｎｍおよび
１５５１ｎｍにおいて出射した光は、今度は、積分球上に向けられて、切換可能な出射波
長を有するランベルト照明源を生成した。光検出器の積分回数を調節して、両スペクトル
が同じピーク振幅を有するようにした。なぜなら、各レーザのパワー出力レベルがそれぞ
れ異なったからである。その他の分光または空間フィルタは用いずに各測定を行った。積
分球形は、２５ｍｍのポートを有し、上流側フィルタから３５ｍｍ離して設けた。スペク
トル１６１および１６２の両方において、波長分解能は、光検出アレイの画素構造により
制限されうる。１０６５ｎｍにおける機器３ｄＢ帯域幅は、１．２％×１０６５ｎｍ＝１
２．８ｎｍと推定しうる。１５５０ｎｍにおける機器３ｄＢ帯域幅は、０．８２％×１５
５０ｎｍ＝１２．７ｎｍと推定しうる。
【００６２】
図１７を参照すると、透過スペクトル１７１および１７２は、アメリカ国立標準技術研
究所（National Institute of Standards and Technology(NIST)）認証の透過基準（この
場合は、アビアンドープガラス基準（Avian doped glass reference）ＷＣＴ２０６５−
０２５）をハロゲンランプの前に設置して測定したものである。実線で示した第１のスペ
クトル１７１は、図１５Ａおよび図１５Ｂの分光計１５０ｎを用いて測定した。点線で示
す第２のスペクトル１７２は、ジェイディーエス・ユニフェーズ社（JDS Uniphase Corpo
ration）（米国カリフォルニア州ミルピタス）製の標準的なＭｉｃｒｏＮＩＲ１７００分
光計を用いて測定したものである。
【００６３】
両方の場合において、光源を遮り、暗状態参照スペクトルを収集した。光路から上記の
ドープガラス基準を取り除くことにより、白状態参照スペクトルを収集した。第１のスペ
クトル１７１が第２のスペクトル１７２に密接に関連しているとがわかる。第１のスペク
トル１７１の測定は、図１５Ａおよび図１５Ｂに示す分光計１５０の前に幅１ｍｍの開口
を設置して行った。開口が無い場合、分解能が僅かに減少するが、積分（データ収集）回
数は３分の１に減少した。
【００６４】
上記の明細書において、種々の実施形態を添付の図面を参照しつつ説明したが、種々の
修正および変更を加えることができ、以下に示す特許請求の範囲に示された本開示の広範
な範囲を逸脱することなく付加的な実施形態を実施可能であることは明らかである。よっ
て、明細書および図面は、限定的な意味ではなく、むしろ、例示的な意味に解すべきであ
る。
【００６５】
この点に関し、本開示による光学フィルタおよび分光計は、上述したように、入力デー
タの処理および出力データの生成をある程度含みうることに留意されたい。この入力デー
タの処理および出力データの生成は、ハードウエアまたはソフトウエアにおいて実施する
ことができる。例えば、特定の電子部品をプロセッサ、モジュール、または同様の関連回
路において用いて、上記の本開示による光学フィルタおよび／または分光計と関連する機
能を実施することができる。代案として、命令により動作する１つ以上のプロセッサによ
り、上記した本開示に関連する機能を実施することもできる。その場合、そのような命令
を１つ以上のプロセッサ可読記憶媒体（例えば、磁気ディスクまたはその他の記憶媒体）
に記憶したり、１つ以上の搬送波により体化した１つ以上の信号を介して１つ以上のプロ
セッサに送信したりすることも、本開示の技術範囲に含まれる。
【００６６】
本開示は、本明細書に記載した特定の実施形態の範囲に限定されない。むしろ、本明細
書に記載した実施形態に加え、その他の種々の実施形態および変更例が、上記の記載およ
び添付の図面から当業者には明らかになるであろう。よって、そのような他の実施形態お
よび変更例も本開示の範囲内とすべきことを企図したものである。さらに、本開示は、本
明細書においては、特定の目的のための特定の環境における特定の実施の文脈において説
明したが、当業者は、その有用性はそれらに限定されるものではなく、本開示は、幾多の
環境において幾多の目的のために有利に実施しうるものであることを理解されよう。よっ
て、添付の特許請求の範囲は、本明細書に記載した本開示の全ての効果および趣旨を考慮
して定められるべきものである。
【図１Ａ】
2019105856.tif 000005
【図１Ｂ】
2019105856.tif 000006
【図２】
2019105856.tif 000007
【図３】
2019105856.tif 000008
【図４−１】
2019105856.tif 000009
【図４−２】
2019105856.tif 000010
【図５】
2019105856.tif 000011
【図６】
2019105856.tif 000012
【図７−１】
2019105856.tif 000013
【図７−２】
2019105856.tif 000014
【図８Ａ】
2019105856.tif 000015
【図８Ｂ】
2019105856.tif 000016
【図８Ｃ】
2019105856.tif 000017
【図９Ａ】
2019105856.tif 000018
【図９Ｂ】
2019105856.tif 000019
【図１０】
2019105856.tif 000020
【図１１Ａ】
2019105856.tif 000021
【図１１Ｂ】
2019105856.tif 000022
【図１１Ｃ】
2019105856.tif 000023
【図１２】
2019105856.tif 000024
【図１３】
2019105856.tif 000025
【図１４】
2019105856.tif 000026
【図１５】
2019105856.tif 000027
【図１６】
2019105856.tif 000028
