JPH06502483A - 光学的スペクトル分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 光学的スペクトル、分析装置 この発明はデータ受信装置に関するものであシ、特に、光帯域におけるランダム なスペクトルの内容を分析する光電的装置に関するものである。放射エネルギを 受け入れているスペクトルの処理がなされて（分解操作がなされて）、その個別 的なスペクトル成分の決定がなされる。これらは多くの個別的な光電変換装置上 に焦点が結ばれ、これに続けて、光学的スペクトルからの模擬をする電気的デー タを含むようにされる。

多くの応用において、遠隔点間でのデータの伝送が必要とされる。データを伝送 するための最も通常の方法は、電気的な導体と変調された無線周波数信号による ものである。データを伝送するこれらの方法の双方は、電磁的なノイズ、放射、 電光、および、その他の誘導される電気的な影響を受けやすいものである。これ らの問題を克服するために、光学的な伝送媒体についての相当な開発がなされて いるが、これらの方法には、典型的に、変調されたレーザ・ビームおよび光学的 ファイバが組み込まれている。

更に通常になされることは、単一の伝送媒体によって、伝送される信号を多重化 させることである。

典型的には、このような多重化は周知のサンプリング技術を用いて達成されるも のであって、ここに、多くの信号が単一の搬送体に乗せられており、これに続け て、インテリジェント型の受信装置における分離および復調がなされる。このタ イプの信号多重化によれば、送信ステーションおよび受信ステージョンの双方に おいて、複雑化された電子的な機器の使用が一必要とされる。ノイズおよびその 他の干渉の問題は、多重化されたデータ伝送線において加重される。

伝送されているデータが、２進コード化された信号の形式のものであるときには 、この信号の直列的な多重化のために、ある点から他の点まで情報を伝送するこ とができる速度が低くなる。２進信号を並列的に伝送するときには、この時間的 な要因は減縮されるけれども、導体の本数やその他のデータ伝送媒体についての 付随的な増大が必要とされる。

最後に、電子的な装置の多くの応用においては、遠隔点および極めて妨害の多い 環境の下でデータの検出がなされる。例えば、電子的なエンジン制御部ヲ用いる ガス・タービン・エンジンにおいては、温度、マス争エア・フロー（ｍａｓｓ　 ａｉｒ　ｆｌｏｗ）　、速度等のような種々のタービン・パラメータを検出スル こと、および、この検出されたデータを遠隔点に配置された電子的なエンジン制 御部に伝送することが必要とされる。その検出手段および関連のデータ伝送装置 が、エンジンについての妨害の多い温度、振動および圧力の環境の下で信頼性の ある動作が確実に可能であるように、該検出手段はガス・タービンの上またはそ の近傍に配置されねばならない。ＥＭＩ。

ＥＭＰ　その他の誘導される電気的なノイズは、装置の性能を著しく低下きせる 。

従って、ある点から他の点に対する大量のデータの受信が可能な装置であって、 大量のデータを高速で受信することかできて、外部的な影響に対する感度が最小 にされているものを提供する必要性がある。

更に望ましいことは、この機構が小型のものであって、妨害の多い環境に対する 抵抗性が高く、また、妥当なコストをもって製造することができることである。

明らかに、この発明を構成するものは、所定のスペクトル帯域に入るランダムな スペクトル成分ヲ有する光源を受け入れる光学的なスペクトル・データ復調装置 、波長の関数としてビームを分散させて光学的なスペクトルを生成させるための 手段、連断スペクトルの任意の部分を検出するための検出手段、および、該光学 的スペクトルからデジタル・データを生成させるための処理手段である。個別に 変調されたスペクトル要素からなる放射エネルギのビームは、ファイバによる光 学的導体を介して伝送される。

従って、この発明の目的は、改良されたデ〜り受信装Ｒｔ提供することにある。

この発明り別の目的は、変調された信号を受信するために、多重モードのファイ バ媒体を備えたデータ受信装置を提供すること（である。

この発明の別の目的は、入力光ビームを平行にするためのジオデシック曽レンズ （ｇｅｏｄｅｓｉｃ　１ｅｎｓ）を用いて、多重モードの入力信号の分散を防止 するようにされた、このような装置を提供することにある。

