JPH061217B2 - スペクトル分析方向指示装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、概して、完全にコリメートされた放射線を検
出し、その放射線内の波長値を測定し、広い視野内のそ
の放射線の源の方向を測定し、且つ完全にコヒーレント
な放射線（例えば、レーザ）とノン・コヒーレントな放
射線とを区別するように、放射線源のコヒレーンス長を
観察するためのスペクトル分析方向指示装置に係り、特
に、それらの全てが同時に且つ凝視式で（即ち、走査な
しで）成し遂げられるスペクトル分析方向指示装置に関
する。

［従来の技術］ 従来より、コヒーレント放射線を検出するための種々の
装置が知られている。そのような従来の装置としては、
例えば、以下のようなものがある。

Crane,Jr.に発行された米国特許第3,824,018号は、不等
経路干渉計を開示している。この干渉計は、干渉効果を
変えることによつて、再結合されたコヒーレント放射線
の強度を変調する２つの光路の差を変化させるように走
査するものである。

Foster等に発行された米国特許第4147424号は、一対の
部分反射鏡を有し、サイン・カーブ的にそれら鏡の間の
間隔が変えられて、それらの鏡の伝達波長を変える干渉
フイルタを持つた、干渉性放射線の存在を検出するため
のシステムを開示している。その出力は、設定された基
準信号と比較されて、検出された放射線の確認表示を生
成する。

米国特許第4,170,416号は、コヒーレントでない環境放
射線中で、コヒーレント放射線の存在を検出するため
の、及びそのようなコヒーレント放射線の強度，波長，
又は閾値方向を検出するための装置を開示している。こ
の特許の装置は、異なった厚みの３つの領域を持つフア
ブリー・ペロー・エタロン（Fabry Perot etalon）を含
む。

また、Doyleに発行された米国特許第4,183,669号、及び
Williamson等に発行された米国特許第4,185,919.号は、
対物レンズとホログラフイックレンズを使用する象限検
出システムを開示している。上記ホログラフイック・レ
ンズは４つの象限にレンズ素子を持っており、それぞれ
の象限にはさらに、このレンズ素子に隣接し且つ当該レ
ンズ素子の焦点に対応する位置に配置されている光電検
出器を有している。

Fosterに発行された米国特許第3,858,201号は、照射レ
ーザ・ビームが受信される方向を測定するためのシステ
ムを開示している。該システムは、シヤープなラインの
イメージとしてレーザ・ビームを集束させるための円筒
状光学システムを有している。

Siebertに発行された米国特許第4,309,108号は、単一パ
ルスから又は連続波放射線から波長を識別するための、
及び上記放射線の源の相対的な角度方向位置を測定する
ためのコヒーレント放射線用アナライザを開示してい
る。このアナライザは、少なくとも３つの不等長経路干
渉計と、これら干渉計を通して伝達された放射線を検出
するための検出器とを有している。

［発明が解決しようとする課題］ 前述の従来の装置は、概して複雑なものであり、古典的
電気光学技術を大部分あてにしているものであり、及び
／又は走査を使用するものである。

しかしながら、従来の装置が放射線の特性を測定するた
めの種々の特徴の組合わせを示しているとはいえ、いず
れの装置も、融通性を有していないものであった。即
ち、従来の装置は、走査の必要のない単一機器内に結合
された、後述するような本発明の特定且つ広範囲の特徴
で全てを持った装置ではなかった。

本発明の目的は、本質的にコリメートされた放射線を走
査検出することに頼ることなく、且つ放射線，即ちコヒ
ーレント放射線又は本質的にコヒーレントな放射線とノ
ン・コヒーレント放射線とを識別するように、その放射
線に関する（１）広げられたスペクトル帯域内のその波
長値、（２）広げられた視野内のその方向、及び（３）
そのコヒーレンス長のように、別々に測定されていた量
を同時に測定するスペクトル分析方向指示装置を提供す
ることである。本発明の動作原理は、適当な分散素子及
び検出素子が存在するどのスペクトル領域（例えば、紫
外線からマイクロ波まで）に於いてもほぼ等しく適用さ
れる。

本質的にコリメートされた放射線に応答する有効なスペ
クトル分析方向指示装置を提供することもまた本発明の
目的である。

本発明の他の目的は、本質的にコリメートされた放射線
に応答する頑丈且つ融通性のあるスペクトル分析方向指
示装置を提供することである。

本発明の別の目的は、放射線，即ち本質的にコヒーレン
トな放射線（例えば、レーザ）もしくはノン・コヒーレ
ント放射線に応答するスペクトル分析方向指示装置を提
供することである。

本発明のさらに別の目的は、本質的にコリメートされた
放射線を検出し、放射線，即ち本質的にコヒーレントな
放射線（例えば、レーザ）とノンコヒーレント（即ち、
広スペクトルの）放射線とを識別し、且つその放射線が
受信される特定されるがしかし広げられた視野内からそ
の方向を捜当てる、無走査スペクトル分析方向指示装置
を提供することである。

