具有空间变化微复制层的光学滤光器的制作方法

本公开涉及光学滤光器和包括光学滤光器的传感器。本公开也涉及具有空间变化微复制层的光学滤光器。

背景技术：

在各种各样的应用中采用光学滤光器，诸如光学通信系统、光学传感器、成像、科学和工业光学设备以及显示系统。光学滤光器可包括管理入射电磁辐射(包括光)的透射的光学层。光学滤光器可反射或吸收入射光的一部分，并透射入射光的另一部分。光学滤光器内的光学层可在波长选择性、光学透射率、光学透明度、光学雾度和折射率方面有所不同。

uv、可见和近红外感测和通信架构可包括能够检测光谱信息的传感器(或传感器阵列)，光谱信息能够用于确定许多所关注的参数。另外，传感器可用于可见光通信(vlc或激光雷达)，诸如lifi、手势感测和许多其他应用。继续寻求滤光器和传感器的光谱选择性和敏感性的改进。

技术实现要素：

本公开描述了包括被光学耦合到波长选择性滤光器的空间变化微复制层的示例制品。波长选择性滤光器可具有取决于光入射角的光学频带。空间变化微复制层可被配置为使光以第一预定入射角透射到波长选择性滤光器的第一光学区域并且使光以第二预定入射角透射到波长选择性滤光器的第二光学区域。

本公开描述了包括在第一光入射角具有第一频带边缘的波长选择性滤光器的示例制品。该示例制品可包括被光学耦合到波长选择性滤光器的微复制层。微复制层可包括多个微复制特征结构。多个微复制特征结构中的至少一个微复制特征结构可被配置为使光以第一光入射角透射到波长选择性滤光器的第一区域。

本公开描述了包括利用光源对样品进行照射以获得特征光的示例技术。光源可发射宽频带、窄频带或多频带光谱。光源可发射非极化光或极化(线性的、圆形的或椭圆的)光。该示例技术可包括使特征光穿过被光学耦合到波长选择性滤光器的空间变化微复制层，以便使滤波的特征光以多个入射角中的相应入射角透射到波长选择性滤光器的多个区域中的每个区域。每个相应入射角可与多个窄频带中的已知窄频带相关联。该示例技术可包括在多个传感器元件中的相应传感器元件处感测由波长选择性滤光器的每个相应区域透射的滤波的特征光的相应强度。该示例技术可包括通过将每个感测的相应强度和与物质相关联的已知参考光谱进行曲线拟合，将由多个传感器元件感测的滤波的特征光谱对照已知参考光谱进行比较。曲线拟合可包括使每个感测的相应强度对照与相应窄频带相关联的相应预期强度匹配，相应窄频带与透射滤波的特征光的相应强度的相应区域相关联。该示例技术可包括基于该比较确定样品中该物质的存在。

本公开描述了利用宽频带光源对样品进行照射以获得特征光的示例技术。该示例技术可包括使特征光穿过光学滤光器，以便使滤波的特征光以多个预定角中的每个相应预定角透射到宽频带传感器。该示例技术可包括通过感测以每个相应预定角透射的滤波的特征光的相应强度确定滤波的特征光的角空间中的累积光谱功率分布。该示例技术可包括基于光学滤光器的频带边缘的角色散将角空间中的累积光谱功率分布转换为波长空间中的累积光谱功率分布。该示例技术可包括通过确定波长空间中的累积光谱功率分布的数学导数确定滤波的特征光的光谱功率分布。该示例技术可包括将光谱功率分布与物质的已知参考光谱功率分布进行比较。该示例技术可包括基于该比较确定样品中该物质的存在。

本公开描述了包括被光学耦合到波长选择性滤光器的空间变化折射结构层的示例制品。波长选择性滤光器可具有取决于光入射角的光学频带。空间变化折射结构层可被配置为使光以第一预定入射角透射到波长选择性滤光器的第一光学区域并且使光以第二预定入射角透射到波长选择性滤光器的第二光学区域。

