光学滤波器和分光仪的制作方法

光学滤波器可以用于传输入射光的光谱带或光谱组分。例如，高通滤波器以比滤波器的边缘波长更长的波长传输光。相反，低通滤波器以比边缘波长更短的波长传输光。带通滤波器以接近于在滤波器的带宽内的滤波器的中心波长的波长传输光。可调带通滤波器是其中心波长可以被调节或调整的光学滤波器。

分光仪可以测量入射光的光谱。扫描式分光仪可以使用一个或多个可调带通滤波器来选择入射光的不同的光谱组分。扫描式分光仪通过在测量被传输通过可调带通滤波器的光的光功率水平时扫描可调带通滤波器的中心波长以便获得光谱来进行操作。可选地，多色型分光仪使用光学地耦合到用于平行检测光谱的光电检测器阵列的波长分散的元件。

传统的光学滤波器和分光仪笨重，这限制了其在便携式感光设备和器件中的实用性。线性可变滤波器已经被用于分光仪中来提供波长分离功能。参照图1A，传统的线性可变滤波器10可以利用白光进行照射，其包括上部11、中部12和底部13多波长光束。上部11、中部12和底部13多波长光束可以照在线性可变滤波器10上于相应的上部11A、中部12A和底部13A位置。线性可变滤波器10可具有沿着x轴线18线性变化的带通的中心波长。例如，滤波器10可在上部位置11A传输短波峰11B；在中部位置12A传输中波峰12B；以及在底部位置13A传输长波峰13B。

参考图1B，传统的分光仪19可包括图1A中的线性可变滤波器10、设置在线性可变滤波器10的上游的锥形光管14和设置在线性可变滤波器10的下游的光电检测器的线性阵列15。在操作中，非平行的入射光16可通过光管14调节以产生部分平行的光束17。线性可变滤波器10可传输不同波长的光，如以上参照图1A所述。锥形光管14可以减小入射光16的立体角，从而改善线性可变滤波器10的光谱选择性。光电检测器的线性阵列15可以检测不同波长的光的光功率水平，从而获得入射光16的光谱(未示出)。

锥形光管14通常可以是分光仪19的最大的元件。准直元件，诸如锥形光管14，可能是需要的，因为在没有它的情况下，线性可变滤波器的光谱选择性被丢失。这种情况可能会发生，因为线性可变滤波器10包括薄的介质膜的堆叠。薄膜滤波器的波长选择属性一般取决于入射光的倾斜角度，这可能使薄膜滤波器的光谱选择性和波长准确性劣化。

