JPH05215796A - 光学的検知器を用いた電気的スペクトルの決定方法、並びに、その方法を用いた光学的受信機の騒音スペクトル決定の装置 - Google Patents

光学的検知器を用いた電気的スペクトルの決定方法、並びに、その方法を用いた光学的受信機の騒音スペクトル決定の装置

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JPH05215796A
JPH05215796A JP4206922A JP20692292A JPH05215796A JP H05215796 A JPH05215796 A JP H05215796A JP 4206922 A JP4206922 A JP 4206922A JP 20692292 A JP20692292 A JP 20692292A JP H05215796 A JPH05215796 A JP H05215796A
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spectrum
electrical
signal
noise
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JP4206922A
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English (en)
Inventor
Franciscus Maria Ban Den Brink Robertus
フランシスカス マリア バン デン ブリンク ロベルタス
Original Assignee
Koninkl Ptt Nederland Nv
コニンクリジケ ピーティーティー ネーダーランドエヌ ブィー
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/26Testing of individual semiconductor devices
    • G01R31/2646Testing of individual semiconductor devices for measuring noise

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光学的検知器を用いて電気的スペクトルを測
定する。 【構成】 検知器及び前置増幅器で構成される光学的受
信機の雑音スペクトルを確定する方法であり、その中に
は標準化された光源から発生する光源の出力信号は受信
機の入力に与えられ、光学的受信機の等価雑音スペクト
ルは光源の電気的応答スペクトルと比較され、又その中
に表示される。 若し、光源も事前に標準化しておく必
要がある場合、この作業は光源の電気的応答スペクトル
を既知の電気的雑音発生源、例えば抵抗器、の雑音スペ
クトルと比較、及びその中に表示して行う。この方法
は、特に、前置増幅器の電気的入力に外部からの接近が
容易でない場合、ガラス繊維を経由しなければ接近が出
来ない場合、受信機の雑音発生が比較的大きい場合、受
信機が非常に広い帯域を有する場合、そして、その感度
が未知数だが周波数に左右されるような場合に、利用す
ることが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は光学的検知器を用いた電
気的スペクトルの決定方法に関するものである。 測定
対象である電気的スペクトルは、例えば、光学的検知器
により発生する単一の光源の光学的出力信号の電気的応
答スペクトルでも良い。 この応答スペクトルを測定す
る既知の方法は、例えば、周波数選択電圧計又はスペク
トル分析器などの助けを借りた絶対値の測定である。
この方法の欠点は、そのような装置の感度が一般的に表
示される信号の周波数に依存しており、更には表示され
る信号の帯域幅にすら左右され、その結果正確な測定に
は非常に精度の高い、従って、高価な装置の使用を必要
とする。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】測定対象である電気的
スペクトルも又、例えば、一つの光学的受信機の等価入
力雑音スペクトルであろう。 通常は、光学的検知器の
電気的出力は、その光学的検知器と組み合わされて光学
的受信機を形成するようになされた前置増幅器の入力に
連結されており、光学的受信機は前置増幅器の出力に電
気的な出力信号を提供する。 光学的受信機の使用者は
それの電気的出力信号、即ち、増幅した検知信号を、必
要とする特定の利用目的、例えば特定の周波数帯の復調
及び再生、に用いることが可能である。理想的には、光
学的受信機は、若し光学的出力信号が存在しない場合、
電気的出力信号を提供せず、その結果として、電気的出
力信号が実際に提供される状況下では、これは受け取ら
れた光の中に存在する検知されるべき情報の直接の尺度
となる。 しかし、実際には、上述のごとき理想的な例
は得られないが、光学的な入力信号が例え存在しなくて
も、光学的受信機は用語“雑音信号”として引用される