本发明的一个或多个方面的细节在以下附图和具体实施方式中示出。从说明书和附图以及从权利要求中可显而易见本发明的其它特征、目的和优点。

附图说明

当结合附图阅读时，在以下详细描述中本发明的上述和其他方面将更显而易见。

图1a是包括示例光学滤光器的示例制品的概念性和示意性侧向剖视图。

图1b是包括示例光学滤光器的示例制品的概念性和示意性侧向剖视图。

图1c是包括示例光学滤光器的示例制品的概念性和示意性侧向剖视图。

图1d是包括示例光学滤光器的示例制品的概念性和示意性顶视图。

图1e是包括示例光学滤光器的示例制品的概念性和示意性顶视图。

图2a是示出没有微复制层的示例光学滤光器的侧视图的概念图和示意图。

图2b是示出图2a的示例光学滤光器的透视图的概念图和示意图。

图2c是呈现反射率的图表，反射率作为用于图2a的示例光学滤光器的极角和波长的函数。

图2d是呈现透射率的图表，透射率作为用于图2a的示例光学滤光器的极角和波长的函数。

图3a是示出包括准直结构的示例光学滤光器的分解侧视图的概念图和示意图。

图3b是示出图3a的示例光学滤光器的透视图的概念图和示意图。

图3c是呈现反射率的图表，反射率作为用于图3a的示例光学滤光器的极角和波长的函数。

图3d是呈现透射率的图表，透射率作为用于图3a的示例光学滤光器的极角和波长的函数。

图4a是示出包括去准直结构的示例光学滤光器的分解侧视图的概念图和示意图。

图4b是示出图4a的示例光学滤光器的透视图的概念图和示意图。

图4c是呈现反射率的图表，反射率作为用于图4a的示例光学滤光器的极角和波长的函数。

图4d是呈现透射率的图表，透射率作为用于图4a的示例光学滤光器的极角和波长的函数。

图5a是通过包括微复制特征结构的示例光学滤光器的光色射的概念图和示意图，该微复制特征结构包括0°棱镜。

图5b是呈现反射率的图表，反射率作为用于图5a的示例光学滤光器的极角和波长的函数。

图5c是比较图5a的光学滤光器的光谱与样品的参考光谱的图表。

图5d是呈现通过图5a的示例光学滤光器滤波的信号的光谱的图表。

图6a是通过包括微复制特征结构的示例光学滤光器的光色射的概念图和示意图，该微复制特征结构包括20°棱镜。

图6b是呈现反射率的图表，反射率作为用于图6a的示例光学滤光器的极角和波长的函数。

图6c是比较图6a的光学滤光器的光谱与样品的参考光谱的图表。

图6d是呈现通过图6a的示例光学滤光器滤波的信号的光谱的图表。

图7a是通过包括微复制特征结构的示例光学滤光器的光色射的概念图和示意图，该微复制特征结构包括40°棱镜。

图7b是呈现反射率的图表，反射率作为用于图7a的示例光学滤光器的极角和波长的函数。

图7c是比较图7a的光学滤光器的光谱与样品的参考光谱的图表。

图7d是呈现通过图7a的示例光学滤光器滤波的信号的光谱的图表。

图8a是通过包括微复制特征结构的示例光学滤光器的光色射的概念图和示意图，该微复制特征结构包括60°棱镜。

图8b是呈现反射率的图表，反射率作为用于图8a的示例光学滤光器的极角和波长的函数。

图8c是比较图8a的光学滤光器的光谱与样品的参考光谱的图表。

图8d是呈现通过图8a的示例光学滤光器滤波的信号的光谱的图表。

图9a是通过包括微复制特征结构的示例光学滤光器的光色射的概念图和示意图，该微复制特征结构包括70°棱镜。

图9b是呈现反射率的图表，反射率作为用于图9a的示例光学滤光器的极角和波长的函数。

图9c是比较图9a的光学滤光器的光谱与样品的参考光谱的图表。

图9d是呈现通过图9a的示例光学滤光器滤波的信号的光谱的图表。

图10a是通过包括微复制特征结构的示例光学滤光器的光色射的概念图和示意图，该微复制特征结构包括80°棱镜。

图10b是呈现反射率的图表，反射率作为用于图10a的示例光学滤光器的极角和波长的函数。

图10c是比较图10a的光学滤光器的光谱与样品的参考光谱的图表。

图10d是呈现通过图10a的示例光学滤光器滤波的信号的光谱的图表。

图11a是呈现通过结合来自图5a至图10a的示例光学滤光器的信号获得的光谱的图表，用于穿过包括血红蛋白的样品的光。

图11b是呈现通过结合来自图5a至图10a的示例光学滤光器的信号获得的光谱的图表，用于穿过包括氧合血红蛋白的样品的光。

图12a是呈现反射率的图表，反射率作为用于示例gbo(巨型双折射光学)滤光器的极角和波长的函数。

图12b是呈现透射率的图表，透射率作为用于示例gbo滤光器的极角和波长的函数。

图13a是呈现用于叶绿素a、β-胡萝卜素和叶绿素b的相应吸收光谱的图表。

图13b是呈现累积光谱功率分布的图表，累积光谱功率分布作为用于穿过包括叶绿素a、β-胡萝卜素和叶绿素b的样品组成的光的入射角的函数，该光由图12a的示例gbo滤光器滤波。

图13c是呈现光谱功率分布的图表，光谱功率分布作为通过数学转化图13b的图表获得的波长的函数。

图14是包括示例光学滤光器的示例制品的照片，该示例光学滤光器包括微复制特征结构和衬底。

应当理解，本公开的特定附图的特征可不必按比例绘制，并且附图呈现本文所公开的技术的非排他性示例。

具体实施方式

光学滤光器可用于改变反射光或透射光的光谱。例如，多层光学膜(mof)可用于光学滤光器中。mof能够使用多层薄膜技术制得，并且mof的波长范围和其他光学性质可为层的厚度范围和折射率的函数。然而，由于光学滤光器(诸如mof)的光学性质取决于各种内部层的结构和组成，所以改变或调整光学滤光器的光学性质可能需要对制造过程进行相对昂贵的改变。例如，针对要生产的具有不同光学性质的光学滤光器的每个样品或批次，可能必须停止、重新校准和重新开始制造过程。

本公开提供了示例技术和光学滤光器，该示例技术和光学滤光器例如通过将微复制层施加在基部光学滤光器的主表面上而允许进行mof和其他光学滤光器的光学性质的后制造或下游调整。因此，入射在膜上的角的范围可调整到不同的光学性质，由此基本上相同的基部或下层光学滤光器可生成不同的光学响应，从而避免对改变基部光学滤光器自身的性质的需要。例如，在单次运行中产生的一批基部光学滤光器可通过将合适的微复制层设置在基部光学滤光器上来定制成不同的产品线，每个产品线具有不同的预定光学性质。

图1a是包括示例光学滤光器的示例制品10a的概念性和示意性侧向剖视图。在一些实施例中，示例光学滤光器可包括被光学耦合到空间变化微复制层14的波长选择性滤光器12。在一些实施例中，空间变化微复制层14可将光透射到波长选择性滤光器12。示例光学滤光器或波长选择性滤光器12可被光学耦合到光传感器18。在一些实施例中，光传感器18可感测由波长选择性滤光器12透射的光。例如，光传感器18可感测由波长选择性滤光器12透射的光，该光由波长选择性滤光器12接收自空间变化微复制层14。在一些实施例中，光学透明粘合剂的一个或多个层可用于光学耦合波长选择性滤光器12、空间变化微复制层14和光传感器18中的一个或多个。光学耦合的光学元件可透射光和接收光，而没有用于预定波长的预定光学特性(例如，强度)的任何实质性改变。光学元件可通过将光学元件设置为彼此足够靠近以允许光在光学元件之间透射，或者通过在光学元件的相应光透射表面和接收表面之间设置空气、玻璃、聚合物、折射介质、光学透明粘合剂、光导或任何合适的光学介质来光学耦合。在一些示例中，波长选择性滤光器12、空间变化微复制层14和光传感器18中的一个或多个的一个或多个表面可相对于彼此设置，使得由一个表面透射或反射的光可由第二表面接收。在一些示例中，波长选择性滤光器12、空间变化微复制层14和光传感器18中的一个或多个可通过光导、膜、镜子、光学透明粘合剂或其他光学路径光学耦合。在一些示例中，由光传感器18感测的光可由光源照明的样品或物体进行光透射或反射。光可包括可见波长、紫外波长、红外波长、或近红外波长或任何其他波长。光在到达光传感器18之前可由波长选择性滤光器12或空间变化微复制层14中的一个或两个透射或反射。