附图简述

图1A是关于现有技术的传统的线性可变滤波器的图示；

图1B是关于现有技术的包括图1A中的线性可变滤波器的传统光学分光仪的图示；

图2A是光学滤波器的图示，其包括相对于彼此分隔开的且固定的一对横向可变带通滤波器；

图2B是图2A中的横向可变带通滤波器的中心波长依赖关系的图示；

图2C是图2A中的光学滤波器的侧视图的图示，示出了光学滤波器进行空间滤波的原理；

图3是图2A中的光学滤波器在侧面剖视图中的图示，示出了光学滤波器的接受角；

图4A是包括直光管的耦合了滤波器的光学分光仪组件的顶视图的图示；

图4B是图4A中的耦合了滤波器的光学分光仪组件的侧面剖视图的图示；

图4C是图4A中的耦合了滤波器的光学分光仪组件的顶视图的图示；

图5是图4A和图4B中的光学分光仪组件的侧视图的图示，其中包括了倾斜的中继光管以用于流体或流动的细粒度的材料的传输光谱测量；

图6A和图6B分别是装配有具有板腔(slab cavity)的流动比色管的分光仪组件的顶视图和侧面剖视图的图示；

图7A和图7B分别是装配有具有圆柱腔(cylindrical cavity)的流动比色管的分光仪组件的顶视图和侧面剖视图的图示；

图8A-8D是分段了的横向可变光学滤波器的示意平面视图；

图9是包括图8A中的被分段了的第一光学滤波器和第二光学滤波器以及光电检测器阵列的光学组件的示意剖视图；

图10A是包括图8B中的分段了的横向可变光学滤波器及2D光电检测器阵列的光学组件的三维视图；

图10B是包括图8B中的分段了的横向可变光学滤波器及多个光电检测器阵列的光学组件的示意三维视图的图示；

图11是包括圆偏振器的光学滤波器组件的示意侧视图；

图12A是包括用于多光谱成像的光学目标的光学组件的侧面剖视图的图示；

图12B是覆盖到图12A中的光学组件的二维检测器阵列上的目标的图像的平面视图的图示；以及

图13、图14和图15是所公开的光学分光仪组件的各种实施例的制造方法的流程图。

详细描述

以下详细描述参照了所附的附图。在不同的附图中的相同的数字可以标识相同的或相似的元素。

图2A和图2B是用于根据以下描述的示例实施例对光进行光谱滤波的光学组件20(图2A)的图示。例如，光学组件20可以包括在信号光23的光路22上以距离L分隔开的顺序地设置的第一横向可变带通光学滤波器21A和第二横向可变带通光学滤波器21B。第二横向可变带通光学滤波器21B可以在光路22中相对于第一横向可变带通光学滤波器21A固定在第一横向可变带通光学滤波器21A的下游。换句话说，第二横向可变带通光学滤波器21B可以设置成且固定成使得其不可以相对于第一横向可变带通光学滤波器21A进行横向移动。如在图2B中所示，第一横向可变带通光学滤波器21A和第二横向可变带通光学滤波器21B中的每个均可具有带通中心波长λ_T，其以相互协调的(mutually coordinated)方式进行变化，即，沿着由x轴线表示的公共第一方向25的距离进行变化。第一方向25横向于光路22。本文所使用的术语“横向可变”被定义为指的是带通中心波长λ_T在横向于光路22的任何方向(诸如，例如第一方向25)上的变化。通过非限制性的示例的方式，图2A中的第一横向可变带通光学滤波器21A和第二横向可变带通光学滤波器21B的带通中心波长λ_T可具有相应的单调性，如图2B中所示的线性依赖关系24A、24B。在沿着第一方向25的距离上的、通过x坐标表示的分别为第一横向可变带通光学滤波器21A和第二横向可变带通光学滤波器21B的中心波长依赖关系λ_1T(x)和λ_2T(x)相对于彼此可以相同或可以相对于彼此偏移。例如，中心波长依赖关系λ_1T(x)和λ_2T(x)可以是使得λ_2T(x)＝λ_1T(x+x₀)，其中x₀是常数；或者成比例，例如λ_2T(x)＝cλ_1T(x)，其中c是常数，例如0.9<c<1.1。本文所使用的关于带通中心波长λ_T的术语“协调的方式(coordinated fashion)”或“相互协调的”被定义为指的是分别为第一横向可变带通光学滤波器21A和第二横向可变带通光学滤波器21B的中心波长依赖关系λ_1T(x)和λ_2T(x)之间的预先确定的函数关系。

光学组件20的配置可以使光学组件20关于一定准直程度的信号光23的光谱选择性的依赖关系能够相比于第二横向可变带通光学滤波器21B关于该一定准直程度的信号光23的光谱选择性的相应的依赖关系而被减轻。光学组件20的该性能的改善可以是由于图2C中所示出的空间滤波作用的结果。在波长为λ₀的单色光中，第一横向可变带通光学滤波器21A和第二横向可变带通光学滤波器21B可以近似地由具有对应于沿着x轴的位置的“开口”26的狭缝来表示，其中中心波长λ_T＝λ₀。在“开口”26的外面，第一横向可变带通光学滤波器21A和第二横向可变带通光学滤波器21B对于波长为λ₀的单色光可以基本上是不透明的。“开口”26定义接受锥或立体角27(2θ)，其取决于滤波器之间的距离L。立体角27之外的任何射线可被阻挡，这改善了第二横向可变带通光学滤波器21B的光谱选择性。

图2A-2C中的光学组件20的操作可以通过参照图3来进一步被阐释，其示出了在侧面剖视图中的光学组件20。如在图3中所示，对于第一横向可变带通光学滤波器21A和第二横向可变带通光学滤波器21B二者，以x坐标进行示出的中心波长λ_T可以沿着第一方向25从左边到右边进行增加。在图3中，第一横向可变带通光学滤波器21A和第二横向可变带通光学滤波器21B的带通中心波长λ_T可以线性地依赖于x坐标：

λ_T＝λ₀+DΔx (1)

其中，λ₀表示基准点x₀的基准带通中心波长，D表示比例系数，本文称之为横向可变滤波器的“斜率”，以及Δx表示相对于基准点x₀的偏移。斜率D可对应于图2B中的可能彼此相同的但可能不一定彼此相同的线性依赖关系24A和24B的斜率。与线性依赖关系24A和24B的相同的斜率的偏差可能在某些应用中是优势。

在图3的示例实施例中，第一横向可变带通光学滤波器21A和第二横向可变带通光学滤波器21B可以彼此对准，使得对应于第二横向可变带通光学滤波器21B的基准带通中心波长λ₀的基准点x₀被直接设置在对应于第一横向可变带通光学滤波器21A的基准带通中心波长λ₀的基准点x₀之下。第一横向可变带通光学滤波器21A可用作关于第二横向可变带通光学滤波器21B的空间滤波器，定义关于第二横向可变带通光学滤波器21B的接受角30。接受角30可以由基准波长为λ₀的左边缘线31L和右边缘线31R来限定，每个边缘线以与法向32成角度θ传播到第一横向可变带通光学滤波器21A和第二横向可变带通光学滤波器21B并照射第二横向可变带通光学滤波器21B于相同的基准点x₀。接受角30可以如下源自于第一横向可变带通光学滤波器21A的通带33A。