本発明の他の目的は、コヒーレント又はノン・コヒーレ
ントであることができ、且つ特定されるがしかし広げら
れたスペクトル間隔内のどこかに発生することができ
る、検出放射線内に含まれる波長値を測定する凝視スペ
クトル分析方向指示装置を提供することである。

本発明のさらに別の目的は、コリメートされた又は本質
的にコリメートされた放射線に応答し、且つ複数の放射
線源を識別することの可能なスペクトル分析方向指示装
置を提供することである。

本発明の他の目的は、乗物に容易に利用されるに足るだ
け頑丈であるスペクトル分析方向指示装置を提供するこ
とである。

［課題を解決するための手段及び作用］ 前述の及び他の目的及び本発明の意図は、スペクトル分
散素子，分析光学システム，及び放射線検出手段をそれ
ぞれ具備する１つ以上の独立したチャンネルによって続
けられる、それぞれ広げられた視野を有する１つ以上の
入力開口を持つスペクトル分析方向指示装置で成し遂げ
られる。

即ち、本発明のスペクトル分析方向指示装置は、第１の
電気光学チャンネルを含むコリメートされたもしくは本
質的にコリメートされた入射放射線を受けるスペクトル
分析方向指示装置であって、前記第１の電気光学チャン
ネルは、前記入射放射線に応答し、その入射放射線の波
長（Ｗ）及び入射方向（Ａ）の第１の光学情報を提供す
る第１の光学手段と、前記第１の光学情報に応答するデ
テクタ手段とを含み、前記第１の光学手段は、第１のス
ペクトル的に分散された素子を含み、第２の電気光学チ
ャンネルは、入射放射線の波長（Ｗ）と入射方向（Ａ）
の第２の光学情報を提供する第２の光学手段と、前記第
２の光学情報に応答する第２のデテクタ手段とを有し、
前記第２の光学手段は、第２のスペクトル的に分散され
た素子を含み、前記第１及び第２のスペクトル的に分散
された素子は、お互いに、所定の幾何学的な関係に配置
されており、前記第１及び第２の光学情報は、前記第１
及び第２のスペクトル的に分散された素子の所定の幾何
学的関係の情報と一緒に処理されて、入射放射線の波長
（Ｗ）並びに入射方向（Ａ）を決定することを特徴とし
ている。

［実施例］ 以下、図面を参照して、本発明の実施例を説明する。な
お、以下の説明及び図面のそれぞれに於いて、同様のも
のには、同様の参照番号が付されている。

また、本発明は、異なった種々種類の本質的にコリメー
トされた放射線（例えば、紫外線からマイクロ波まで）
で有効であるが、他の放射線源に応用されることができ
る複雑な原理の理解を容易にするために、まず、単色性
（例えば、レーザ）放射線に関して説明する。

第１図は、本発明のスペクトル分析方向指示装置の一実
施例に係る１軸スペクトル分析方向指示装置１０を概略
的に示している。この装置１０は、開口１１と、左側反
射回折格子１３及び右側反射回折格子１５を含んでい
る。上記回折格子１３及び１５上の刻線は、この図面の
描かれている紙の平面に対して垂直な方向である。これ
ら回折格子１３及び１５は、互いに向けて傾けられて、
上記開口１１に最も近いそれらのそれぞれの縁で当接し
ている。上記回折格子１３及び１５は、上記開口１１に
対して垂直であり、また上記開口１１の中心を通る中心
線Ｃ_Ｌに関して対称的に傾けられている。上記回折格子
１３及び１５は、ブレーズ角とミリメータ（ｍｍ）当り
の刻線の数とに関して合わせられている。上記回折格子
１３及び１５の下方の末端と縁と上記開口１１の外辺部
が、視野（field of view:FOV）を定義し、この視野は
当該視野の中心線Ｃ_Ｌを回りに集中されている。

上記回折格子１３は単純なレンズとして概略的に示され
た関連する分析光学系１７を持ち、上記回折格子１５も
同様に単純なレンズとして概略的に示された関連する分
析光学系１９を持っている。それぞれの光学系１７及び
１９は、それぞれの回折格子１３及び１５からの回折さ
れた光線を収集し且つ集束させるよう機能する。リニァ
・デテクタ・アレィ２１は上記光学系１７から集束され
た光線を受光し、リニァ・デテクタ・アレィ２３は上記
光学系１９から集束された光線を受光する。本発明の動
作が、検出手段としてホト・デテクタのリニァ・アレィ
を使用して本明細書中では説明されているが、何か別の
適当な検出手段（例えば、写真乾板又は光学焦点板）
も、本発明の総体的な概念と矛盾するものではない。