【図１７】
2019105856.tif 000029
【手続補正書】
【提出日】平成31年3月26日(2019.3.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学フィルタであって、
前記光学フィルタの媒体上に堆積された、第１の薄膜ウェッジ付き干渉コーティングと、
前記光学フィルタの前記媒体上に堆積された、第２の薄膜ウェッジ付き干渉コーティングと、を備え、
前記媒体は、単一の共通基板であって、
前記第１の薄膜ウェッジ付き干渉コーティングは、前記媒体の第１の側面に堆積され、前記第２の薄膜ウェッジ付き干渉コーティングは、前記媒体の、光学ビームの光路において反対側にある、第２の側面に堆積されている、
あるいは、前記媒体は、前記第１の薄膜ウェッジ付き干渉コーティングと前記第２の薄膜ウェッジ付き干渉コーティングとの間に配置されている、光学フィルタ。
【請求項２】
前記第１の薄膜ウェッジ付き干渉コーティングは、上流側薄膜ウェッジ付き干渉コーティングである、請求項１に記載の光学フィルタ。
【請求項３】
前記光学フィルタは、上流側フィルタと下流側フィルタとを含み、
前記上流側フィルタは、前記第１の薄膜ウェッジ付き干渉コーティングを含み、
前記下流側フィルタは、前記第２の薄膜ウェッジ付き干渉コーティングを含む、請求項１に記載の光学フィルタ。
【請求項４】
前記媒体は、前記第１の薄膜ウェッジ付き干渉コーティングと前記第２の薄膜ウェッジ付き干渉コーティングとの間において、屈折率ｎを有する透明媒体である、請求項１に記載の光学フィルタ。
【請求項５】
前記第１の薄膜ウェッジ付き干渉コーティングと前記第２の薄膜ウェッジ付き干渉コーティングとの間の距離Ｌは変化する、請求項１に記載の光学フィルタ。
【請求項６】
光学フィルタであって、
前記光学フィルタの基板上に堆積された、第１の薄膜ウェッジ付き干渉コーティングと、
前記光学フィルタの前記基板上に堆積された、第２の薄膜ウェッジ付き干渉コーティングと、を備え、
前記第１の薄膜ウェッジ付き干渉コーティングは、前記基板の第１の側面に堆積され、前記第２の薄膜ウェッジ付き干渉コーティングは、前記基板の、反対側にある、第２の側面に堆積されており、
前記基板は、単一の共通基板である、光学フィルタ。
【請求項７】
前記光学フィルタは、上流側フィルタと下流側フィルタとを含み、
前記上流側フィルタは、前記第１の薄膜ウェッジ付き干渉コーティングを含み、
前記下流側フィルタは、前記第２の薄膜ウェッジ付き干渉コーティングを含む、請求項６に記載の光学フィルタ。
【請求項８】
前記第１の薄膜ウェッジ付き干渉コーティングと前記第２の薄膜ウェッジ付き干渉コーティングとの間に空間が存在する、請求項６に記載の光学フィルタ。
【請求項９】
光路中に設けられた開口をさらに含む、請求項６に記載の光学フィルタ。
【請求項１０】
前記開口の幅は変化する、請求項９に記載の光学フィルタ。
【請求項１１】
光学ビームをフィルタリングするステップを含み、
前記光学ビームは、光学フィルタを用いてフィルタリングされ、
前記光学フィルタは、
前記光学フィルタの基板上に堆積された、第１の薄膜ウェッジ付き干渉コーティングと、
前記光学フィルタの前記基板上に堆積された、第２の薄膜ウェッジ付き干渉コーティングと、を備え、
前記基板は、単一の共通基板であって、
前記第１の薄膜ウェッジ付き干渉コーティングは、前記基板の第１の側面に堆積され、前記第２の薄膜ウェッジ付き干渉コーティングは、前記基板の、光学ビームの光路において反対側にある、第２の側面に堆積されている、
あるいは、前記基板は、前記第１の薄膜ウェッジ付き干渉コーティングと前記第２の薄膜ウェッジ付き干渉コーティングとの間に配置されている、方法。
【請求項１２】
前記基板は、前記第１の薄膜ウェッジ付き干渉コーティングと前記第２の薄膜ウェッジ付き干渉コーティングとの間において、屈折率ｎを有する透明媒体を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の薄膜ウェッジ付き干渉コーティングと前記第２の薄膜ウェッジ付き干渉コーティングとの間に空間が存在する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記光学フィルタは、前記光路中に設けられた開口をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の薄膜ウェッジ付き干渉コーティングと前記第２の薄膜ウェッジ付き干渉コーティングとの間の距離Ｌは変化する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の薄膜ウェッジ付き干渉コーティングは、上流側薄膜ウェッジ付き干渉コーティングである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記光学フィルタは、上流側フィルタと下流側フィルタとを含み、
前記上流側フィルタは、前記第１の薄膜ウェッジ付き干渉コーティングを含み、
前記下流側フィルタは、前記第２の薄膜ウェッジ付き干渉コーティングを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の薄膜ウェッジ付き干渉コーティングは、前記第２の薄膜ウェッジ付き干渉コーティングに対して所定の角度で配置されている、請求項１に記載の光学フィルタ。
【請求項１９】
前記光路中に設けられた開口をさらに含む、請求項１に記載の光学フィルタ。
【請求項２０】
前記光学フィルタは、上流側フィルタと下流側フィルタとを含み、
前記上流側フィルタは、準波長格子を含み、
前記下流側フィルタは、二色性ポリマーを含む、請求項１１に記載の方法。
【外国語明細書】
2019105856000001.pdf