在图3中的示例实施例中所示出的几何图形中，左边缘射线31L可以照射第一横向可变带通光学滤波器21A于位置x₀-Δx处。在该位置处的传输波长λ_L可以是按照方程(1)λ_L＝λ₀-DΔx的。因为左边缘线31L在基准波长λ₀，所以做边缘线31L可以根据第一横向可变带通光学滤波器21A的通带33A的宽度被减弱；为了说明该示例，10dB的宽度采取的是2DΔx。因此，左边缘线31L可以被减弱10dB。类似地，右边缘线31R可以照射第一横向可变带通光学滤波器21A于位置x₀+Δx处。在该位置处的传输波长λ_R可以是按照方程(1)λ_R＝λ₀+DΔx的。右边缘线31R也可以被减弱10dB。在接受角30内的处于基准波长λ₀的所有射线都可以被减弱比10dB更小的值；且在接受角30外的处于基准波长λ₀的所有射线可以被减弱比10dB更大的值。第一横向可变带通光学滤波器21A可以用作空间滤波器，有效地限制通过被第二横向可变带通光学滤波器21B按各个波长分隔开的入射光的数值孔径(NA)。这可能导致针对一定程度的准直度的信号光23光学组件20的光谱选择性的对应的依赖关系相比于单个的第二横向可变带通光学滤波器21B的光谱选择性的对应的依赖关系的减弱。如果在光学组件20中缺少第一横向可变带通光学滤波器21A，光学组件20的光谱选择性将更加取决于信号光23的准直程度。一般地，信号光23可以是由于样本(未示出)的散射或发光引起的结果，使得信号光23未被准直。在缺少第一横向可变带通光学滤波器21A的情况下缺乏准直的信号光23将导致整个光谱选择性变得更差，除非使用专门的准直元件，如锥形光管。本文中的术语“光谱选择性”包括参数通带宽度、杂散光抑制、带内和带外阻挡等。

对于小角度θ，例如θ<5°。

θ≈Δx/L (2)，或

L≈Δx/θ (3)

其中，第一横向可变带通光学滤波器21A和第二横向可变带通光学滤波器21B之间的空间填装具有折射率n的透明介质，方程(3)则变为

L/n≈Δx/θ (4)

方程(4)可以定义滤波器间的距离L、滤波器间隙的折射率n、沿着第一方向25的对应于第一横向可变带通光学滤波器21A的带宽的横向距离Δx以及得到的接受半角θ之间的近似关系。由于入射的非零角度，更精确的关系可以考虑波长偏移量，其一般导致带通中心波长λ_T的蓝移(即，向更短的波长)。例如，照射第一横向可变带通光学滤波器21A于位置x₀+DΔx处的处于基准波长λ₀的右边缘线31R可以倾斜角度θ，其使第一横向可变带通光学滤波器21A的传输特性移到更短的波长。如果该波长依赖关系被考虑，通道33A的肩部可以移到左边，即更短的波长：

其中，n_eff表示第一横向可变带通光学滤波器21A的有效折射率。

虽然在图2B中第一横向可变带通光学滤波器21A和第二横向可变带通光学滤波器21B具有如以上方程(1)定义的线性可变带通中心波长λ_T，但是第一横向可变带通光学滤波器21A和第二横向可变带通光学滤波器21B的中心波长λ_T可以在第一方向25上单调非线性地(例如，抛物线地或指数级地)增加或减少。带通中心波长λ_T依赖关系还可以是非渐进的，如逐步的。在沿着第一横向可变带通光学滤波器21A和第二横向可变带通光学滤波器21B的第一方向25的x坐标上的带通中心波长λ_T的依赖关系可以是相同的，或可以是不同的，以实现对光学组件20的接受角度和/或波长响应的优化或变化。在一个实施例中，第一横向可变带通光学滤波器21A和第二横向可变带通光学滤波器21B的带通中心波长λ_T可以彼此对准，使得连接对应于第一横向可变带通光学滤波器21A和第二横向可变带通光学滤波器21B的相同带通中心波长λ_T的位置的线形成与第二横向可变带通光学滤波器21B的法向32成小于45度的角度。对于与法向32成非零角度，接受锥30可出现倾斜。因此，通过使第一横向可变带通光学滤波器21A和第二横向可变带通光学滤波器21B相对于彼此在第一方向25上偏移来改变接受锥30是可能的。而且，该角度可以沿着第一方向(x轴)25改变。

为了获得更好的总体通过量，可优选的是使对应于第一横向可变带通光学滤波器21A的带宽的沿着第一方向25的横向距离Δx₁大于对应于第二横向可变带通光学滤波器21B的带宽的沿着第一方向25的对应的横向距离Δx₂。在一个实施例中，第一横向可变带通光学滤波器21A和第二横向可变带通光学滤波器21B中每个均可具有不大于对应的带通中心波长λ_T的10％的3dB通带。

第一横向可变带通光学滤波器21A和/或第二横向可变带通光学滤波器21B可包括含两个、三个及更多不同的材料的薄膜层堆叠，例如，高折射率和/或吸收层可以用于降低第一横向可变带通光学滤波器21A和/或第二横向可变带通光学滤波器21B中的每个的整体厚度。第一横向可变带通光学滤波器21A和/或第二横向可变带通光学滤波器21B可包括衍射光栅，如，子波长光栅、二向色性聚合物等。另外的横向可变带通光学滤波器可以被提供于光路中，该另外的滤波器具有以与第一横向可变带通光学滤波器21A和/或第二横向可变带通光学滤波器21B的带通中心波长协调的方式变化的带通中心波长。

图4A和图4B是根据以下描述的示例实施例的光学分光仪组件40的图示。例如，图4A和图4B中的光学分光仪组件40包括图2A中的光学组件20，且还可以包括在第一端部41A和第二端部41B之间延伸的光纤41，以用于引导信号光23从第一端部41A到第二端部41B。