また、この説明に於いては、反射回折格子が開示されて
いるが、透過回折格子や屈折プリズムのような、他の分
散素子も、適当な光学系並びにデテクタ・システムと共
に利用されることができることはもちろんである。

第１図は、該スペクトル分析方向指示装置１０によつて
検出される到来ビームの中心線Ｃ_Ｌに関する角度方向位
置の限度を示す一方のビームＢと他方のビームＢ′を示
している。

容易に理解できるだろうように、上記１軸スペクトル分
析方向指示装置１０は、図面の平面に於ける（即ち、上
記回折格子の刻線に垂直な方向に於ける）上記回折格子
の回折動作に関連した角度情報を提供する。上記回折格
子の反射動作に関連した（即ち、上記刻線に対して平行
の方向に於ける）角度情報もまた入手できる。そのよう
な角度の変位（即ち、反射動作）は、デテクタ・アレィ
の素子を（紙面に垂直な方向に）分割せずに適当に延ば
すことによって、実際に測定はしなくとも、当該装置の
全ての視野中に組込まれることができる。しかしなが
ら、これらの角度変位は、デテクタ・アレィの素子を
（紙面の垂直方向に）適当に分割することによって、測
定されることもできる。

上記分析光学系１７及び１９は、反射回折格子１３及び
１５から扇型に放射される回折光の全ての弦にわたって
収集し且つ集束させることができなければならないもの
である。広げられた視野（即ち、入力ビーム角度の許容
可能な弦）及び広げられたスペクトル間隔（即ち、放射
線源からのスペクトル値の許容可能な範囲）は両方と
も、上記回折格子からの弦の収集可能範囲に影響を及ぼ
す。本質的に単色性（例えば、レーザから）放射線が入
射すれば、比較的小さなスポットである集束されたエリ
アを、それぞれのデテクタ・アレィ２１及び２３上に生
成する。後述されるように、上記デテクタ２１及び２３
上の集束されたスポットの位置は、到来レーザ・ビーム
の波長と方向（角度）に依存している。

第１図に示された上記反射回折格子１３及び１５の傾け
られた対向配置は、互いに関して空間的に広く分離され
た回折パターンを発生する（従って、デテクタ・アレィ
２１と２３が空間的に非常に離れて配置されることとな
る）。本発明のスペクトル分析方向指示装置の他の態様
に於いては、各反射回折格子のために別個の入力開口を
用い、それらの入力開口は適当な形式で広く空間的に分
離配置され、（それぞれの分析光学系による集束の後
の）回折パターンは互いに空間的に極めて接近して発生
されるようにしても良い。この後者の例は、デテクタ・
アレィが共通デュワーを共用することができるので、冷
デテクタ・アレィのために特に有効な配列である。

上記スペクトル分析方向指示装置１０は、本質に於い
て、２つの電気光学チャンネルを含んでいる。それぞれ
のチャンネルは、別々且つ独立なものであり、それぞ
れ、それ自身のチャンネルの情報を発生する。一方のチ
ャンネルは、上記左側反射回折格子１３、上記光学系１
７、及び上記デテクタ・アレィ２１を含み、他方のチャ
ンネルは、上記右側反射回折格子１５、上記光学系１
９、及び上記デテクタ・アレィ２３を含む。多軸スペク
トル分析方向指示装置を含むであろう以下の説明のため
に、各チャンネルは、反射回折格子又は地の分散素子
と、関連する光学系と、適当なテデクタを含むと見なさ
れるだろう。

説明の簡単のために、上記スペクトル分析方向指示装置
１０のためのパラメータ及び符号規約が、第２図に示さ
れている。ビーム角度Ａは、上記中心線Ｃ_Ｌに関しての
入射ビームの角度を示すもので、上記中心線Ｃ_Ｌに平行
な基準線Ｒ_Ｃに関して示されている。上記ビーム角度Ａ
は、時計回りの方向が正方向であるものとする。

また、上記中心線Ｃ_Ｌに対して垂直な線に関して、上記
左側反射回折格子１３と上記右側反射回折格子１５はそ
れぞれ、角度Ｇだけ傾けられている。この場合、対称性
並びに適当な分析のために、上記回折格子１３と１５
は、同一の角度Ｇでそれぞれ傾けられているものであ
る。例としては、上記角度Ｇは４５度であることがで
き、特定の光学設計によって、必要とされるように設定
される。

上記左側反射回折格子１３に関連するのは、該回折格子
１３の表面に垂直な線Ｎ_Ｌである。上記左側反射回折格
子１３に関する到来ビームの入射角Ｉ_Ｌは、この垂線Ｎ
_Ｌに関して測定される。上記入射角度Ｉ_Ｌは、時計回り
の方向に於いて正の値を取る。上記左側反射回折格子１
３に関する回折角Ｄ_Ｌも、上記垂線Ｎ_Ｌに関して測定さ
れる。この回折角度Ｄ_Ｌは、反時計回りの方向が正方向
である。