波长选择性滤光器12可具有取决于光入射角的光学谱带。波长选择性滤光器12可具有选择性透射、反射或散射谱带中的一个或多个。例如，波长选择性滤光器12可具有窄透射谱带。在一些示例中，波长选择性滤光器12可包括具有预定角偏移的干涉滤光器。例如，波长选择性滤光器12可包括边缘滤光器、陷波滤光器或梳状滤光器。在一些示例中，波长选择性滤光器12可包括干涉滤光器，例如，mof干涉滤光器或巨型双折射光学干涉滤光器。干涉滤光器可包括干涉膜，该干涉膜可包括无机层、有机层、各向同性层和混合体(例如，金属/电介质叠层)。可使用沉积(例如，气相沉积、溅射沉积和原子层沉积)、共挤出或任何其他合适的技术制造干涉滤光器。在一些示例中，波长选择性滤光器12可包括mof，例如，具有预定透射频带或反射谱带的多个光学层的多层电介质叠层。例如，多个光学层中的每个光学层可包括具有预定折射率的电介质材料，并且mof的相应光学层的折射率之间的差可导致预定的光学谱带。在一些示例中，mof可包括聚合物层、双折射层、反射体、部分反射体、吸收染料、吸收颜料、有机材料、无机材料、各向同性材料或各向异性材料中的一种或多种。例如，层可被挤出或共挤出。波长选择性滤光器12可包括多层，每层具有预定的折射率。在一些示例中，波长选择性滤光器12可包括折射率相对较高(例如，具有大于约1.3或约1.5的折射率)的层。在一些示例中，波长选择性滤光器12可包括折射率相对较低(例如，具有低于约1.3或约1.5的折射率)的层。与折射率较低的层相比，折射率较高的层可倾向于使光的角偏移较少。在一些示例中，较大的角偏移可增加与波长选择性滤光器12相关联的光学波长频带的宽度。在一些示例中，波长选择性滤光器12可具有一个或多个光学频带。例如，光学频带可包括反射频带、透射频带、窄频带、宽频带、可见频带、近红外频带、通频带或抑制频带中的一个或多个。波长选择性滤光器12的一个或多个光学频带(例如，透射或反射)可随入射光的光入射角而改变。例如，与波长选择性滤光器相关联的光学频带的一个或多个频带边缘可随光入射角偏移而偏移。例如，当入射角相对于波长选择性滤光器12的表面上的法向轴为零时，带通窗口的中心可从第一波长偏移到大于零的入射角处的第二波长。因此，通过改变光入射角，可获得不同的光学频带。在一些示例中，波长选择性滤光器12具有相对较窄的光学频带，例如，具有隔开小于100nm或小于50nm的频带宽度的频带边缘的光学频带。在一些示例中，波长选择性滤光器12具有相对较宽的光学频带，例如，具有隔开大于100nm、大于200nm、大于300nm或大于500nm的频带宽度的频带边缘的光学频带。在一些示例中，波长选择性滤光器12可具有带有相应频带边缘的一个或多个光学频带。

在一些示例中，波长选择性滤光器12可具有一个或多个光学区域，例如，第一光学区域12a、第二光学区域12b、第三光学区域12c、第四光学区域12d和第五光学区域12e，如图1a所示。在一些示例中，一个或多个光学区域可反射或透射。例如，波长选择性滤光器12的至少一个光学区域可为反射区域。在一些示例中，波长选择性滤光器12的至少一个光学区域可为透射区域。在一些示例中，空间变化微复制层14可包括大于2、大于5、大于10、大于100或大于1000的区域。波长选择性滤光器12的每个光学区域可接收来自空间变化微复制层14的对应的预定区域的光。在一些示例中，空间变化微复制层14可被配置为使光以第一预定入射角透射到波长选择性滤光器的第一光学区域12a，并且使光以第二预定入射角透射到波长选择性滤光器的第二光学区域12b。在一些示例中，空间变化微复制层14可被配置为使光以多个预定入射角的相应入射角透射到波长选择性滤光器12的多个光学区域中的每个光学区域。例如，多个光学区域可包括第一光学区域12a和第二光学区域12b，并且其中多个预定入射角包括第一预定入射角和第二预定入射角。在一些示例中，多个预定入射角中的每个预定入射角可被配置为将波长选择性滤光器的取决于光入射角的光学频带偏移到多个预定偏移频带中的相应预定偏移频带。

为了使光以不同角透射到波长选择性滤光器12，在一些示例中，空间变化微复制层14可包括多个微复制特征结构15。例如，多个微复制特征结构15可包括棱镜、角限制元件或准直元件中的一个或多个。在一些示例中，空间变化微复制层14可包括衬底(未示出)。例如，一个或多个微复制特征结构15可设置在衬底的表面上，或者设置在衬底的容积内。在一些示例中，衬底可为基本上光学透明的。在一些示例中，波长选择性滤光器12可充当用于微复制层15的衬底。微复制层15或衬底可包括玻璃、聚合物、陶瓷、电介质或任何其他合适的光学材料。微复制层15可与衬底共制造，或者可利用光学透明粘合剂附接到衬底，或者可以其他方式保留在衬底上。在一些示例中，微复制特征结构15可以预定图案设置在衬底上。在一些示例中，空间变化微复制层14可包括多于一层的折射结构或微复制特征结构。