光导管42可以在其第一表面42A和第二表面42B之间延伸。第一表面42A可以经由气隙或通过直接物理接触光学地耦合到光纤41的第二端部41B，以用于接收信号光23并将信号光23在光导管42中从第一表面42A引导到第二表面42B。第二表面42B可以光学地耦合到第一横向可变带通光学滤波器21A，以用于接收沿着光路22传播的信号光23。多元件传感器43，诸如光电检测器阵列，可以光学地耦合到第二横向可变带通光学滤波器21B。传感器43可包括沿着第一方向25设置的光电检测器43A，以用于对被传播通过第二横向可变带通光学滤波器21B的信号光23进行波长选择性检测。

在图4A和图4B中示出的示例实施例中，光导管42可包括均匀透明材料的平面平行板，例如玻璃或注射成型的透明塑料材料。该板可具有多个外表面，例如第一表面42A和第二表面42B，其可以是平坦的或弯曲的。板可以被配置用于信号光23的非约束的传播，例如，板可以是连续的或中空的。板可以设置成大致平行于第一方向25，以及可选地，机械地耦合到第一横向可变带通光学滤波器21A。

信号光23的部分23A可以从第一横向可变带通光学滤波器21A被反射。部分23A可包括波长不是在第一横向可变带通光学滤波器21A的特定的反射位置处的传输波长的光。为了回收部分23A，光导管42可以包括反射壁或壁44，以用于将被反射的光部分23A的至少一部分重定向回到第一横向可变带通光学滤波器21A。

转到图4C，根据以下描述的实施例示出了光学分光仪组件45。图4C中的光学分光仪组件45还可以包括屈的光导管46，而不是直的光导管42。屈的光导管46可实现更紧凑的机械配置。屈的光导管46可具有第一表面42A、第二表面42B和第三表面42C，例如，在第一表面42A和第二表面42B之间的光路22中设置的平坦的表面或弯曲的表面，以用于接收来自第一表面42A的信号光23并使信号光23反射朝向第二表面42B。第三表面42C可选地是镜面的，或可以当屈的光导管46的反射率足够高到用于信号光23进行整体内反射(TIR)：n>1/sin(α)(其中)的反射时保留未涂覆的，其中n是光导管46的反射率且α是信号光23在第三表面42C上的入射角。直光导管42或屈的光导管46可以包括耦合到多个个体光纤的多个光导管分支，未示出。

参照图5，根据以下描述的示例实施例示出了光学分光仪组件50。图5中的光学分光仪组件50可以包括光学地耦合到光纤41的第一端部41A的光学探头52，以用于当样本51利用照明光53而被照亮时收集从流体或细粒度的样本51发出的信号光23，以及用于将信号光23引导到光纤41的第一端部41A。在图5中示出的示例实施例中，流体或细粒度的样本51被保存于在底部具有透明的窗口58的比色管55中，以用于传输通过发出的光53。例如，信号光23可以表示传输的发出的光53，或散射的照明光53，或照亮，诸如荧光或磷光。

仍然参照图5，光学探头52可以包括在其第一端部59A和第二端部59B之间延伸的中继光管59。离光纤41最远的、本文称之为“远端”的第一端部59A，可以被配置用于接触或插入到样本51中，从而收集从样本51发出的信号光23，且紧靠近光纤41的、本文称之为“近端”的第二端部59B可以被配置用于光学地且机械地耦合到光纤41的第一端部41A。光学探头52的中继光管59可以被配置用于在中继光管的主体中的信号光23从第一端部59A到第二端部59B的非约束的传播。例如，中继光管59可以由玻璃或刚性透明的、化学惰性的塑料制成，以便其可以向下插入通过流体或细粒度的覆盖层57到样本51。中继光管59还可以被制成中空的且具有镜面的内壁。

在图5中示出的示例实施例中，中继光管59的第一(远端)端部59A可包括倾斜的光学表面56，其可以使样本51在第一方向54上流动以对倾斜的光学表面56产生压力，其可以便于信号光23的收集，特别是用于细粒度的样本51或包括流体悬浮的固体材料的样本51。

要理解的是，中继光管59仅是光学探头52的一个可能的实施例。光学探头52的其他的实施例可包括辐照度探头、反射/后向散射探头、传输比色管、氧探头、荧光或磷光探头等。例如，光纤41可包括分叉光纤，其包括用于将发出的光53传递到传输比色管的分支。

现在参照图6A和图6B，流体分光仪光学组件60的示例实施例，可包括用于提供发出的光53的光源61、大致平行于第一方向25延伸的细长的光学比色管62(图6B)、图2A中的光学组件20和传感器43。

细长的光学比色管62可包括用于接收流体形式的样本51的入口63A、限定与入口63A流体连通的腔65的基本上透明的侧壁64，以用于在传输发出的光53通过侧壁64时接收和包含样本51，以用于照亮在腔65中接收的样本51。当被照亮时，腔65所接收的样本51发出信号光23。透明的侧壁64可以被配置用于传输信号光23通过透明的侧壁64，以用于使信号光23光学地耦合到第一横向可变带通光学滤波器21A，以用于沿着光路22进行传播。细长的光学比色管62还可以包括与腔65流体连通的出口63B，以用于输出利用照明光53而被照亮的样本51。