また、上記右側反射折格子１５に関連するのは、該回折
格子１５の表面に垂直な線Ｎ_Ｒである。上記右側反射回
折格子１５に関する到来ビームの入射角Ｉ_Ｒは、この垂
線Ｎ_Ｒに関して測定される。上記入射角度Ｉ_Ｒは、反時
計回りの方向が正方向である。上記右側反射回折格子１
５に関する回折角Ｄ_Ｒも、上記垂線Ｎ_Ｒに関して測定さ
れる。この回折角度Ｄ_Ｒは、時計回りの方向が正方向で
ある。

第２図に於ける上記規約は、反射回折格子の垂線に関し
て対向する側上の（上記垂線に関して測定される）光線
の角度が、反対の正負の符号を持っているというような
ものである。

等しい回折格子傾斜角Ｇを用いると、上記入射角Ｉ_Ｌ及
びＩ_Ｒは、以下のような関係がある。即ち、 Ｉ_Ｌ＝Ｇ＋Ａ …（１） Ｉ_Ｒ＝Ｇ−Ａ …（２） Ｉ_Ｌ＋Ｉ_Ｒ＝２Ｇ …（３） 従つて、視野内の所定の入射ビームのための上記反射回
折格子１３及び１５上の入射角の合計は常に、上記傾斜
角Ｇの２倍に等しい。

第３図には、上記左側反射回折格子１３が示されている
もので、これは以下の適用できる回折格子の式を示すの
に利用される。

上記信号は以下のことを表わしている。即ち、 表 Ｉ Ｉ_Ｌ：入射角，左側 Ｄ_Ｌ：回折角，左側 Ｗ ：波長 ｎ ：回折次数 ｄ ：回折格子上の隣接刻線間隔 上記右側反射回折格子１５に関しても、同様の回折格子
式が適用できる。即ち、 上記記号は以下のことを表わしている。即ち、 表 II Ｉ_Ｒ：入射角，右側 Ｄ_Ｒ：回折角，右側 Ｗ ：波長 ｎ ：回折次数 ｄ ：回折格子上の隣接刻線間隔 コヒーレンス長Ｌのための式は、 である。但し、ΔＷは、放射線のスペクトル帯域幅であ
る。該スペクトル分析方向指示装置が波長とスペクトル
帯域幅の両方の値を生ずることができるので、いくらか
の特定の機器のスペクトル分解能によって設定される上
限内までは、これら測定量からコヒーレンス長を得るこ
とができる。

本実施例の装置１０に於いては、上記反射回折格子１３
及び１５は、ブレーズ角とｍｍ当りの刻線の数に関して
ほぼ合させれている。例としては、上記反射回折格子１
３及び１５のそれぞれは、ｍｍ当り６００本刻線されて
いる。上記反射回折格子１３及び１５は、第１の次数の
回折が優位を示すようにブレーズされている。

上記式（４）及び式（５）から、回折角は、入射角と入
射放射線の波長の両方に依存するということが理解され
る。第３図に示されたような一個の回折格子１３は、そ
れらの２つのパラメータが込入ってミックスされる故
に、入射角と波長の別々の測定のために利用されること
はできない。例えば、１０度のビーム角度で入射する１
０６４ナノメータ（ｎｍ）の波長を持つ到来ビームの回
折角は、−２．７７度のビーム角度で入る６９４ｎｍの
波長を持つ到来ビームの回折角と同じである。

動作に於いては、上記リニァ・デテクタ・アレィ２１及
び２３上のイメージの位置は、当該装置１０の視野内の
光放射線の特質に依存する。入射光がコリメートされて
いる時、回折された光もまたコリメートされる。レーザ
源の場合には、上記デテクタ・アレィ２１及び２３のそ
れぞれの上には、収束されたスポツトが生成される。上
記デテクタ・アレィ上のそれぞれの集束されたスポット
の位置は、前述されたように、ビーム角度と波長の両方
の関数である回折角の測定を提供する。

スペクトル的に広い点放射線源の場合には、それぞれの
デテクタ・アレィ上のイメージは、一個の集束されたス
ポットとはならずに、上記放射線源のスペクトル内容に
よって決定される広がりを持って、それぞれのアレィの
方向に沿って間隔をおいて広がるイメージとなる。それ
ぞれの照射されたデテクタ素子は、回折格子からの回折
の角度と、その回折の角度に於いての小さな間隔との両
方に対応するものであり、その信号レベルがスペクトル
の一部の振幅を表わすこととなる。従って、それらの照
射されたデテクタ素子に含まれる情報を適当に判断すれ
ば、上記点放射線源のスペクトル特性と、視野内におけ
るその角度位置との両方を測定することができる。