電気的出力信号を提供する。 この雑音信号は非常に広
い幅の雑音周波数帯の中で一般的に全ての周波数の中に
含まれている。光学的受信機を如何なる状況下で使用す
る場合でも、信号と雑音部分の組み合わせである電気的
信号は、常に出力時に放出される。 如何なる状況に於
いても放出される信号中の雑音成分の寄与程度の判定を
可能にするには、例えば与えられた光学的信号の中にあ
る情報を正確に検知することを可能にするには、その受
信機の雑音スペクトルを知ることが望ましい。
【0003】電気的雑音スペクトルの既知の測定法は、
例えば、周波数選択電圧計又はスペクトル分析器などの
助けを借りた絶対的測定である。 この方法の欠点は、
そのような装置は一般的に、与えられる信号周波数に依
存すること、更には与えられる信号の帯域幅にすら左右
されることで、その結果、正確な測定の為には、非常に
精度の高い、従って高価な装置の使用を必要とし、そし
て/又は複雑な標準化又は較正作業が必要である。さら
に、様々な光学的受信機夫々の定量的な比較を可能にす
るためには、光学的受信機の等価入力雑音スペクトルを
知ることが望ましい。 ここで、用語“等価入力雑音ス
ペクトル”とは、入力にまで遡って外挿された、即ち前
置増幅器の利得指標により割った、前置増幅器の出力信
号の雑音スペクトルを意味すると解釈される。 前置増
幅器の出力に現れる実際の雑音スペクトルは、等価の入
力雑音スペクトルに前置増幅器の利得指標を乗ずること
で、等価入力雑音スペクトルから算出可能なことそし
て、この状況下では前置増幅器が理想的と考えられてい
ることが明らかである。等価入力雑音スペクトル算出の
有用性は下記の例で説明することが出来る。その出力が
全く同一の雑音スペクトルを生み出す二つの光学的増幅
器を互いに比較する場合を想定してみよう。 もっと
も、一つの増幅器(A)の利得係数は他の増幅器(B)
の利得係数の十倍である。 増幅器(A)により増幅器
(B)より十倍増幅された等価入力信号を受け取るに当
たり、増幅器(A)により生み出される出力信号の信号
対雑音の比率は、増幅器(B)により生み出される出力
信号の信号対雑音の比率より十倍大きい、その結果、増
幅器(A)は増幅器(B)より優れていると見做すこと
が出来る。 上述の等価入力雑音スペクトルに対する定
義に従えば、等価入力雑音スペクトルは、増幅器(A)
に対しては増幅器(B)に対する等価入力雑音スペクト
ルよりも十倍も低い係数であり、その結果、二つの等価
入力雑音スペクトルを比較することで簡単に発見可能で
あり、増幅器(A)は増幅器(B)より優れていると見
做して良いことが判明した。
【0004】光学的受信器の等価入力雑音スペクトル決
定に於ける既知の方法は、先ず出力雑音スペクトルを正
確に測定し、そこで後者を前置増幅器の利得指標で割っ
ている。より具体的に言うと、この手順では、出力雑音
スペクトルの夫々の周波数構成部分は、その周波数で稼
働している前置増幅器の利得指標により割られる。この
既存の方法に於ける光学的受信器の等価入力雑音スペク
トルの決定での第一の問題は、上述したように、出力雑
音スペクトルの測定に関する問題である。次ぎの問題
は、前置増幅器の利得指標を正確に把握せねばならぬ事
である。 前置増幅器の利得指標測定の為の既知の技術
に於いては、第一に電気信号発信源は前置増幅器の入力
に連絡しており、計測装置は前置増幅器の出力に連絡し
ている、第二に電気信号発信源は前置増幅器の入力で小
規模の帯域幅を持つ電気信号を提供する、そして第三
に、前置増幅器の出力信号の強さは電気信号発信源が与
える電気信号の強さにより割られており、その技術はこ
の場合には実際に使用することが不可能である。 その
第一の理由は、調査対象の全ての受信機が入力信号を供
給する前置増幅器の入力を入手することが出来ないため
である。 第二の理由は、正確な、その結果として、均
一な、又は少なくとも既知の周波数を持つ高価な測定装
置を用いる必要があるからである。 第三の理由は前置
増幅器の利得指標が入力に加えられる電気的インピーダ
ンスの影響を受けるからである。
【0005】
【課題の解決】従って、本発明の目的は、一方に於いて
は、光学的検知器により発生される光源の光学的出力信
号の電気的応答スペクトル決定方法を提供し、他方、光
学的受信機の等価入力雑音スペクトルを決定する方法を
提供するが、この方法は特に高精度である必要のない比
較的簡単な手段で実施することが可能である。この為、
本発明による方法は、光学的検知器により生みだす事が
出来る電気的応答スペクトルであって、光源の光学的出
力信号の電気的応答スペクトルは電気的雑音スペクトル
に比較されるという特性を持っている。
【0006】本発明は、若し電気的応答スペクトルが判
明すれば、電気的雑音スペクトルは比較により決定する
ことが可能で、又、若し電気的雑音スペクトルが判明す
れば電気的応答スペクトルも比較により決定することが
出来、その場合には正確な装置が不要であるという洞察
に基ずいている。具体化の第一では、本発明による方法