传感器43可以光学地耦合到第二横向可变带通光学滤波器21B。传感器43的光电检测器43A可以沿着第一方向25进行设置，以用于对被传播通过第二横向可变带通光学滤波器21B的信号光23进行波长选择性检测。为了对腔65中的样本23进行更均匀的照亮，光源61可以是如图6B中所示为细长的，大致平行于第一方向25进行延伸。例如，可以使用沿着第一方向25延伸的具有钨螺旋的白炽灯。细长的光学比色管62的壁64可用作便于反射或聚焦照明光53到包含样本51的腔65和/或便于反射或聚焦信号光23到传感器43的透镜(图6A)。

在图6A和图6B中所示的示例实施例中，腔65具有平行于第一方向25延伸的板部分65A，如，平面平行板。这可以使液体样本23在腔65中是薄的，例如，如果光源61具有高光功，例如当光源61包括激光源或耦合到激光源时，则比1mm更薄，或比2mm更薄。小的厚度对于获得由水的振动频率所主导的水溶液的吸收光谱可能是有用的。

转到图7A和图7B，示出了流体分光仪光学组件70的示例实施例。图7A和图7B中的流体分光仪光学组件70包括具有入口73A、出口73B、限定具有含光轴75B的圆柱部分75A的腔75的透明的侧壁74的流动比色管72，其可以基本上平行于第一方向25延伸。腔75的圆柱部分75A允许在其中保存更大体积的样本51，其可以更适用于获得对有机溶液的光谱吸收。具体的应用可以要求其他的路径长度。类似于图6A和图6B中的流体分光仪光学组件60，图7A和图7B中的流体分光仪光学组件70的透明的侧壁74可用作便于反射或聚焦照明光53到包含样本51的腔75和/或便于反射或聚焦信号光23到传感器43的透镜(图7A)。

在一个实施例中，传感器43可包括光电检测器的2D阵列，包括多行光电检测器43A。优选地，每个这样的行可平行于第一方向25延伸。光电检测器的2D阵列可用于同时获得在不同波长范围内的信号光23的光谱。

在示例实施例中，光学组件20(图2A)的第一横向可变带通光学滤波器21A或第二横向可变带通光学滤波器21B，或者第一横向可变带通光学滤波器21A和第二横向可变带通光学滤波器21B二者可以被分段。图8A-8D是根据以下描述的示例实施例的光学组件的示意平面视图的图示。具体地参考图8A，光学组件80A的第一分段的横向可变带通光学滤波器221A或第二分段的横向可变带通光学滤波器221B每个可包括如在第一方向25上边靠边进行布置的、用于第一分段的横向可变带通光学滤波器221A的带通光学滤波器分段81A、82A、83A、84A的阵列85A；以及在第一方向25上边靠边进行布置的、用于第二分段的横向可变带通光学滤波器221B的带通光学滤波器分段81B、82B、83B、84B的阵列85B。

第一分段的横向可变带通光学滤波器221A的每个带通光学滤波器分段81A-84A可具有不同于直接相邻的带通光学滤波器分段81A-84A的传输中心波长λ_T的横向的不变(即常数)的传输中心波长λ_T。例如，第二带通光学滤波器分段82A的传输中心波长λ_T可以不同于第一带通光学滤波器分段81A的传输中心波长λ_T和第三带通光学滤波器分段83A的传输中心波长λ_T等。相同的规则可以支持用于第二分段的横向可变带通光学滤波器221B：第二分段的横向可变带通光学滤波器221B的每个带通光学滤波器分段81B、82B、83B、84B可以具有不同于直接相邻的带通光学滤波器分段81B-84B的传输中心波长λ_T的横向的不变的(即常数)传输中心波长λ_T。因此，第一分段的横向可变带通光学滤波器221A和第二分段的横向可变带通光学滤波器221B的带通中心波长可从段到段逐步地横向变化和/或从段到段非单调地横向变化。

如在图8A中箭头82所示，第一分段的横向可变带通光学滤波器221A和第二分段的横向可变带通光学滤波器221B的带通光学滤波器分段81A、81B、81C和81D的传输中心波长λ_T可以是相互协调的。通过非限制性的示例的方式，传输中心波长λ_T可彼此相同：第一带通光学滤波器分段81A的传输中心波长λ_T可以与第二带通光学滤波器分段81B的传输中心波长λ_T相同，等等。第一分段的横向可变带通光学滤波器221A和第二分段的横向可变带通光学滤波器221B的对应的带通光学滤波器分段的传输带宽可以彼此相同，例如，不大于带通光学滤波器分段81A-84A的对应的传输中心波长λ_T的10％，或更优选地不大于其2％。为了获得光学组件80A更好的整体上通过量，第一分段的横向可变带通光学滤波器221A的带通光学滤波器分段81A-84A的传输带宽可以大于第二分段的横向可变带通光学滤波器221B的对应的带通光学滤波器分段81B-84B的传输带宽。通过说明的、非限制性的示例的方式，第一分段的横向可变带通光学滤波器221A的带通光学滤波器分段81A-84A的传输带宽可以不大于带通光学滤波器分段81A-84A的对应的传输中心波长λ_T的2％，而第二分段的横向可变带通光学滤波器221B的带通光学滤波器分段81B-84B的传输带宽可以不大于带通光学滤波器分段81B-84B的对应的传输中心波长λ_T的1％。