ビーム角度（Ａ）及び波長（Ｗ）の値は、以下のように
して、左右の回折角（Ｄ_Ｌ，Ｄ_Ｒ）から決定されること
ができる。即ち、 上記式（７）からビーム角度Ａが決定され、その値が上
記式（８）に代入されて波長Ｗを与える。

第４図は、単軸スペクトル分析方向指示装置のための、
２つの観察された回折角（Ｄ_Ｌ及びＤ_Ｒ）と、波長
（Ｗ）及びビーム角度（Ａ）の対応する値との間の一般
的な関係を示している。この図のカーブは、上記式
（７）及び式（８）を使用して得られたものである。こ
の図に於ける座標は、デテクタ・アレィで観察された２
つの回折角である。プロット自身は、カーブの２つのグ
ループから成る。一方のグループは一定ビーム角度のカ
ーブを含み、他方のグループは一定波長のカーブを含
む。２つの回折角のどのような組合わせも、このプロッ
ト上に位置を確立する。この同様の位置は、波長及び方
向の対応する値を唯一定義する。従って、たった一つの
単色源は、プロット上の一つのスポットを占有する。視
野の種々の部分に配置された多くの同時に存在する単色
源は、プロット上の適当な位置を占有するだろうが、し
かしそれらは、はっきりと分離されるだろう。これらの
単色源が同様の波長のものであるならば、それらは一つ
のそのようなカーブに沿って分布されるだろう。スペク
トル的に広い角度的に小さい放射線源は、一定方向（ビ
ーム角度）の一本の線に沿って分散されるだろうが、し
かし一定波長のカーブの範囲を横切るだろう。波長のこ
の分散は、放射線源のスペクトル帯域幅に対応する。従
って、第４図は、該スペクトル分析方向指示装置の多く
の性能物質を示している。

上記デテクタ・アレィ２１及び２３の素子のそれぞれ
が、それぞれの回折角の指標を提供する故に、適当な較
正及び処理回路でこれらデテクタ・アレィ２１及び２３
上のイメージが利用されて、適正な角度の値が得られ
る。次に、そのような角度の値が利用されて、上記式
（７）及び式（８）に従って、ビーム角度（Ａ）及び波
長（Ｗ）が計算される。

波長及び方向を決定するために照合表を許容することが
できるあまり厳しく分解能を要求しない装置に於いて
は、上記式（７）及び式（８）を利用して、そのような
照合表のための値を発生することができる。また、上記
照合表は、経験的に得られることができる。

上記スペクトル分析方向指示装置１０に於いては、上記
デテクタ・アレィ２１及び２３の素子は、上記反射回折
格子１３及び１５上の刻線に対して平行に配置されてい
る長い素子である。即ち、上記素子の長手方向は、第１
図の平面（紙面）に垂直の方向に延びている。

第５図は、上記デテクタ・アレィ２１の入射側を概略的
に示しており、代表してデテクタ素子２１ａ，２１ｂ及
び２１ｃに参照符号を付している。回折角の変化の方向
が両方向矢印Ｄによって示され、それぞれのデテクタ素
子は関連する回折角を表わしている。それぞれのデテク
タ素子は長く構成され、上記１軸スペクトル分析方向指
示装置１０の軸に直交すると共に関連する反射回折格子
上の刻線に平行であるような軸に関して角度的に置換え
られた放射線源の検出を許す。回折に関して、もっと大
きな角度的な分解能が必要な場合には、より細いデテク
タ素子（即ち、単位回折角当りより多数のデテクタ素
子）を用いれば良い。

上記デデクタ・アレィ２１及び２３の角度的な弦（即
ち、図示矢印Ｄ方向の長さ）及びそれらデテクタ・アレ
ィの素子の角度的な密度（即ち、デテクタ素子の幅）の
ような設計パラメータは、上記スペクトル分析方向指示
装置１０の特定の予期される応用に基づいて容易に決定
されるということが認識されよう。例えば、広スペクト
ル内容を有するコリメートされたもしくはほぼコリメー
トされた光放射線の検出を行うためには、上記光学系１
７及び１９、及びデテクタ・アレィ２１及び２３は、当
該装置の視野のための適当な角度的な弦に適応されなけ
ればならない。その角度的な弦は、視野と関心の放射線
波長の範囲との両方に依存するだろう。

いくらかの一般的な観察が、波長と方向の変化に対する
上記スペクトル分析方向指示装置１０の応答として成さ
れることができる。第２図を参照すると、図示のビーム
角度Ａの場合には、回折角Ｄ_Ｌ及びＤ_Ｒは、低波長Ｗ側
である正方向となる。或る波長Ｗについて考えると、ビ
ーム角度Ａが変化すると、回折角Ｄ_Ｌ及びＤ_Ｒは一方が
正方向、他方が負方向というように反対方向に変化する
こととなるが、しかし回転の方向について見れば、両者
は共に同様の時計回りもしくは反時計回りの方向に変化
することとなる。