は、電気的応答スペクトルは測定の対象である電気的ス
ペクトルであり、その電気的雑音スペクトルは電気的雑
音発生源の既知の電気的雑音スペクトルであるという特
色を持っている。 光源はこの方法により非常に簡単に
標準化出来る。具体化の第二では、本発明による方法
は、電気的雑音スペクトルが測定の対象である電気的ス
ペクトルであり、光源の光学的出力信号は測定対象の電
気的雑音信号に相当する等価雑音信号を持ち、光学的検
知器により形成される光学的入力を持つ、光学的受信機
の光学的入力に与えられるという特色を有している。
既に知られている光源の出力信号に基ずき、この方法に
より光学的受信機の等価雑音信号は非常に容易に決定出
来る。具体化の第三では、本発明による方法は、追加の
光学的検知器により産生可能な光源の光学的出力信号の
光学的応答信号が、電気的雑音発生源の既知の電気的雑
音信号と比較されるという特色を持っている。 光源の
出力信号は本方法により非常に容易に標準化され、受信
機の等価雑音信号はそれにより決定される。本発明によ
る方法の第三の具体化に従えば、二段階の手順が用意さ
れている、その第一段階では光源の光学的出力信号は、
上述の光学的出力信号の電気的応答スペクトルを既知の
電気的雑音発生源の電気的応答スペクトルと比較する事
で標準化する、そして第二段階では、光源の標準化され
た光学的出力信号が光学的受信機の光学的入力に与えら
れ、光学的受信機の等価雑音信号を光源の電気的応答ス
ペクトルと比較される。 この比較は手動により、又
は、計算機でで実施される。しかし、光学的受信機の雑
音スペクトルの決定に当たっては、本発明による方法の
具体化の第一に従って較正を済ませている光源を活用す
る事も可能である。その場合、本発明の第二の具体化は
単一段階の手法に結び付く。本発明による本方法のさら
なる具体化、その内容、利点は図面を説明しながら示
す。
【0007】この発明は更に、この発明による方法を活
用した光学的受信機の雑音スペクトル決定の装置に関す
るもので、その装置は光源を与えられているものに関す
る。この発明に基ずく装置は、光源の光学的出力信号
の、光学的検知器を経由して発生する電気的応答スペク
トルが、既知の電気的雑音スペクトルと比較せしめられ
るという特性を有している。 その装置は基準化された
光源を含んでいる。本発明による装置の第一の具体化
は、装置が光源から発生する光束を受け入れる光学的対
照検知器を含んでいる対照受信機を備えるという特色を
持っている。本発明による装置の第二の具体化は、その
対照受信機が対照検知器の出力に接続され、既知の雑音
スペクトルを持つ雑音信号を発生する雑音発生源を備え
るという特色を持っている。以降の具体化では、本発明
による装置の外観及び利点に就いて以下の形状説明の中
で記述する。図1は本発明に基ずいた概念を図で説明す
るものである。図2は本発明に基ずいた概念を、光源を
標準化する為の望ましい回路図を示すことによって説明
するものである。図3は光学的受信機での測定を行う為
に望ましい回路図を図でもって示すものである。本発明
は、信号が増幅器Aの入力に送られる場合、一番目の雑
音信号S1の未知の振動数スペクトルを二番目の雑音信
号S2の振動数スペクトルの中で表すことで決定出来る
という考えに主たる基礎を置いている。 この場合、特
に精度の高い、そして/又は高価な設備は必要としない
が、例えばスペクトル分析器又は選択的電圧計のような
比較的単純な測定装置Mの助けを借りて増幅器Aの出力
信号を測定することが可能である。
【0008】この考えを図解するには図1を参照願いた
い、図でS1(w)及びS2(w)は周波数wを持つ信
号構成部分の強さを表す。 Rは計測装置Mにより再生
される増幅器Aの出力信号を表し、R(w)は周波数w
を持つ出力信号の強さである。電気的出力信号Rは次式
を満足する。
【数3】 ここでA(w)は周波数wでの前置増幅器の(未知の)
周波数依存の利得係数を表し(w値は0と成ることも有
り得る)、B(w)は広帯域の入力信号を受ける場合周
波数wで使用される計測装置Mの(未知の)周波数依存
の利得係数を表し、操作“S1(w)+S2(w)”は
二つの信号S1及びS2の周波数毎の組み合わせを表す
が、一般にはこの組み合わせは純粋な足し算ではない。
上述の周波数毎の組み合わせは二つの雑音信号の時間
平均での組み合わせを統計的に決定した結果であり、従
って、増幅器Aに於ける固有性状として存在するので、
一般には次式で可なり正確な近似値を得ることが可能で
ある。
【数4】 以下では、信号S2の振動数スペクトルは既知のものと
想定していく。 信号S1の前もって測定された断片部
分K1を、次式を満足するテスト信号を送る為に、信号
S2の前もって測定された断片部分K2と共に増幅器A
の入力に送り込む条件で、最初の計測を実施する。
【数5】 二回目の計測は、次式を満足するテスト信号を引き渡す
為に、信号2の前もって測定された断片部分K3を、信
号S2の前もって測定された断片部分K4と共に増幅器
Aの出力に送り込む条件で実施する。