转到图8B，根据示例实施例的光学组件80B可以是二维(2D)分段的光学滤波器组件。光学组件80B的第一分段的横向可变带通光学滤波器221A和第二分段的横向可变带通光学滤波器221B分别可包括带通光学滤波器分段81A-84A的2D阵列和带通光学滤波器分段81B-84B的2D阵列。通过说明的方式，第一分段的横向可变带通光学滤波器221A可包括四个一维阵列85A、86A、87A、88A，边靠边地在第二方向25’上布置并被组合成二维阵列，每个这样的一维阵列85A-88A包括具有对于整个二维阵列独有的传输中心波长λ_T的并在第一方向25上边靠边进行布置的带通光学滤波器分段81A-84A。类似地，第二分段的横向可变带通光学滤波器221B可包括一维阵列85B、86B、87B、88B，边靠边地在第二方向25’上布置并被组合成二维阵列，每个这样的一维阵列85B-88B包括具有独有的传输中心波长λ_T的并在第一方向25上边靠边进行布置的带通光学滤波器分段81B-84B。第一分段的横向可变带通光学滤波器221A和第二分段的横向可变带通光学滤波器221B的带通光学滤波器分段81A-84A和带通光学滤波器分段81B-84B的传输中心波长λ_T可沿着第一方向25及沿着垂直于第一方向25的并横向于光路22(未在图8A、8B中示出)的第二方向25’相互协调。在一个实施例中，分隔开第一分段的横向可变带通光学滤波器221A和第二分段的横向可变带通光学滤波器221B中的至少一个的相邻的带通光学滤波器分段81A-84A或81B-84B的黑色网格89可以被提供用于抑制在相邻的带通光学滤波器分段81A-84A或81B-84B之间的光泄漏。

根据公开内容的一个方面，相邻的带通光学滤波器分段81A-84A和81B-84B的传输中心波长λ_T对于每个阵列85A-88A和85B-88B不一定是连续的，即，不一定按递增顺序或递减顺序进行设置。第一分段的横向可变带通光学滤波器221A和第二分段的横向可变带通光学滤波器221B的逐步横向可变的带通中心波长不一定单调递增或递减。事实上，可能优选的是“扰乱(scramble)”传输中心波长λ_T，从而每个阵列85A-88A和85B-88B的相邻的带通光学滤波器分段81A-84A和81B-84B在传输中心波长λ_T方面按比传输中心波长λ_T的“典型”波长增加更大的量级进行区分。通过非限制性示例的方式，参照图8C，对于每个阵列85A-88A，示出了分段的滤波器80C的相邻的带通光学滤波器分段81A-84A和81B-84B的传输中心波长λ_T(以纳米计)。在图8C中，顶行88A的左上分段81A具有传输中心波长λ_T＝700nm，而其右边的直接邻居82A具有传输中心波长λ_T＝900nm，及其下边的直接邻居87A具有传输中心波长λ_T＝1050nm。第一分段的横向可变带通光学滤波器221A和第二分段的横向可变带通光学滤波器221B的带通光学滤波器分段81A-84A和81B-84B的传输中心波长λ_T可以按恒定的或可变的波长步长散布在波长范围内，使得第一分段的横向可变带通光学滤波器221A和第二分段的横向可变带通光学滤波器221B的相邻的带通光学滤波器分段81A-84A和81B-84B的传输中心波长λ_T至少相差恒定的或可变的波长步长的整数倍。例如，如果波长步长是25nm，即，带通光学滤波器分段81A-84A和/或81B-84B的传输中心波长λ_T包括值700nm；725nm；750nm等，第一分段的横向可变带通光学滤波器221A和第二分段的横向可变带通光学滤波器221B的相邻的带通光学滤波器分段81A-84A和81B-84B的传输中心波长λ_T可至少按照125nm＝5*25nm进行区分，即，5倍的波长步长。例如，在每个个体阵列85A-88A中的相邻的带通光学滤波器分段的传输中心波长λ_T之间的最小差值，即是在图8C中的水平方向上，是在底部阵列85A中的最左侧的底部带通光学滤波器分段81A(1000nm)和82A(875nm)之间。图8C中的每个个体阵列85A-88A中的其他差值，即在水平方向上，则比较大。在这个示例中竖直方向上的差值可能有点小，例如，至少75nm＝3*25nm，即，3倍的波长步长。因此，水平的或竖直的光学滤波器分段81A-84A和/或81B-84B的传输中心波长λ_T之间的差值可以至少是3倍的波长步长。波长步长可以是可变的，即，光学滤波器分段81A-84A和/或81B-84B的传输中心波长λ_T可包括，例如值700nm；711nm；722nm；733nm等。光学滤波器分段81A-84A和/或81B-84B的总数当然也是可以变化的。第一分段的横向可变带通光学滤波器221A或第二分段的横向可变带通光学滤波器221B的带通光学滤波器分段81A-84A可包括有色玻璃、吸收色素或染料，以用于对波长不是带通光学滤波器分段81A-84A的对应的通带中的波长的光进行吸收。