微复制特征结构15可具有预定几何形状以使由微复制特征结构15透射或反射的光束的角偏移。例如，如图1a所示，微复制特征结构15可包括棱镜、透镜、透镜元件、弯曲元件、圆形元件或能够使光入射角偏移的任何其他合适的元件。微复制层15可关于预定轴对称或不对称。微复制特征结构15中的每个可具有内部光学特征结构，该内部光学特征结构可将入射在微复制特征结构的表面上的光束的角改变为透射穿过的不同角。例如，微复制特征结构15中的每个可限定使光束的角偏移预定程度的内部光路角，诸如棱镜角。在一些示例中，微复制特征结构15中的一个或多个可分别展示在约0°与约90°之间(例如，约0°、10°、20°、30°、40°、50°、60°、70°、80°、90°或任何其他合适的预定角)的预定棱镜面角(棱镜小平面相对于衬底的倾斜度)。在一些示例中，微复制特征结构15中的一个或多个可分别展示在约0°与约180°之间的预定棱镜顶角(由表面上的平面法线上的棱镜顶点限定的角)。取决于棱镜面角或棱镜顶角，棱镜可使入射光偏转不同的角。在一些示例中，微复制特征结构15中的一个或多个可具有相同或不同的反射率以及相同或不同的光偏移角。在一些示例中，空间变化微复制层14包括具有不同光偏移角(例如，不同棱镜角)的至少两个微复制特征结构15。因此，具有不同的光偏移角的微复制特征结构15可以不同的角将光透射到波长选择性滤光器12的不同区域。在一些示例中，多个微复制特征结构15中的每个微复制特征结构可使光以相应预定入射角透射到相应光学区域。

在一些示例中，多个微复制特征结构15可包括微复制特征结构的多个子集。例如，如图1a所示，空间变化微复制层14可包括子集16a、子集16b、子集16c、子集16d和子集16e。在一些示例中，空间变化微复制层14可包括大于2、大于5、大于10、大于100、大于1,000或大于10,000的子集。微复制特征结构15的每个子集可使光以相应预定入射角透射到相应光学区域。例如，多个微复制特征结构15中的每个相应微复制特征结构可将确定由相应微复制特征结构透射的光的光入射角的光偏移角限定到波长选择性滤光器12的相应光学区域。

虽然以上描述了空间变化微复制层14和微复制特征结构15，但是在一些示例中，空间变化微复制层14可被表面起伏层置换。例如，表面起伏层可包括具有预定直径或垂度深度的多个光学元件或珠。在一些示例中，表面起伏层可不为空间变化的，而是基本上空间均匀的。在一些示例中，层14可包括空间变化折射结构，该空间变化折射结构包括折射结构15而不是微复制特征结构15。

在一些示例中，波长选择性滤光器12的相应光学区域可接收由空间变化微复制层14的相应子集或区域透射的光。例如，如图1a所示，空间变化微复制层14的子集16a可使光以第一预定角透射到第一光学区域12a，并且空间变化微复制层14的子集16b可使光以第二预定角透射到第二光学区域12b。在一些示例中，空间变化微复制层14的每个子集16a-16e可使光以相应预定角透射到光学区域12a-12e中的相应光学区域。如上所述，空间变化微复制层14可包括任何数量的合适的子集，并且波长选择性滤光器12可包括任何数量的合适的光学区域。在一些示例中，光学区域的数量可为相同的、大于或小于微复制特征结构15的子集的数量。例如，多于一个微复制特征结构可使光透射到波长选择性滤光器12的相同的光学区域，并且波长选择性滤光器12的多个光学区域可接收从相同的微复制特征结构或微复制特征结构15的相同子集透射的光。

在一些示例中，波长选择性层12可包括未偏移区域。例如，图1b是包括示例光学滤光器的示例制品10b的概念性和示意性侧向剖视图。波长选择性层12的未偏移区域12e可不被光学耦合到任何微复制特征结构或空间变化微复制层14的任何区域。例如，波长选择性滤光器的未偏移区域12e可被配置为接收未透射通过空间变化微复制层14的光。

在一些示例中，空间变化微复制层14可包括一个或多个平面化区域。例如，图1c是包括示例光学滤光器的示例制品10c的概念性和示意性侧向剖视图。在图1c所示的示例中，空间变化微复制层14可包括平坦化区域24a。平坦化区域24a可被配置为使光透射到波长选择性膜12而基本上不改变入射角。在一些示例中，平坦化区域24a可包括空间变化微复制层14的目标区域上的光学材料的基本上平坦的沉积物，以使目标区域平坦化。例如，在平坦化前，目标区域可展示至少一些微复制特征结构15，或者可没有展示微复制特征结构。在平坦化后，目标区域可包括嵌入平坦化材料中的至少一些微复制特征结构15，由此使得至少一些微复制特征结构15不能有效地基本上改变例如入射光，这是因为平坦化材料的折射率可匹配至少一些微复制特征结构15的折射率。在一些示例中，平坦化材料的折射率可不匹配微复制特征结构15的折射率。一个或多个平坦化区域可在空间变化微复制层14的整个二维表面区域上延伸。例如，图1d是包括示例光学滤光器的示例制品10d的概念性和示意性顶视图。如图1d所示，在一些示例中，平坦化区域24a和第二平坦化区域24b可分别在整个预定表面区域上延伸。在一些示例中，微复制特征结构15的子集可在空间变化微复制层14的整个相应预定表面区域上延伸。例如，图1e是包括示例光学滤光器的示例制品10e的概念性和示意性顶视图。如图1e所示，在一些示例中，子集16a、子集16b和子集16c可分别在被光学耦合到波长选择性滤光器12的整个预定区域上延伸，而波长选择性滤光器12的区域没有被光学耦合到空间变化微复制层14的任何区域。