また、開示された発明の改良は、回折角（Ｄ_Ｌ及び
Ｄ_Ｒ），ビーム角度（Ａ），及び波長（Ｗ）の間のその
関係に関しての別の観察を提供した。即ち、各波長につ
いて、回折角Ｄ_Ｌ及びＤ_Ｒの合計がほぼ一定値となると
いうことが観察された。従って、回折角の合計から波長
の大まかな近似値を得ることができる。また、回折角の
差（即ち、Ｄ_Ｒ−Ｄ_Ｌ）は波長とはほとんど関係がない
ので、この回折角の差からビーム角度（Ａ）の大まかな
測定値を得ることができる。

第６図は、２軸スペクトル分析方向指示装置２０の平面
図である。該装置２０は、本質的に、互いに直角に配さ
れた２つの１軸スペクトル分析方向指示装置であるとい
うことができる。この装置２０は、左側反射回折格子２
５と右側反射回折格子２７を有している。これら反射回
折格子２５及び２７は、それらの下端がそれぞれの回折
格子の下端部となり且つ両反射回折格子２５及び２７の
下端が平行関係となるように、互いに向けて傾けられて
構成されている。それぞれの回折格子上に設けられた刻
線は、上記下端に対して、及び第６図に複数の線で示さ
れたように、互いに平行である。

上記左側反射回折格子２５は、単純な線で概略的に示さ
れている関連の光学系２９を有している。この光学系２
９は、リニァ・デテクタ・アレィ３１上に像を結ぶもの
である。また、上記右側回折格子２７は、リニァ・デテ
クタ・アレィ３５上に像を造る関連の光学系３３を有し
ている。

上記スペクトル分析方向指示装置２０はさらに、それら
の下端が２つの回折格子の下端であり且つそれら両下端
が互いに平行となるように、互いに向けて傾けて配置さ
れた上方反射回折格子３７及び下方反射回折格子３９を
有している。

上記上方反射回折格子３７は、単純な線で概略的に示さ
れている関連の光学系４１を有し、この光学系４１は、
リニァ・デテクタ・アレィ４３上に像を結ぶものであ
る。また、下方回折格子３９は、リニァ・デテクタ・ア
レィ４７上に像を造る関連の光学系４５を有している。

上記反射回折格子２５，２７，３７，３９は、先端を切
ったピラミッドを形成し、ｍｍ当りの線の数に関して及
びブレーズ角度に関して全て合わせられている。例え
ば、上記回折格子は、第１の次数の回折が優位を占める
ようにブレーズされてる。

上記デテクタ・アレイは、図示の都合上、端に示されて
いる。しかし、デテクタ・アレィの実際の角度的な位置
は、上記光学系の特性及び上記反射回折格子の傾斜角度
を含む異なつたファクタに依存して決定されるだろう。
上記リニァ・デテクタ・アレィのそれぞれは、平面的に
配置され且つ図示されたそれぞれの反射回折格子の下端
に平行に配置された複数の長い素子を含んでいる。即
ち、或るデテクタ・アレィの全ての素子は、第１図の１
軸スペクトル分析方向指示装置１０に関して前述された
ように、その関連する反射回折格子上の刻線に対して平
行である。

上記１軸装置１０のために延べられたように、この２軸
装置２０もまた、上記複数のデテクタ・アレィを接近し
て配置することができるように、多数の広く分離された
光明開口を使用することができる。この配置は、必要な
らば、デテクタのための共通の冷却システムを容易にす
る。

上記２軸スペクトル分析方向指示装置２０は、それぞれ
反射回折格子を持つ４つのチャンネルと、関連する光学
系と、デテクタ・アレィを含むものである。それぞれの
チャンネル及びその関連するリニァ・デテクタ・アレィ
は、第１図の１軸スペクトル分析方向指示装置１０の視
野と同様の装置視野のための適当な角度的な弦を持つだ
ろう。また、上記２軸スペクトル分析方向指示装置２０
は、視野中心線を持つだろう。上記装置の視野は、入力
装置（図示せず）と上記反射回折格子の寸法を含む多数
のファクタに依存するだろう。

例として、左チャンネル（２５，２９，３１）及び右チ
ャンネル（２７，３３，３５）は方位角情報を提供する
と見なされることができ、上方チャンネル（３７，４
１，４３）及び下方チャンネル（３９，４５，４７）は
仰角情報を提供すると見なされることができるだろう。
従つて、上記左側デテクタ・アレィ３１及び右側デテク
タ・アレィ３５は方位角情報を検出し、上方デテクタ・
アレィ４３及び下方デテクタ・アレィ４７は仰角情報を
検出する。

或る軸のための対向するチャンネルの対のそれぞれのた
めに、上記式（７）及び式（８）が解かれて、波長及び
そのような軸に沿ったビーム角度を得ることができる。
従って、波長は重複して測定されることとなる。