在一个实施例中，第一分段的横向可变带通光学滤波器221A或第二分段的横向可变带通光学滤波器221B可具有分段的部分和连续变化的部分。例如，参照图8D，光学组件80D的上游滤波器321A是连续变化λ_T的滤波器，且光学组件80D的下游滤波器321B包括连续变化的部分21B’和分段的部分21B’。类似于图2A中的光学组件20，图8D中的光学组件80D的这些上游滤波器321A和下游滤波器321B的带通中心波长可以沿着第一方向25和/或沿着第二方向25’以相互协调的方式进行变化。

转到图9，且进一步参照图2A和图8A，光学分光仪组件90可包括传感器93，其光学地耦合到图2A中的光学组件20的第二横向可变带通光学滤波器21B或图8A中的光学组件80A的第二分段的横向可变带通光学滤波器221B。传感器93可具有一维阵列的光电检测器93A，其沿着第一方向25进行设置且在各个光电检测器93A之间以边界93B分隔开。因此，光电检测器93A可以被设置用于对传播通过第二分段的横向可变带通光学滤波器221B的信号光23进行波长选择性检测。对于包括图8A中的光学组件80A的实施例，传感器93可具有对应于每个分段81B-84B的一个光电检测器。在图9中示出的示例实施例中，黑色网格89可以在第二分段的横向可变带通光学滤波器221B的相邻的带通光学滤波器分段81B-82B、82B-83B和83B-84B之间并且沿着光电检测器93A之间的边界93B进行设置。在一个实施例中，如所示，黑色网格89可以在第一分段的横向可变带通光学滤波器221A或第二分段的横向可变带通光学滤波器221B之间延伸。

参考图10A，根据示例实施例的光学分光仪组件100A可包括光学地耦合到图8B中的光学组件80B或图8D中的光学组件80D的第二分段的横向可变带通光学滤波器221B的传感器103。传感器103可具有光学地耦合到第二分段的横向可变带通光学滤波器221B并具有沿着第一方向25和第二方向25’设置的光电检测器103A的光电检测器103A的二维阵列，以用于对传播通过第二分段的横向可变带通光学滤波器221B的信号光23进行波长选择性检测。

转到图10B，根据示例实施例的光学分光仪组件100B可包括沿着第二方向25’边靠边设置的并光学地耦合到图8B中的光学组件80B的或图8D中的光学组件80D的第二分段的横向可变带通光学滤波器221B的多个传感器105、106、107、108。传感器105-108中的每个可包括沿着第一方向25延伸的光电检测器阵列。例如，第一传感器105可包括沿着第一方向25延伸的光电检测器105A的阵列；第二传感器106可包括沿着第一方向25延伸的光电检测器106A的阵列；第三传感器107可包括沿着第一方向25延伸的光电检测器107A的阵列；以及第四传感器108可包括沿着第一方向25延伸的光电检测器108A的阵列。传感器105-108可以沿着第二方向25’被分隔开，或可以被连接。每个传感器105-108可以光学地耦合到第二分段的横向可变带通光学滤波器221B。每个传感器105-108可以具有对应的可操作波长范围和光学地耦合到传感器105-108的对应的多个带通光学滤波器分段85B-88B。通过非限制性示例的方式，基于硅(Si)的传感器阵列可以被用于在200nm和1100nm之间的可见的近红外波长范围，且基于砷化镓铟(InGaAs)的传感器阵列可被用于在500nm和2600nm之间的红外波长范围。多个带通光学滤波器分段85B-88B(以及，相应的，85A-88A)的传输中心波长λ_T可在对应的光电检测器阵列105-108的可操作的波长范围内进行选择。以这种方式，多光谱光学分光仪组件可以被构造。还要注意的是，图8A-8D中的光学组件80A-80D的分段的滤波器配置和图10A、10B中的传感器配置还可以被用于例如图5中的光学分光仪组件50、图6A和图6B中的光学分光仪组件60以及图7A和图7B中的光学分光仪组件70。

参照图11，根据示例实施例的圆偏振器110可以被设置在第一横向可变带通光学滤波器221A和第二横向可变带通光学滤波器221B之间的光路22中，以用于抑制从第二横向可变带通光学滤波器221B反射的光23’。例如，圆偏振器110使入射光23以顺时针圆偏振进行偏振。所反射的光23’将由于传播的方向的逆转而被逆时针方向偏振。所反射的光23’可以被圆偏振器110(即，移除反射的光23’的能量的吸收圆偏振器)抑制。圆偏振器110还可被设置在图2中的光学组件20的第一横向可变带通光学滤波器21A和第二横向可变带通光学滤波器21B之间，以抑制从第二横向可变带通光学滤波器21B反射的光。