在一些示例中，制品10a-10e还可包括光谱选择性吸收体，例如染料或颜料。光谱选择性吸收体可施加在均匀层中，或者作为预定图案施加到预定的选定表面或施加在波长选择性滤光器12、空间变化微复制层14、微复制特征结构15、粘合剂、衬底或任何其他层中的一者或两者的本体内。

示例制品中的空间变化微复制层14可根据下述公式no.1将光传播内角θ增加到大于来自平坦表面的传播内角(θflat)并且小于临界内角(θcritical)：

θflat<θ<θcritical公式no.1

另外，空间变化微复制层14中的微复制特征结构15可通过改变可具有通过下述公式no.2表征的角偏移的下层光学滤光器上的光入射角使波长偏移，其中，θ是入射角，λθ是角θ下的所得波长，λ0是法向入射下的中心波长，n0是入射介质的折射率，并且nf＝滤光器的有效折射率：

λθ<λ0(1-n0/nf(sin²θ))^1/2公式no.2

因此，通过将空间变化微复制层14与波长选择性滤光器12光学耦合，能够使光学滤光器通过波长偏移，这是因为空间变化微复制层14可改变入射角。在一些示例中，空间变化微复制层14可在波长选择性滤光器12中以超临界角引入光。另外，在一些示例中，空间变化微复制层14可在不同区域或位置处将入射角改变到不同度数，所以与空间变化微复制层14结合的波长选择性滤光器12可在不同区域处呈现不同的光学滤光器通过波长。例如，空间变化微复制层14可与波长选择性滤光器12相邻设置以限制作为角的函数的滤光器频带偏移，改变带通角起始位置或范围，在不同位置处提供不同的光谱响应，并且在波长选择性滤光器12的区域上产生频带边缘特性的二维变型。

因此，除波长选择性滤光器12的制造后调整之外，根据本公开的示例制品可提供在不同区域处展示不同的光学性质的空间变化光学滤光器。另外，根据本公开的示例分光光度计可包括与光传感器18相邻设置的空间变化光学滤光器，由此使得滤光器将在不同区域处的不同波长或波长频带的光透射到传感器的不同像素、传感器元件或传感器区域上。根据本公开的示例制品和技术可用于高光谱成像或者捕获光源的光谱和图像两者。因此，传感器的相应像素的激活或信号强度可对应于入射在分光光度计上的光内的特定波长或波长频带的强度。例如，光学干涉滤光器的本征角分散可用于通过将光学滤光器与适当的传感器相结合进行光谱分析。这可用于影响信噪比、角敏感性，并且启用多功能传感器。这种效果在装饰性和节能型层压窗膜中以及对于诸如血液分析和相关生物识别的传感器应用可为有用的。修改的光学滤光器可用于控制膜格式的单波长led的角发射而不需要透镜。

因此，在一些示例中，波长选择性滤光器12可在第一光入射角具有第一频带边缘，并且多个微复制特征结构15中的至少一个微复制特征结构可被配置为使光以第一光入射角透射到波长选择性滤光器12的第一区域。在一些示例中，微复制特征结构15的子集中的至少第一子集可包括至少一个微复制特征结构，并且微复制特征结构15的第一子集中的每个微复制特征结构可被配置为使光以第一光入射角透射到波长选择性滤光器12的第一区域。在一些示例中，波长选择性滤光器可在第二光入射角具有第二频带边缘，并且微复制特征结构的第二子集中的每个微复制特征结构可被配置为使光以第二光入射角透射到波长选择性膜12的第二区域。

由波长选择性滤光器12透射或从波长选择性滤光器12反射(例如，由波长选择性滤光器12的一个或多个光学区域透射或者从该一个或多个光学区域反射)的光可由光传感器18感测。例如，如图1a所示，光传感器18可包括多个感测元件18a、18b、18c、18d和18e。一个或多个感测元件可被配置为感测预定波长，例如，可见、紫外、红外、或近红外光谱或其组合中的预定的窄波长频带或宽波长频带。在一些示例中，光传感器18的多个感测元件中的每个感测元件可被配置为感测从波长选择性膜12的多个光学区域中的至少一个光学区域接收(例如，透射或反射)的光。例如，如图1a所示，第一感测元件18a可感测由第一光学区域12a透射的光，第二感测元件18b可感测由第二光学区域12b透射的光，第三感测元件18c可感测由第三光学区域12c透射的光，第四感测元件18d可感测由第四光学区域12d透射的光，并且第五感测元件18e可感测由第五光学区域12e透射的光。在一些示例中，光传感器18可包括传感器阵列，例如，cmos(互补金属氧化物半导体)或ccd(电荷耦合装置)阵列传感器。在一些示例中，光传感器18可包括阵列，该阵列包括两个或更多个单独的传感器。在一些示例中，光传感器18的至少一个感测元件可接收未从波长选择性滤光器12接收并且可直接从周围环境或者从空间变化微复制层14接收的光。在一些示例中，光传感器18的多个感测元件中的至少一个感测元件可被配置为感测从波长选择性滤光器12的至少一个光学区域反射的光。在一些示例中，光传感器18的多个感测元件中的至少一个感测元件可被配置为感测由波长选择性滤光器12的至少一个光学区域透射的光。光传感器18可被配置为通过相应传感器元件将指示所感测的光的大小或强度的电子信号透射到计算装置。在一些示例中，电子装置可包括光传感器18，例如，个人计算装置、膝上型计算机、台式计算机、移动电话、相机、外部或内部汽车部件、医疗装置、颜色分析器、日光传感器、分子分析器或手持电子装置。