上記スペクトル分析方向指示装置２０が波長を重複して
測定する故に、上記チャンネルの一方は取除かれること
ができる。そのような装置に於いては、第１図に示され
たような１軸スペクトル分析方向指示装置１０と、この
１軸装置に直角の他方のチャンネルとを含むように、３
つのチャンネルが配置されることができる。上記１軸装
置は、残りのチャンネルが直交する軸に沿った角度情報
を提供するのに対して、上記１軸に沿った角度情報と共
に波長を測定するために使用される。

２軸装置のための他の構成は、２つのチャンネルが分散
素子としての回折格子を有する単一軸装置に等しいよう
な３つのチャンネルを使用するものである。直交する軸
に沿った方向を測定するためにのみ使用される直角に配
置される第３のチャンネルは、分散素子を必要としな
い。従って、この第３のチャンネルは、回折格子よりは
むしろ鏡のみを必要とする。

また、１２０度の不変間隔を有して対称的に配置された
その個々のチャンネルを持つ３チャンネル装置を構成す
ることができる。しかしながら、そのような３チャンネ
ル装置は、波長と、３つの観察された回折角に関しての
ビーム角度の２つの直交する角度座標とを測定するため
の比較的共通した計算を必要とするだろう。３つの観察
された回折角に関する照合表は、比較的粗い分解能を必
要とする装置のために適当であるだろう。

前述の各装置に於いては、それぞれのデテクタアレィ
は、リニァ（即ち、一次元に沿った検知の可能なもの）
であり、長い素子を有している。そのような長い素子
は、それぞれの長いデテクタ素子の大きなエリアによっ
て付加的な背景放射線が集められてしまうので、雑音等
価放射束密度（Noise Equivalent Irradiance:NEI）を
低くしてしまう。低いＮＥＩが必要とされる又は好まれ
る応用分野に於いては、二次元デテクタ・アレィが利用
されることができる。そのようなデテクタアレィに於い
ては、多数のより短いデテクタ素子が、長いデテクタ素
子の代わりに利用される。第７図は、第５図に示された
上記リニァ・デテクタアレィ２１に対するのと同様に向
けられた二次元デテクタ・アレィ３０を示している。上
記アレィ３０は、３０ａ，３０ｂ，３０ｃ等としてそれ
ぞれ示された複数の短い部分デテクタを含むものであ
る。

二次元デテクタ・アレィ３０が利用される時、図示方法
Ｄのイメージの位置が関心のものであり、角度情報を提
供する。この方向Ｄに対して垂直の方向の位置は、いく
らかの情報を提供するものではあるが、その方向の個々
のデテクタ素子の長さが比較的大きいため、その方向の
分解能は粗いものとなる。

しかしながら、二次元デテクタ・アレィが利用される時
には、デテクタ・チャンネルの数が多くなり、結果とし
てコスト及び複雑性を増加するということに注意される
べきである。

前述されたスペクトル分析方向指示装置１０及び２０に
於いて、回析格子自身は、第１のアクティブな光学面と
して機能する。いくらかの構成に於いては、適当な光学
系を使用して、付加的な放射線を集め、それぞれの反射
回析格子にその放射線をコリメートされたビームとして
向けることができる。例えば、望遠鏡レンズ・システム
が、付加的な集光のために含まれることができる。

前述の記述が、単一の非着色レーザ源に関してなされて
いるとはいえ、本発明のスペクトル分析方向指示装置
は、より複雑な放射線源を確認し判断するための情報を
提供できる。そのような確認及び判断は、感度，応答の
ダイナミック・レンジ，及び応答速度を含むデテクタ・
アレィの適当な能力を必要とするだろう。データ処理装
置は、位置，振幅，立上がり時間，及び継続時間のよう
な特性に関して検出された情報を分析して、種類及び／
又は方向に関して放射線源を判断する。

光放射線源としては、単色レーザの他に、太陽のきらめ
き，チョッピングされた非レーザ源，多数のラインを放
射するレーザ，単一放射線源からの多重反射，及び空間
的に狭いスペクトル的に広い輝き源を含むことができ
る。複雑な光放射線源としては、複数の光放射線源を含
むことができる。異なった放射線源によって提供された
光学情報を識別すること及び判断することは、異なった
放射線源に対するデテクタ・システムの既知の応答に基
かれる。

前述のことは、本発明の特別な実施例の説明及び実例で
あるとはいえ、種々の変更修正が、本発明の意図及び精
神から逸脱することなしに、当業者によって成されるこ
とができることは勿論である。

［発明の効果］ 本発明によれば、本質的にコリメートされた放射線を走
査検出することに頼ることなく、且つ放射線，即ちコヒ
ーレント放射線又は本質的にコヒーレントな放射線とノ
ン・コヒーレント放射線とを識別するように、その放射
線に関する（１）広げられたスペクトル帯域内のその波
長値、（２）広げられた視野内のその方向、及び（３）
そのコヒーレンス長のように、別々に測定されていた量
を同時に測定するスペクトル分析方向指示装置を提供す
ることができる。