この発明の更に別の目的は、ガイドの水平面に対して垂直にされた面内で垂直に 形成された格子部材音用いている装置を提供することにあり、ここに該格子は、 入力源からの平行にされたビームを分散させて連続スペクトルにするものである 。

この発明の更に別の目的は、スペクトルからの個別のカラーについて、検出プレ イ上の特定の点に対して焦点を結ばせるために、曲面リフレクタを用いることに ある。

図面の簡単な説明 この発明のこれらの目的およびその他の目的、および、この発明自体については 、添付の図面に関連させて以下の詳細な説明を考慮することにより、最もよく理 解することができる。

第１図は、この発明による装置の斜視図である。

そして、 第２図は、スペクトル分析装置において光を平行にするための、ライン２１に沿 ってとられたジ−オデシック・し／ズの断面図である。

好適な実施例の説明 まず第１図を参照すると、この発明の原理に従って作成された、光学的なスペク トル・データ・デコード装置１０が示されている。装置１０に備えられた方形の シリコン基板１２には、ガラスのウェーブ・ガイド（導波管）１４が接着されて いる。多重モードのランダムなファイバの光学的導体２８は、ガラスのガイド１ ４の端部１８に堅固に密着されている。光の入力ビーム３０は、光学的なファイ バ３０を通して伝送されて、ウェーブナガイド１４に入れられる。この入力ビー ム３０は、ライン３４および３６で示されているように分散されて、レンズ３２ 上に衝突する。例示の実施例におけるレンズ３２は、第２図に示されているよう なジオデシック・レンズである。ビーム３０はレンズ３２により平行にされてビ ーム３８が形成され、これは次いで分散格子４０上に入射される。ビーム３８は 格子４０によりビーム３８の成分の周波数の関数として分散される。

従って、この分散されたビームを構成するものは、異なる角度で進行している多 くの平行にされた単色ビーム４２．４２′　・・・４２Ｎ、即ち、簡単にいえば スペクトルである。ビーム４２．４２′　・・・４２”は、曲面にされた金属化 （メタライズド）表面−４４（ミラー）に衝突するが、これにより、平行にされ たビーム４２．４２’・・・４２　は、その各々が特有の点に向けて収斂する一 連の単色光束４６．４６′・・・４６Ｎにされる。光束４６．４６”・・・４６ Ｎは、傾斜している反射表面４８により、光ガイド１４から下方に向けられる。

光束４６．４６″・・・４６Ｎは収斂を続行して、ガイド１４の下部で平行する 平面内で焦点を結び、並置された単色点５０．５０′・・・５ＯＮの連続的なラ インを形成する。シリコン基板１２の前記表面に形成されているものは、リニア ・アレイ５２内に配列されている多くの光検出手段であって、該検出手段の個別 のものにより、スペクトルの連続的な帯域の小さい要素を遮るようにされている 。

この光検出手段アレイにおいては、１２８個から４０９６個までの個別の光検出 手段を用いることが可能であって、スペクトル・ラインの分割が、全体的なスペ クトル幅について、１ｔｓから０．０２５％までの増大を下回ることを許容する ようにされている。

広範な１次分散ができて、その他の次元のものとの重なシ合いを防止できるよう にされるとともに、最長の波を観測することが許容されるように、格子の選択が なされる。例えば、９００ないし４５０ナノメータの波長の範囲が選択されたと すると、５５５ナノメータの格子の間隔によりスペクトルが広範に分散すること が許容され、その分散角は次の式によって決定される。

ｍλ／ｄ＝ｓｉｎα＋ｓｉｎβ ここに：ｄ＝格子間隔 この格子間隔により、２次の重なり合いの可能性が更に排除される。

この格子の分解能は、アレイの分解能の２ないし５倍の程度に選択される。従っ て、１０２４個の検出手段によるアレイおよび全体として４５０ナノメータの帯 域幅については、装置の分解能または選択性は０．５ナノメ一タ未満である。４ ，５００個のラジェータ部をもつ格子によれば、λ＝９００ナノメータにおいて 、８２ナノメータの光学的な分解能力がもたらされる。これで必要とされること は、平行にされたビームは少なくとも２．５４ミリメータの幅であシ、カくシて 、１次コリメータ・レンズの焦点距離は少なくとも６．２５ミリメータであるこ とである。