【数6】 式(3)及び式(4)の割算は増幅器A及び使用される
計測装置Mの特性を排除し、未知の信号S1は次式に基
ずいて信号S2の中に表すことが可能である。
【数7】 K1=K2=K4=1及びK3=0として具体化された
ものでは、式(5)を式(2)に代入することにより、
未知の信号S1は、次式に従って既知の信号S2並びに
テスト信号R1(w)及びR2(w)で表すことが可能
である。
【数8】 K1=K2=K3=1並びにK4=0として別個に具体
化したたものでは、式(5)を式(2)に代入すること
により、未知の信号S1は、次式に従って既知の信号S
2及びテスト信号R1(w)並びにR2(w)の中に表
すことが可能である。
【数9】 個別の計測は上述の通りではあるが、夫々分割した信号
R1(w)並びにR2(w)に就き、更に簡単にする為
に、比率R1(w)/R2(w)を代表する信号の直接
計測を、例えば信号S1又はS2を交互に遮ることによ
り、実施することが望ましく、これはテスト受信機の出
力信号の全ての周波数構成部分の交互の信号強度を提供
し、この場合、この交互の信号の値の比率は上記比率R
1(w)/R2(w)の代表値である。
【0009】光源210を標準化する方法を図2を参照
し以下により詳細に説明するが、その考え方の活用は既
に上述した。光源210は光学的テスト検知器2に向け
られる光束211を造り出す。 光電性ダイオードをそ
の例として示した光学的テスト検知器は、出力3で、電
流信号をその例として示した電気的検知信号IDを与え
るが、それが持っているスペクトルは光源210の(未
だ判明していない)電気的応答スペクトルである。図2
に示したように、光学的テスト検知器2が、更に前置増
幅器10の一部分を構成するテスト受信機を形成し、前
置増幅器10で電気的検知器信号IDの交流成分ID
(w)のみを提供する為に、光学的テスト検知器2の出
力3をコンデンサー4を経由して前置増幅器10の出力
11に連結しておく事が望ましい。加えて、検知器出力
信号IDの直流成分ID(O)を供給する為に、光学的
テスト検知器2の出力3を出力ターミナル5に連結す
る。 必要とする交流成分のみを前置増幅器10の出力
11に到達させる為に、コンデンサー4の代わりに、他
の絶縁装置を使用出来ることが判るであろう。 出力1
2で(増幅した)交流成分のみを供給するように前置増
幅器10をデザインする事も出来るが、他方、これに加
えて、増幅の後随意に、出力(図に示してない)に直流
成分を提供するよう前置増幅器10をデザインすること
も可能である。テスト受信機1の前置増幅器10の出力
11は、交流成分IN,R(w)を持つ既知の電気的雑
音スペクトルIN,Rを提供する実際の発生源20に連
結される。例として示した、発生源20は熱的作用によ
り決められる既知の雑音スペクトルを提供する為の抵抗
器である。 これに代わる雑音発生源の一例は白熱電球
に照らされるフォトダイオードで、これはいわゆるショ
ット雑音を生み出す。 この場合、雑音スペクトルを発
生させる為に、光学的テスト用ダイオード2を白熱電球
で照らすことが可能である。
【0010】前置増幅器10は、出力12で交流成分I
U(w)を持つ電気的出力信号IUを提供する。 上記
図1についての説明を参照し、テスト用検知器2の組み
合わせにより発生する電気的雑音成分を仮定すると、実
際の発生源20により発生する既知の雑音成分IN,R
(w)と比較した場合、前置増幅器10及び受信機1の
回路の形状は無視できる(この想定は事実非常に現実的
であり、例えば10MHz以下の周波数では特にそうで
ある)、この場合、電気的出力信号IUは式(1)を満
足し、そこでは、S1はIDに一致し、S2はIN,R
に一致する。光源210からの光で検知器2を照らし、
又は照らさないで行う最低2種類の計測、この計測は光
束211を交互に遮断するか又はせずに実施するのが望
ましい、により、光束211の電気的応答スペクトルI
Dは本発明に基ずいて、式(6)から類推し、雑音発生
源20の既知の雑音信号IN,Rの中に、次式に従って
表現することが出来る。
【数10】 この発明の範囲内では、用語“電気的応答スペクトル”
は光学的検知器、即ち光学的/電気的変換装置、で光源
から発生する光束の受信に答えて発生する電気的信号の
周波数スペクトルを意味するものとする。
【0011】光学的検知器は、如何なる形態のもの、例
えば光電池若しくは光電性ダイオード等、であっても良
い。 原則として、その光学的検知器はその出力で直流
検知信号を提示するが、その直流電流の規模は受け取る
光の強度如何に掛かっており、一定の限界の中で受け取
る光の波長からは実際上何等影響を受けない。 光学的
検知器の検知信号は、例えば光束の一定の波長成分の間
で受ける光、又は妨害で起きる変調の結果として生ずる
交流成分を含むことがある。 同一タイプの電気的応答
の様々な型式、例えば光電性ダイオードの種々の型式な
ど、は同一の光学的信号の受領に当たり同一の電気的応
答をを示すことは既知の事実である。従って、本発明の
範囲では、電気的応答スペクトルは光源から発生する光