また、本発明によれば、本質的にコリメートされた放射
線に応答する有効なスペクトル分析方向指示装置を提供
することができる。

さらに、本発明によれば、本質的にコリメートされた放
射線に応答する頑丈且つ融通性のあるスペクトル分析方
向指示装置を提供することができる。

また、本発明によれば、放射線，即ち本質的にコヒーレ
ントな放射線（例えば、レーザ）もしくはノン・コヒー
レント放射線に応答するスペクトル分析方向指示装置を
提供することができる。

さらに、本発明によれば、本質的にコリメートされた放
射線を検出し、放射線，即ち本質的にコヒーレントな放
射線（例えば、レーザ）とノン・コヒーレント（即ち、
広スペクトルの）放射線とを識別し、且つその放射線が
受信される特定されるがしかし広げられた視野内からそ
の方向を捜当てる、無走査スペクトル分析方向指示装置
を提供することができる。

さらにまた、本発明によれば、コヒーレント又はノン・
コヒーレントであることができ、且つ特定されるがしか
し広げられたスペクトル間隔内のどこかに発生すること
ができる、検出放射線内に含まれる波長値を測定する凝
視スペクトル分析方向指示装置を提供することができ
る。

また、本発明によれば、コリメートされた又は本質的に
コリメートされた放射線に応答し、且つ複数の放射線源
を識別することの可能なスペクトル分析方向指示装置を
提供することができる。

さらに、本発明によれば、乗物に容易に利用されるに足
るだけ頑丈であるスペクトル分析方向指示装置を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従って構成された１軸スペクトル分析
方向指示装置の正面概略図であり、第２図は開示された
スペクトル分析方向指示装置の説明に使用されるパラメ
ータ及び符号規約を示す概略正面図であり、第３図は第
１図の装置に示された反射回析格子の光学性能の一例で
あり、第４図は独立的に且つ同時に観測された回析の２
つの角度間の関係を示す波長及び方向の値に対応するプ
ロットであり、第５図は開示されたスペクトル分析方向
指示装置に利用されるリニァ・デテクタ・アレィの概略
図であり、第６図は本発明に従って構成された２軸スペ
クトル分析方向指示装置の平面概略図であり、第７図は
第１図及第３図に概略的に示されたスペクトル分析方向
指示装置に利用されることができる分裂デテクタ・アレ
ィの概略図である。 １０…１軸スペクトル分析方向指示装置、１１…開口、
１３，２５…左側反射回析格子、１５，２７…右側反射
回折格子、１７，１９，２９，３３，４１，４５…光学
系、２０…２軸スペクトル分析方向指示装置、２１，２
３，３１，３５，４３，４７…リニァ・デテクタ・アレ
ィ、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ…デテクタ素子、３０…二
次元デテクタ・アレィ、３０ａ，３０ｂ，３０ｃ…部分
デテクタ、３７…上方反射回折格子、３９…下方反射回
折子。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コリメートされたもしくは本質的にコリメ
   ートされた入射放射線を受けて分散させる第１のスペク
   トル分散素子を含み、前記入射放射線の波長（Ｗ）と入
   射方向（Ａ）を示す第１の光情報を提供する第１の光学
   手段と、 前記第１の光学手段からの前記第１の光情報を受けるよ
   うに配置され、前記第１の光情報を検出する第１のデテ
   クタ手段と、 前記入射放射線を受けて分散させる前記第１のスペクト
   ル分散素子に関して所定の幾何学的な関係に配置された
   第２のスペクトル分散素子を含み、前記入射放射線の波
   長（Ｗ）と入射方向（Ａ）を示す第２の光情報を提供す
   る第２の光学手段と、 前記第２の光学手段からの前記第２の光情報を受けるよ
   うに配置され、前記第２の光情報を検出する第２のデテ
   クタ手段と、 前記第１及び第２のスペクトル分散素子の前記所定の幾
   何学的な配置関係に基づいて、前記第１及び第２のデテ
   クタ手段で検出された前記第１及び第２の光情報を処理
   することにより、前記入射放射線の波長（Ｗ）並びに入
   射方向（Ａ）を決定する処理手段と、 を具備することを特徴とするスペクトル分析方向指示装
   置。
2. 【請求項２】前記第１のスペクトル分散素子は第１の反
   射回折格子を含み、前記第２のスペクトル分散素子は第
   ２の反射回折格子を含むことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載のスペクトル分析方向指示装置。
3. 【請求項３】前記第１及び第２の反射回折格子は、両回
   折の角度が前記入射放射線の波長（Ｗ）及び入射方向
   （Ａ）を示すような関係に互いに配置されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第２項に記載のスペクトル分
   析方向指示装置。