虽然在图1a所示的示例制品10a中光学传感器18与波长选择性层12相邻，但是在一些示例中，光学传感器18可被放置或设置为与波长选择性层12相对分离或远离波长选择性层12。例如，其他层可设置在光学传感器18与波长选择性层12之间。在一些示例中，光学传感器18可被光学耦合到波长选择性层12以接收通过波长选择性层12的光。在一些示例中，光学传感器18可被光学耦合到波长选择性层12以接收从波长选择性层12的表面反射的光。例如，回射层或回射器可与在远离空间变化微复制层14的表面处与波长选择性层12相邻设置。来自光源的光可透射通过空间变化微复制层14和波长选择性层12两者，并且可由回射层反射到光学传感器18。在一些示例中，来自光源的光可在透射通过制品10a-10e之前透射通过样品标本。在一些示例中，光源和光学传感器18可放置为彼此相邻，使得由回射器反射的来自光源的光沿基本上相同的光学路径返回到光源。在一些示例中，空间变化微复制层14可包括预定图案，该预定图案被配置为最终将预定的反射图像图案反射到光学传感器18。例如，光学传感器18可检测来自不同的空间变化微复制层14的不同的光谱图案。因此，在一些示例中，空间变化微复制层14可呈现识别或信息标签，例如，光谱条形码。在一些示例中，光学传感器18可感测光谱条形码并且所感测的光谱识别标志可匹配与相应光谱识别标志相关联的元件表中的元件。

在一些示例中，以上描述的示例制品可用于执行示例技术。例如，示例技术可包括利用光源对样品进行照射以获得特征光。该示例技术可包括使特征光穿过被光学耦合到波长选择性滤光器的空间变化微复制层以便使滤波的特征光以多个入射角中的相应入射角透射到波长选择性滤光器的多个区域中的每个区域。每个相应入射角可与多个窄频带中的已知窄频带相关联。该示例技术可包括在多个传感器元件中的相应传感器元件处感测由波长选择性滤光器的每个相应区域透射的滤波的特征光的相应强度。该示例技术可包括通过将每个感测的相应强度和与物质相关联的已知参考光谱进行曲线拟合，将由多个传感器元件感测的滤波的特征光谱对照已知参考光谱进行比较。曲线拟合可包括使每个感测的相应强度对照与相应窄频带相关联的相应预期强度匹配，相应窄频带与透射滤波的特征光的相应强度的相应区域相关联。虽然以上描述了感测强度和基于强度的曲线拟合，但是在一些示例中，示例技术可包括感测如峰值或频带边缘的光谱识别标志并且基于相应预期的光谱识别标志进行曲线拟合。该示例技术可包括基于该比较确定样品中该物质的存在。

示例技术可包括利用宽频带光源对样品进行照射以获得特征光。该示例技术可包括使特征光穿过光学滤光器以便使滤波的特征光以多个预定角中的每个相应预定角透射到宽频带传感器。该示例技术可包括通过感测以每个相应预定角透射的滤波的特征光的相应强度确定滤波的特征光的角空间中的累积光谱功率分布。该示例技术可包括基于光学滤光器的频带边缘的角色散将角空间中的累积光谱功率分布转换为波长空间中的累积光谱功率分布。该示例技术可包括通过确定波长空间中的累积光谱功率分布的数学导数确定滤波的特征光的光谱功率分布。该示例技术可包括将光谱功率分布与物质的已知参考光谱功率分布进行比较。在一些示例中，该示例技术可包括将第一光谱功率分布与第二光谱功率分布进行比较。例如，第一光谱功率分布和第二光谱功率分布中的一个或两个可从对一个或多个样品进行照明来确定。该示例技术可包括基于该比较确定样品中该物质的存在。

根据本公开的示例制品和技术可用于在从约300至2000nm的范围内的近uv、可见光和近ir的光谱分析。例如，可执行食物、植物、活的有机体内的生物材料(示例皮肤)或医疗样品的分析。(物品、人、安全锥/标牌或另一个物体的)颜色分析和识别可基于其光谱识别标志执行。

本公开中描述的技术可至少部分地在硬件、软件、固件、云端或其任何组合中实现。例如，所述技术的各个方面可在一个或多个处理器内实现，该处理器包括一个或多个微处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或任何其他等效的集成或离散逻辑电路，以及此类部件的任何组合。术语“处理器”或“处理电路”可以通常是指单独的或与其他逻辑电路结合的上述逻辑电路中的任一个或任何其他等效的电路。包括硬件的控制单元也可执行本公开的技术中的一个或多个。

此类硬件、软件和固件可在相同的装置内或在独立的装置内实现以支持本公开中描述的各种技术。另外，所描述的单元、模块或部件中的任何者可一起实现或者单独实现为离散的但可互操作的逻辑装置。将不同特征描绘为模块或单元旨在突出不同的功能方面，并且不一定暗示此类模块或单元必须通过独立的硬件、固件或软件成分来实现。相反，与一个或多个模块或单元相关联的功能性可由独立的硬件、固件或软件成分来执行，或者集成在共同的或独立的硬件、固件或软件成分内。

本公开中所述的技术也可体现或编码在包含指令的计算机系统可读介质(诸如，计算机系统可读存储介质)中。嵌入或编码在包括计算机系统可读存储介质的计算机系统可读介质中的指令可使得一个或多个可编程处理器或其他处理器，诸如在包括或编码在计算机系统可读介质中的指令由一个或多个处理器执行时，实现本文所述的技术中的一个或多个。计算机系统可读存储介质可包括随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可编程只读存储器(prom)、可擦除可编程只读存储器(eprom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、闪速存储器、硬盘、光盘rom(cd-rom)、软盘、盒式磁带、磁介质、光学介质或其他计算机系统可读介质。在一些示例中，制品可包括一个或多个计算机系统可读存储介质。