束の属性と見なされており、そして、光束の特性は光源
により決められるので、電気的応答スペクトルは、この
特許請求の範囲では、特に光源の属性と見做されてい
る。同一タイプの光学的検知器の様々な型式は、原則と
して光源から受ける光に対し同一の応答を呈する、にも
拘らず、実際には、種々の型式は受けとる光に対し異な
る応答する事実が生じている。 これは、例えば、検知
器本体又は検知器本体を取り巻く保護材料の変化など、
若しくは、例えば光源及び関連検知器の間にある光の通
路に於ける変化要因に起因すると考えられる。 その変
化は基本的に検知器が受ける光の強さの変化に起因する
と見做すことが出来、その光の波長成分の全ては、少な
くとも可なり近似して、同程度に変化し、その結果全て
の成分ID(w)の値は同程度に変化する、即ち、応答
スペクトルの形態は同一、少なくとも可なり近似した、
形で残る。 従って、光学的検知器2により生み出され
る信号IDのスペクトルの応答スペクトルF(w)曲線
は次式で定義される。
【数11】 本発明に基ずく手法の望ましい具体化によれば、直流成
分ID(O)は上述の通り、交流成分ID(w)を計測
する場合常時計測され、交流成分ID(w)は式(9)
に従って直流成分ID(O)で割ることにより曲線成分
F(w)を生み出すように標準化される。 時開が経過
しても十分安定しているシステムに於いては、一度直流
成分ID(O)を計測すればよく、それが一定であると
想定することが出来る。光源210を適切にデザインす
れば、光学的検知器2により出される信号IDのスペク
トルは単調であり、即ちF(w)=Fであることを指摘
しておく。その様に単調なスペクトルを持っており、従
って望ましい光源の一例は、いわゆる“ホモダイン掃引
器”で、例えばレーザーを構成する“遅延自己ホモダイ
ン掃引器”(“delayed self−homod
yne sweeper”)又はLED及びレーザーか
ら成る“ヘテロダイン掃引器”である。 “ホモダイン
掃引器”の稼働、並びに、光源から放出される光に対す
る検知器の応答詳細に就いては、1989年5月25日
付の“自己ホモダイン法利用のフォトレシーバーによる
周波数応答計測”25巻、11号、722−723ペー
ジを参照戴きたい。“ホモダイン掃引器”を光源210
として使用すると、電気的応答スペクトルが比較的広い
範囲、例えば20GHz迄、で比較的小規模の周波数の
範囲、例えば10MHz迄、で計測を行うだけで標準化
することが可能である。 理論的には僅か一つの周波数
で計測を間に合わせることが可能である。
【0012】光学的受信機の等価雑音スペクトルを決定
する方法は図3を参照してより詳細に説明しよう、それ
には上述した考えが役に立つ。図3は調査対象の光学的
検知器101を図解で示す。 光学的レシーバー101
は光学的検知器102を構成し、その例を光電性ダイオ
ードで示した。 光学的検知器102は出力103で電
気的検知器信号を提示する、その例を電流信号IDで示
したが、これは光学的検知器102が受ける光信号に符
号する。 光学的検知器102の出力103は周波数w
(ここでw値は同様に0となる)で利得係数A(w)を
有する前置増幅器110の入力111に連結している。
例で示したように、光学的検知器102の出力103
は、前置増幅器110で検知器出力IDの交流成分ID
(w)のみを供給するように、コンデンサー104を経
由して前置増幅器110の入力111に連結している。
加えて、光学的検知器102の出力103を、検知器
出力信号IDの直流成分ID(O)を供給するよう、出
力端子105に連結する。 しかしながら、ここで特に
強調したいのは、本発明は、光学的受信機の等価雑音ス
ペクトル決定方法にも関連しており、その中では信号構
成部分の分割を取り上げておらず、そして/又は、その
中では検知器出力信号IDの直流成分ID(O)を提供
する出力は存在していない。検知器出力信号IDを無視
した場合、前置増幅器110は、出力112で、交流成
分IN(w)を持つ電気的雑音信号INを提供する、こ
の信号は検知器102、任意使用の分割装置104、前
置増幅器110並びに検知器102の間を連結する導
線、任意使用の分離装置104、及び、前置増幅器11
0の組み合わせによる複雑な形で造り出される。 既に
説明したように、交流成分IN.eq(w)を持つ等価
入力雑音スペクトルIN,eqは次式に従って定義され
る。
【数12】 ここで、光学的受信機101は(概念上では)理想的な
雑音零の構成部分102、104及び110を造り出す
と考えられ、この場合、前置増幅器110の入力111
は、等価雑音スペクトルIN,eqを運ぶ概念的雑音発
生源120に連結されている、その結果、前置増幅器1
10の出力112で稼働状態に達し、交流成分IU
(w)を持つ出力信号IUには、式(1)に類似した、
次式が与えられる。
【数13】 以上に加え、図3で光束211を生み出す光源210を
図解した。 光源210が既に標準化されている場合、
光束211を調査対象である受信機の検知器102に直