このことは、２０度のファイバにおいてレンズの焦点が該７アイパの端部にある ものからの、所与の角度に基づいている。この特定の場合において、格子の分散 角は約４６度である。

最後に、検出手段の信号についての電気的な信号の処理は、基板１２内に配置さ れている信号処理用の電子的手段によってなされる。

上述されたことから認められるように、この発明によれば、多重モードのファイ バによる光学的な導体と通常の光源とを用いて、遠隔点からのデータのデコード および分析をすることができる、特別に有用な装置が提案される。この装置によ れば、通常の光ビームを多数のスペクトル要素からなるスペクトルに分離する可 能性のために、相当に大量のデータを取り扱うことができる。再び組み合わされ たスペクトルによシデータの並列伝送がなされるが、このことは複雑かつ高価な 多重化回路を必要とせずに行われる。光源、変調手段および分析装置の間の全て の接続がファイバによる光学的な導体によって与えられていることから、この装 置はＥＭＩ％ＥＭＰ　その他の誘導される電気的な影響に対する抵抗性が極めて 高いものである。光学的な要素自体は、物理的および環境的な耐久性が特別に高 い材料で組み立てられていて、これにより、この装置は電子的エンジン制御部の ような妨害の多い環境において用いるのに特に好適である。

この発明の例示および説明は、例示的な実施例に関連してなされたけれども、こ れはこの発明の例示をするものであり、これには限定されないことが理解されよ う。当業者にとって、この発明について多くの修正および付加をすることが可能 であり、このような修正および付加は、この発明の等個物として、次の請求の範 囲に含まれるものと思料されるべきである。

ＦＩＧ、Ｉ ＦＩＧ、２ 補正書の写り、（翻訳文）提出者（％許状第１８４条の８）平成　年　月　日

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. １．ある所定の帯域幅内にランダムなスペクトル成分を有する光ビームを受け入 れるための多重モード式手段、前記光を平行にするためのレンズ、スペクトルを 発生させるために前記ビームを波長の関数として分散させるための分散手段、前 記スペクトルの焦点を生じさせるための反射手段、前記スペクトルの各要素の大 きさを検出するための検出手段、および、該光学的なスペクトルからデジタル・ データを生成させるための処理手段、からなる光学的なスペクトルのリアル・タ イム式分析装置。
2. ２．前記検出手段には複数個の光検出器が含まれており、前記光検出器の個別の ものは、前記スペクトルにおける要素の小さい所定の連続的な帯域を遮るように 配置されている、請求項１の分析装置。
3. ３．前記分散手段は前記光ビームを分散して、並置されたスペクトル要素の帯域 に入れるようにする、請求項２の分析装置。
4. ４．前記光源手段には、光の入力ビームを前記分析装置に結合させるための、多 重モードのフアイバによる光学的左導体が含まれている、請求項３の分析装置。
5. ５．前記フアイバによる光学的な導体から前記光ビームを受け入れて、平行にさ れたビームをこれから形成させるために、光学的に配置された平行にするための ジオデジツク・レンズが更に含まれている、請求項４の分析装置。
6. ６．光ビームをジオデジツク・レンズに向けるべく多重モードのガイドを規定す るための厚いガラスの層（１００μよりも大）が含まれており、前記ジオデジツ ク・レンズは前記ガイド部分を形成している、請求項５の分析装置。
7. ７．前記分散手段には、前記平行にされたビームを受け入れるために、光学的に 配置された前記ガイドに対して垂直の平面内に形成された回折格子が含まれてい る、請求項５の分析装置。
8. ８．前記スペクトルを、並置された単色スペクトル要素の連続的な帝域内で焦点 を結ばせるための、曲面にされたミラーが更に含まれている、請求項７の分析装 置。
9. ９．前記フアイバによる光学的な導体は前記ガイドの端部に密着されている、請 求項８の分析装置。
10. １０．光を検出器アレイ上に向ける第１の反射表面の焦点平面において形成され た第２の反射表面が更に含まれており、また、前記スペクトルを前記検出器に向 けて反射させるように配置されている、請求項９の分析装置。
11. １１．前記光検出器は基板層内に形成された半導体光検出器である、請求項１０ の分析装置。
12. １２．前記検出器アレイを保持する該基板層内には、信号処理用の電子的手段が 含まれている、請求項１１の分析装置。