将通过以下非限制性示例来说明根据本公开的示例制品和技术。

实施例

实施例1

确立具有窄透射频带的mof带通滤光器的反射率和透射率。图2a是示出没有微复制层的示例光学滤光器30的侧视图的概念图和示意图。图2b是示出图2a的示例光学滤光器30的透视图的概念图和示意图。如图2a所见，信号光24到达光学滤光器30的表面32。图2c是呈现反射率的图表，反射率作为用于图2a的光学滤光器30的极角和波长的函数。图2d是呈现透射率的图表，透射率作为用于图2a的光学滤光器30的极角和波长的函数。如图2c和图2d所见，光学滤光器30在轴上具有约700nm的窄带通窗口(相对于表面32上的法向轴入射角度为零)。然而，当光学滤光器30倾斜或者信号光34的入射角改变时，带通窗口的中心例如以60°的入射角偏移到约600nm。因此，通过使光学滤光器30倾斜和/或改变信号光34的入射角，利用单个光学元件实现不同的通频带光谱。

实施例2

确立具有带有准直结构层的窄透射频带的mof带通滤光器的反射率和透射率。图3a是示出包括准直结构36的光学滤光器30的分解侧视图的概念图和示意图。图3b是示出图3a的光学滤光器30的透视图的概念图和示意图。准直元件(例如，具有预定形状(例如，半透镜形状)的多个准直结构36)设置在信号光34的光源与光学滤光器30的表面32之间。不管准直结构36上的信号光34的入射角如何，准直结构将信号光34准直成以表面32上基本上相同的角范围入射的准直光38。以0°与90°之间的角入射的光准直成在0°与30°之间的角处的光。图3c是呈现反射率的图表，反射率作为用于具有准直结构36的光学滤光器30的极角和波长的函数。图3d是呈现透射率的图表，透射率作为用于具有准直结构36的光学滤光器30的极角和波长的函数。准直结构36能够被成形为例如折射率高(n＝2.0)的玻璃透镜，以非常有效地将入射到光学滤光器30的表面32上的角的范围减小到光学滤光器30的响应变得很大程度上对角不敏感的点，如图3c和图3d所见。例如，与实施例1中观察到的100nm频带偏移不同，在存在准直结构36的情况下该频带偏移显著更低。

实施例3

代替如实施例2中的准直光，另选地，将折射率高的表面结构(例如，去准直结构)光学耦合到光学滤光器30用于增强光学滤光器30的角色散。图4a是示出包括去准直结构42的光学滤光器30的分解侧视图的概念图和示意图。图4b是示出图4a的示例光学滤光器的透视图的概念图和示意图。去准直元件(例如，具有预定形状(例如，半透镜形状)的多个准直结构42)设置在信号光34的光源与光学滤光器30的表面32之间。去准直结构42将信号光34去准直成相对于去准直结构42上的信号光34的入射角以表面32上的基本上分散的角入射的去准直光44。例如，去准直结构42注入超过折射极限的高角的光。图4c是呈现反射率的图表，反射率作为用于具有去准直结构42的光学滤光器30的极角和波长的函数。图4d是呈现透射率的图表，透射率作为用于具有去准直结构42的光学滤光器30的极角和波长的函数。如图4c和图4d所见，与实施例1和实施例2中的偏移相比，窄通频带偏移到更大的大小，例如，从轴上的700nm(入射角为零)到空气中40度入射角处的400nm。因此，响应于入射角的改变，增加频带偏移。

实施例4

单个窄带通光学滤光器用于光谱分析以通过对由试验样品诱导产生的消光的光谱形状进行表征，通过将来自单独的窄光谱频带(每个单独的窄光谱频带对应于不同的入射角)的光谱结合为一个光谱来辨别血红蛋白(hb)和氧合血红蛋白(hbo2)。已知光谱的光源对试验样品进行照明。使用包括像素阵列的传感器对所反射或透射的光谱进行表征，每个像素包括感测元件，单个窄频带反射体和折射率高(n＝1.65)的棱镜结构具有在0°到80°之间的范围内的棱镜面角(棱镜小平面相对于衬底的倾斜度)。未滤波的像素也用于测量参考光谱。图5a至图10d示出假定输入角的预定范围为20°至40°的光学滤光器响应和用于每个像素的实测信号。

图5a是通过包括微复制特征结构的光学滤光器的光色散的概念图和示意图，该微复制特征结构包括0°棱镜。图5b是呈现反射率的图表，反射率作为用于图5a的示例光学滤光器的极角和波长的函数。图5c是比较图5a的光学滤光器的光谱与样品的参考光谱的图表。图5d是呈现通过图5a的示例光学滤光器滤波的信号的光谱的图表。图6a是通过包括微复制特征结构的示例光学滤光器的光色射的概念图和示意图，该微复制特征结构包括20°棱镜。图6b是呈现反射率的图表，反射率作为用于图6a的示例光学滤光器的极角和波长的函数。图6c是比较图6a的光学滤光器的光谱与样品的参考光谱的图表。图6d是呈现通过图6a的示例光学滤光器滤波的信号的光谱的图表。图7a是通过包括微复制特征结构的示例光学滤光器的光色射的概念图和示意图，该微复制特征结构包括40°棱镜。图7b是呈现反射率的图表，反射率作为用于图7a的示例光学滤光器的极角和波长的函数。图7c是比较图7a的光学滤光器的光谱与样品的参考光谱的图表。图7d是呈现通过图7a的示例光学滤光器滤波的信号的光谱的图表。图8a是通过包括微复制特征结构的示例光学滤光器的光色射的概念图和示意图，该微复制特征结构包括60°棱镜。图8b是呈现反射率的图表，反射率作为用于图8a的示例光学滤光器的极角和波长的函数。图8c是比较图8a的光学滤光器的光谱与样品的参考光谱的图表。图8d是呈现通过图8a的示例光学滤光器滤波的信号的光谱的图表。图9a是通过包括微复制特征结构的示例光学滤光器的光色射的概念图和示意图，该微复制特征结构包括70°棱镜。图9b是呈现反射率的图表，反射率作为用于图9a的示例光学滤光器的极角和波长的函数。图9c是比较图9a的光学滤光器的光谱与样品的参考光谱的图表。图9d是呈现通过图9a的示例光学滤光器滤波的信号的光谱的图表。图10a是通过包括微复制特征结构的示例光学滤光器的光色射的概念图和示意图，该微复制特征结构包括80°棱镜。图10b是呈现反射率的图表，反射率作为用于图10a的示例光学滤光器的极角和波长的函数。图10c是比较图10a的光学滤光器的光谱与样品的参考光谱的图表。图10d是呈现通过图10a的示例光学滤光器滤波的信号的光谱的图表。