接投入することが出来る。 増幅器110の入力111
での入力信号は二つの信号、即ち未知の等価入力雑音ス
ペクトルIN.eq(S1に相当)及び検知器102の
出力信号ID(S2に相当)、から成ると考えられ、こ
のスペクトルは光束211の既知の電気的応答スペクト
ルと全く同一である。
【0013】検知器102が光源210からの光で照明
され又は照明なしの夫々場合で行われる最低2回の計測
実施の結果、この計測は光束211を遮断するか若しく
は遮断せずに交互に行うのが望ましい、光学的受信機1
01の等価入力雑音スペクトルIN,eqは、本発明に
従えば、光束211の既知の電気的応答スペクトルID
で式(7)から同様にして次式に表すことが出来る。
【数14】 以下の説明は標準化していない光源210を用いた場合
に於ける光学的受信機101の等価入力雑音スペクトル
IN,eq決定の為の、本発明に基ずいた、計測手順に
関するものである。 その目的の為、図3にも図示した
ように、光源210により供給される光束211は分割
装置220により、基本的に同一の光スペクトルを持つ
二つの光束221及び222に分離され、一つの光束2
22は調査対象の受信機101の光学的検知器102に
向けられ、他の光束221は、図2を参照して、上述し
た光学的受信機1と、構造並びに働きが同一の対照受信
機1の光学的検知器2に向けられる。分割装置220は
二つの光束221及び222が少なくとも本質的に等し
い強さを持つように設計することが望ましい。 例え
ば、分割装置220は光束分離プリズム、又は光ファイ
バー分割装置、又は光スイッチ、又は当業者に知られた
他の適当な方法などで構成してもよい。 分割装置22
0の特定の構造詳細はこの発明の理解には重要ではない
ので、分割装置220に就いてはここではこれ以上詳細
を論じない。 分割装置220が満足せねばならない唯
一の基本的な要件は、送り出される光束221のスペク
トル及び送り出される光束222のスペクトルが何れも
送り込まれる光束211のスペクトルに関しては同じ様
に曲げられているべきで、他方、送り出される光束22
1及び222のスペクトルは送り込まれる光束211の
スペクトルと同一、即ち曲がっていない、であることが
望ましい事のみを指摘しておく。この利点は光学的受信
機の雑音スペクトルを決定する装置を用意出来ることで
あり、その装置は光源210、分割装置220、対照受
信機1及び更なるる詳細は記述していないが、少なくと
も一つの計測装置を組み入れている事であり、この装置
は、光束222を運び込む一つの光学的出力、例えば光
ファイバーの一方の端末、そして、受信機出力信号IU
(w)を受ける為の一つの電気的入力のみを必要とす
る。 同時に、この分割装置220は光束211と光束
222を交互に調査対象の光学的受信機101に、光束
221を対照受信機1に送り込める様に光スイッチを持
つことが望ましく、計測を目的とする光束の交互遮断も
備わっている。
【0014】特に具体化で有益な点は、光束211を、
この目的の為に用意した太陽電池と同様の構造を持つ対
照検知器の表面で、反射させることにより分割装置を具
備していることである。 その反射作用に於いては、入
射する光束211が反射され、その結果、この部分は出
力光束として活用出来、又入射する光束211の他の部
分は、電気的信号に転換するよう対照検知器に入る。調
査対象の光学的受信機101の等価雑音信号N,eq
(w)を、本発明に基ずいて、雑音発生源20の既知の
雑音信号IN,R(w)の中でどの様に表現するか以下
に記述した。 この点について、受信機1及び101の
計測は既に上述の通り実行され、光束221及び222
は交互に遮断されたものと想定する。光束221は基準
受信機1への“未知の”信号(S1、図1)を代表して
いるので、式(6)が適用され、この状況では次式の様
に書き表される。
【数15】 この式から下記の定義が導き出される。
【数16】 更に、光束222は調査対象の光学的受信機101の
“既知の”信号(S2、図1)を代表するので、式
(7)がそれに適用され、この状況では次式のように書
き表される。
【数17】 この式から下記の定義が導き出される。
【数18】 ここで、下記定義が作られる。
【数19】 ここで、応答スペクトル率特性a(w)は光学的検知器
2及び102の検知信号間の比率であり、従って、なか
んずく、光束221及び222の強度比、並びに、光学
的検知器2及び102の感度比の尺度である。 実際に
は、a(w)は定数に可なり近似しており、即ちwの影
響を受けず、その結果は次式で表される。
【数20】 更に、光学的検知器102により運ばれる信号IDのス
ペクトルの曲線パラメーターV(w)は下記のごとく定
義される。
【数21】 ここで、woはいかようにも自由に選択可能な周波数、
例えば10MHzである。その場合、次式を適用する。
【数22】 上記で既に指摘したように、光源210の適当なデザイ
ンにより、光学的検知器により運ばれる信号ID(w)
のスペクトルは単調である、即ちV(w)=1である。