现在转到图12A和图12B，根据示例实施例的成像光学组件120，例如，可以包括图2B中的光学组件80B和光学地耦合到可选的扩散器122(其光学地耦合到第一分段的横向可变带通光学滤波器221A)的物镜121，以用于形成在扩散器122上的或直接在第一分段的横向可变带通光学滤波器221A上的物体123的图像123A。第一分段的横向可变带通光学滤波器221A和第二分段的横向可变带通光学滤波器221B可以每个均具有被组合成“复合像素”124的相应的不可变的带通光学滤波器分段81A-84A、81B-84B(出于简洁的原因，仅示出了第一分段的横向可变带通光学滤波器221A的分段81A-84A)，每个复合像素124包括具有每个复合像素共有的预定义的传输中心波长λ_T的预定义的一组横向不可变带通光学滤波器分段81A-84A、81B-84B。该配置可以类似于用于数码摄影的有色CMOS传感器中所采用的配置，仅滤波器分段81A-84A的数字可能至少是5，或甚至至少是12。该配置可以实现物体123的多光谱成像。

传感器103(图10A)可以光学地耦合到第二分段的横向可变带通光学滤波器221B(图12A、12B)。传感器103可以包括沿着第一方向25和第二方向25’设置的光电检测器103A，以用于对传播通过第一分段的横向可变带通光学滤波器221A和第二分段的横向可变带通光学滤波器221B的信号光23进行波长选择性检测。扩散器122当被使用时可以将由物镜121形成的图像123A散布在第一分段的横向可变带通光学滤波器221A上。物镜121可以用其他的成像光学元件(例如，诸如凹镜)来替代。2D传感器103可以用图9中的1D传感器93或用图10B中的多个传感器105-108来代替。

参考图13，一种制造本公开的光学分光仪组件的方法130，可包括提供第一横向可变带通光学滤波器21A和第二横向可变带通光学滤波器21B的步骤131。在步骤132中，第二横向可变带通光学滤波器21B可被固定在第一横向可变带通光学滤波器21A的下游且在光路22中离第一横向可变带通光学滤波器21A的距离L处。最终，在步骤133中，传感器43可以光学地耦合到第二横向可变带通光学滤波器21B。如以上所阐释的，传感器43可包括沿着第一方向25设置的光电检测器43A，以用于对沿着光路22传播通过第二横向可变带通光学滤波器21B的光信号23进行波长选择性检测。

转到图14，一种制造图5中的光学分光仪组件50的方法140，可包括提供用于收集在样本51利用照明光53而被照亮时从样本51发出的信号光23的光学探头52的步骤141。在步骤142中，光纤41的第一端部41A可光学地耦合到探头52，以用于接收被光学探头52所收集的信号光23以及将光纤41中的信号光23传播朝向其第二端部41B。在接下来的步骤143中，光导管42的第一表面42A可以光学地耦合到光纤41的第二端部41B，以用于接收被传播到光纤41的第二端部41B以用于在光导管42中传播朝向其第二表面42B的信号光23。在接下来的步骤144中，第一横向可变带通光学滤波器21A可被光学地耦合到光导管42的第二表面42B，以用于接收在光导管42中传播的信号光23。

在接下来的步骤145中，第二横向可变带通光学滤波器21B可以被固定在第一横向可变带通光学滤波器21A的下游且在信号光23的光路22中离第一横向可变带通光学滤波器21A的距离L处。最终在步骤146中，传感器43可被光学地耦合到第二横向可变带通光学滤波器21B。一维的或二维的检测器阵列可被用来代替传感器43。

参照图15，一种制造光学分光仪组件60的方法150，可包括提供用于提供发亮的光53的光源61的步骤151。在步骤152中，光学比色管62可被提供。在步骤153中，第一横向可变带通光学滤波器21A和第二横向可变带通光学滤波器21B可被提供。在步骤154中，第二横向可变带通光学滤波器21B可被固定在第一横向可变带通光学滤波器21A的下游且在信号光53的光路中离第一横向可变带通光学滤波器21A的距离L处。在步骤155中，第一横向可变带通光学滤波器21A可被光学地耦合到透明的侧壁64，以用于接收信号光53。最终，在步骤156中，传感器43可光学地耦合到第二横向可变带通光学滤波器21B。一维的或二维的检测器阵列可被用来代替传感器43。在方法130、140、150中，分段横向可变带通光学滤波器221A和221B可被用来替代横向可变带通光学滤波器21A和21B。

光学滤波器和分光仪可以涉及处理输入数据和对输出数据的生成。该输入数据处理和输出数据生成可以在硬件和/或软件中实现。例如，专门的电子部件可以被实施于处理器、模块或类似的相关电路中以用于实施与根据以上描述的示例实施例提供光学滤波器和/或分光仪相关的功能。可选地，根据指令操作的一个或多个处理器可实施根据以上描述的示例实施例的功能。这样的指令可以被存储在一个或多个处理器可读的存储介质(如，磁盘或其他的存储介质)中，或经由以一个或多个载波实施的一个或多个信号而被传输到一个或多个处理器。

本公开并不限于本文所描述的具体的示例实施例。事实上，除了本文描述的实施例，本领域的普通技术人员根据前述描述和所附附图，其他的实施例和修改将是明显的。因此，这些其他的实施例和修改被认为落入在本公开的范围内。此外，虽然已经结合在出于特定的目的的特定的环境中的特定的实施例的背景下描述了本公开内容，本领域的普通技术人员将认识到其用途并非限于此且本公开可以在出于任何数量的目的的任何数量的环境中被有利地实施。从而，以下阐述的权利要求应该鉴于本文所描述的本公开的充分的广度和精神来进行解释。