如图5a至图10d所见，当光学滤光器的表面上的入射角通过具有不同棱镜角的棱镜不同程度地改变时，通频带展示偏移，并且滤光器响应展示偏移。例如，滤光器响应光谱中的峰值从0°棱镜的约900nm偏移到80°棱镜的约550nm，以及棱镜角在0°与80°之间的棱镜的中间偏移。

这些光谱结合以获得表示样品的光学响应的光谱。图11a是呈现通过结合来自图5a至图10a的示例光学滤光器的信号获得的光谱的图表，用于穿过包括血红蛋白(hb)的样品的光。图11b是呈现通过结合来自图5a至图10a的示例光学滤光器的信号获得的光谱的图表，用于穿过包括氧合血红蛋白(hbo2)的样品的光。图11a和图11b示出hb和hbo2的实测光谱，并且将其与其已知的消光光谱进行比较，每个实测光谱由对应于以上所示的6个棱镜角的6个数据点组成。如图11a所见，在相应棱镜角下测量的数据点基本上与用于hb的已知曲线对准，从而指示hb被准确地识别。相比之下，如图11b所见，在相应棱镜角下测量的数据点基本上与用于hb02的已知曲线对准，从而指示hb02被准确地识别。因此，通过结合通过对应于不同入射角的各种像素获得的信息，重建实测信号的光谱形状，从而能够与已知的数据库进行比较以用于识别。因此，hb与hb02辨别开。

实施例5

单个窄带通光学滤光器用于光谱分析以通过连续记录作为角的函数的信号来识别包括叶绿素a、叶绿素b和β-胡萝卜素的样品的组成，以获得作为波长的函数的累积功率分布函数。与使用移动的窄频带滤光器直接测量光谱信息的实施例5的示例不同，现在处理实测信号以提取期望的光谱特性。gbo(巨型双折射光学)干涉滤光器用于透射轴上所有可见波长并且阻挡超过80度入射角的所有可见波长，从而在所有角下并且对于所有极化保持高反射率。图12a是呈现反射率的图表，反射率作为用于示例gbo滤光器的极角和波长的函数。图12b是呈现透射率的图表，透射率作为用于示例gbo滤光器的极角和波长的函数。由于滤光器的本构材料的本征吸收，所以在所有角下小于约420nm的波长(未示出)的透射率低。滤光器用于获得累积光谱功率分布，累积光谱功率分布作为用于穿过样品的光的入射角的函数被数学转化，使得能够与叶绿素a、β-胡萝卜素和叶绿素b的已知吸收光谱进行比较。

图13a是呈现用于叶绿素a、β-胡萝卜素和叶绿素b的已知的相应吸收光谱的图表。试验样品的实际组成是50-30-20(β-胡萝卜素、叶绿素a和叶绿素b)。宽频带光源、宽频带传感器和以上描述的边缘滤光器，来自样品的信号被连续记录作为角的函数，表示作为角的函数的累积功率分布函数。图13b是呈现累积光谱功率分布的图表，累积光谱功率分布作为用于穿过包括叶绿素a、β-胡萝卜素和叶绿素b的样品组成的由具有图12a的光学特性的gbo滤光器滤波的光的入射角的函数。实测信号在图13b中示出，并且如(从滤光器的透射特性)预期的那样从0°单调地降到80°。能够容易测量或计算的滤光器的频带边缘的角色散用于将来自角的数据转换为波长空间，所以实测信号表示作为波长的函数的累积功率分布函数。通过取该信号的导数，计算该信号的光谱功率分布(spd)。x轴使用边缘滤光器的角色散从角转换为波长，取导数以导出图13c中所示的实测光谱。图13c是呈现光谱功率分布的图表，光谱功率分布作为通过数学转化图13b的图表获得的波长的函数。图13c中的“信号”曲线是混合物的参考光谱。“实测”曲线是通过取spd的导数获得的曲线，并且“推断”曲线通过混合物模型(3种本构光谱特性的混合物)与“实测”曲线的最佳拟合获得。

最后，最小二乘方拟合算法用于确定最匹配图13c中所示的实测光谱的三个本构光谱的组成。推断出该组成等于55:38:7。

实施例6

使用3mmicroreplicatedfilm(trafii)(3m微复制膜)的mof波长偏移。图14是包括示例光学滤光器的示例制品的照片，该示例光学滤光器包括微复制特征结构和衬底。使用具有cm500膜的amscopemd500成像传感器获得该照片。传感器的整个覆盖玻璃覆盖有cm500膜，该cm500膜通过可移除的双面粘合带(“scotchrestickabletabsformounting(用于安装的scotch可重新粘附突片)”)保持到玻璃。图像中的外部部分是平坦的，其上没有微复制材料。内部部分具有trafii68度膜，其中棱镜背向传感器。

在由具有3wcree白led的hausbell手电筒发出的白光下拍摄一张照片，该led由单个碱性aa电池供电。手电筒上的焦距设定为广角。每张照片的曝光时间是0.977ms，增益为零。启用自动白平衡。对于amscope软件，颜色调整均为默认值，如其他设置一样。

清楚地演示了色移效果。在白光下，膜看起来将颜色从紫色变为绿色。在红色滤波光下，膜看起来从洋红色/红色变为蓝色/绿色。由于膜不与成像传感器接触而是与覆盖玻璃接触这一事实，所以也能看见阴影区域。

已经描述了本发明的各种实施例。这些示例以及其他示例均在如下权利要求书的范围内。