【0015】更に、対照受信機1及び分割装置220を
正確な形態にし、即ち光学的検知器102及び光学的対
照検知器2を十分に対称的にし、光束の分離を完全に対
称的にすることにより、aは、可なり近似値的に見て、
1に等しい。 しかし、必要があれば、a値を計測する
ことが可能である。 信号成分ID(w){ID(O)
を含めて}の値は、受けとられる光の強さが変化しスペ
クトルが同一に止まっている場合、全ての成分ID
(w)が同程度に変化することとなり、結局は、受けと
る光のスペクトル並びに強さに左右される。 光束22
1及び222の各々、並びに、周波数wの各々に就いて
は、ID(w)/ID(O)の比率は受けとる光の強さ
から影響を受けない。 光束221のスペクトルが光束
222のスペクトルに相当する場合、これは上記により
仮定したが、光束222の前記比率は光束221の比率
に等しい、即ち次式が適用する。
【数23】 この式は下記に書き換えることが出来る。
【数24】 光学的受信機101及び対照光学的受信機1が、信号I
D及びID,refの直流電気成分ID(O)及びID
(O)refが検知器102及び2により放出され直接
計測することができるようなタイプである場合は、直流
電気成分ID(O)及びID(O)refを直接計測
し、それを一つずつ割ってゆく簡単な方法でa値を確定
することが可能である。代替案として、例えば調査対象
の光学的受信機101が、直流電気成分ID(O)が直
接計測出来ないタイプの場合、a値の計測に光学的テス
ト用受信機201を使うことが可能である。 そのテス
ト用受信機は簡単なデザインになっており、調査対象の
検知器102と全く同じもので、図3に図示したように
直流で電流計203に連結されている光学的テスト用検
知器202から出来ている。別個のテスト段階では、光
束222は光学的テスト用検知器202に送られ、その
上で準備され、光束222受入れ時に、調査対象の検知
器102の直流電気成分ID(O)に可なり近似してい
る直流電気信号I202(O)の計測を行う。別個の光
学的テスト用受信機201を使用する代わりに、光束2
22を対照受信機1に送ることも可能である。
【0016】対照受信機の計測及び式(18)を入手す
る為の計測結果の処理は、光源210、分離装置220
及び対照受信機1の組み合わせにのみ関連しており、結
果的に、異なる光学的受信機の雑音スペクトルの確定に
当って計測を常時繰り返す必要がない事が明白となろ
う。 しかしながら、実際上、温度の影響などの外部要
因を排除する為に計測の繰り返し実施が望ましい。本発
明に基ずく手法は、上記光学的検知器の例として挙げて
はいるものの、光電池又は光電性ダイオードを伴う光学
的受信機の使用に限定されるものではないことを指摘し
ておく。 本発明は又他の如何なるタイプの光学的検知
器でも利用出来、検知器に対する唯一の要件は応答特性
(即ち、出力信号が受け取られる光の波長の関数であ
る)が既知のものであるか、若しくは、少なくとも同じ
タイプの異なる型式の装置と同等であることである。更
に、この技術に精通した熟練者は本発明の範囲から逸脱
すること無く、上述した発明の具体化の変更が可能であ
る事を指摘しておきたい。 従って、例えば、対照受信
機を使用した光源の電気的応答スペクトル決定に当たっ
て、既知の雑音発生源の雑音信号は第一レベル又は第二
レベル夫々で操作可能であり、若し既知の雑音発生源が
ショット雑音を出す為に白熱電灯により照らされるフォ
トダイオードを組み込んでいる場合、この作業はこの白
熱電灯を光の第一レベル又は第二レベルで夫々交互に操
作する、例えば白熱電灯を交互に点けたり消したりする
か、若しくは、その代わりに、出される光を交互に遮断
することで簡単に達成することが可能である。最後に、
式(20)に基ずく等価雑音スペクトルの決定には、実
際の光源の標準化を除外したことを指摘しておく。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による概念を図形で説明するもの。
【図2】本発明による概念を用いて光源を標準化する為
の望まし回路図を図解的に示したもの。
【図3】光学的受信機の計測を行う為の望ましい回路図
を図解的に示したもの。

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光学的検知器(2;102)により発生可
    能な応答スペクトルであって、光源(210)からの光
    学的出力信号の応答スペクトルが、電気的雑音スペクト
    ルと比較せしめられることを特徴とする持つ光学的検知
    器(2;102)を使用した電気的スペクトルの決定方
    法。
  2. 【請求項2】該電気的応答信号が測定対象である電気的
    スペクトルであり、該電気的雑音スペクトルは電気的雑
    音源(20)の既知の電気的雑音スペクトルであること
    を特徴とする請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】該電気的雑音スペクトルが測定対象である
    電気的スペクトルであり、該光源色を持った方法で、こ
    の場合、光源(210)の光学的出力信号は光学的受信
    機(101)の光学的入力に提供せしめられ、光学的受
    信機(101)が持つ等価雑音信号は測定対象である電
    気的雑音スペクトルであり、又それが持つ光学的入力は
    光学的検知器(102)により形成されるものであるこ
    とを特徴とする請求項1記載の方法。
  4. 【請求項4】追加の光学的検知器(2)により発生可能
    な光学的応答スペクトルであり、光源(210)からの
    光学的出力信号の光学的応答スペクトルが電気的雑音発
    生源(20)の既知の電気的雑音スペクトルと比較せし
    められることを特徴とする請求項3記載の方法。
  5. 【請求項5】該光源(210)からの光信号(211,
    222)が調査対象の受信機(101)の光学的入力
    (102)に与えられ、調査対象の受信機(101)の
    電気的出力信号{Iu(w)}をその最初のレベルの光
    信号(211,222)で最低一回{Iu1(w)}、
    そして最初のレベルの光信号より低い二回目の光レベル
    で最低一回計測するもので、調査対象の受信機(10
    1)の等価雑音スペクトル{IN,eq(w)}が次式
    に従って光源(210)の電気的応答スペクトル{ID
    (w)}で表示されるものであることを特徴とする請求
    項4記載の方法。 【数1】
  6. 【請求項6】該最初の光のレベルは本質的に100%に
    等しく、二番目の光のレベルは本質的に0%に等しいこ
    とを特徴とする請求項5記載の方法。
  7. 【請求項7】ホモダイン掃引器を光源に使用することを
    特徴とする請求項4、5又は6のいずれかに記載の方
    法。
  8. 【請求項8】第一に、該光源(210)からの光信号
    (211,222)は光学的対照検知器(2)から成る
    対照受信機(1)の光学的入力(2)に供給され、その
    光学的対照検知器の出力3は対照前置増幅器(10)の
    入力(11)に連結されており、その対照前置増幅器の
    入力(11)は既知の電気的雑音スペクトルを持つ雑音
    信号を発生する雑音発生源(20)に連結されるとが可
    能であり、第二に、該対照受信機(1)の対照前置増幅
    器(10)の電気的出力信号{IU(w)ref)は最
    初のレベルの光信号で最低一回{IU1(w)re
    f}、そして最初の光のレベルより低い二回目レベルの
    光信号で最低一回計測され、第三に該光源(210)の
    電気的応答スペクトル{ID,(w)}が次式 【数2】 に従い雑音発生源(20)の既知の電気的雑音スペクト
    ル{IN,R(w)}で表示されることを特徴とする請
    求項8記載の方法。
  9. 【請求項9】光信号(211,222;211,22
    1)が調査対象の受信機(101)の光学的入力(10
    2)及び対照受信機(1)の光学的入力(2)に交互に
    送り込まれるということを特徴とする請求項8記載の方
    法。
  10. 【請求項10】光信号(211,222;211,22
    1)を交互に遮断することを特徴とする請求項5又は8
    記載の方法。
  11. 【請求項11】請求項1に記載の方法の使用により光学
    的受信機(101)の雑音スペクトルを決定する装置
    (210)にあって、この装置は光源(210)を備え
    ており、該光源は光学的検知器(2)を経由して発生す
    る電気的応答スペクトルであって光源(210)の光学
    的出力信号の電気的応答スペクトルが既知の電気的雑音
    スペクトルと比較されることを特徴とする該装置。
  12. 【請求項12】該装置(210;1)が、光源(21
    0)から発生する光束(211,221)を受ける為の
    光学的対照検知器(2)から成る対照受信機(1)を備
    えているという特色を持っていることを特徴としている
    請求項11記載の装置。
  13. 【請求項13】該対照受信機は、光学的対照検知器
    (2)の出力に連結せしめられ、既知の電気的雑音スペ
    クトルを伴って雑音信号を発生する雑音発生源(20)
    を備ているということを特徴とする請求項12記載の装
    置。
  14. 【請求項14】請求項13に基ずく装置(210;1)
    で、該雑音発生源(20)は熱運動により決定される雑
    音スペクトルを供給する抵抗装置として働くことを特徴
    する請求項13記載の装置。
  15. 【請求項15】該雑音発生源(20)はショット雑音ス
    ペクトルを供給する白熱電灯により照らされるフォトダ
    イオードであることを特徴とする請求項13記載の装
    置。
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