KR900002116B1 - 스펙트럼 분석 및 방향 표시 시스템 - Google Patents

스펙트럼 분석 및 방향 표시 시스템 Download PDF

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휴우즈 에어크라프트 캄파니
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Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]
스펙트럼 분석 및 방향 표시 시스템
[도면의 간단한 설명]
이제부터 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 장점 및 특징에 대해서 상세하게 기술하겠다.
제 1 도는 본 발명에 따라 제조된 1-축 스펙트럼 분석 및 방향 표시 시스템의 개략 정면도이다.
제 2 도는 본 발명의 검출 시스템을 설명할 때 사용된 파라메터 및 부호를 도시한 개략 정면도이다.
제 3 도는 제 1 도의 시스템내에 도시한 반사 격자들 중 1개의 격자의 광학 성능을 도시한 도면이다.
제 4 도는 독립적으로 동시에 관찰된 2개의 회절각과 파장 및 방향의 대응값들 사이의 관계를 도시한 그래프이다.
제 5 도는 본 발명의 스펙트럼 분석 시스템내에 사용된 선형 검출기 어레이의 개략도이다.
제 6 도는 본 발명에 따라 제조된 2-축 스펙트럼 분석 시스템의 개략 상면도이다.
제 7 도는 제 1 도 및 제 3 도에 개략적으로 도시한 검출 시스템내에 사용될 수 있는 분할된 검출기 어레이의 개략도이다.
[발명의 상세한 설명]
스펙트럼 분석 및 방향 표시 시스템
[발명의 배경]
1. 발명 분야
본 발명은 주로 본래 조준된 방사선을 검출하고, 이 방사선 내의 파장 값을 측정하며, 확장된 시야내의 이 방사선의 소오스에 대한 방향을 결정하고, 본래 간섭성 방사선(예를 들어, 레이저)와 비 간섭성 방사선 사이를 식별하도록 소오스의 간섭 길이를 관찰하기 위한 장치에 관한 것인데, 이 모든 동작은 동시에 한눈에 알아 볼 수 있는 방식으로(즉, 자세히 조사하지 않고서)달성된다.
2. 배경 기술
종래 기술은 간섭성 방사선을 검출하기 위한 다수의 장치를 포함한다. 이러한 종래 기술의 장치들의 예는 다음에 기술되어 있다.
크랜, 쥬니어(Crane, Jr.)에게 허여된 미합중국 특허 제 3,824,018호는 부등(unequal)통로 간섭계를 기술한 것이다. 이 간섭계는 간섭 효과를 변화시킴으로써 재결합 간섭성 방사선의 세기를 변조시키게 되는 2개의 광학 통로의 차이를 변화시키기 위해 자세히 조사한다.
포스터(Foster)등에게 허여된 미합중국 특허 제 4,147,424호는 한쌍의 부분 반사 반사경으로된 간섭성 휠터를 갖고 있는 간섭성 방사선의 존재를 검출하기 위한 시스템을 기술한 것인데, 이 반사경들 사이의 간격은 반사경의 전송　파장을 변화시키기 위해 정현파적으로 변화된다. 출력은 검출된 방사선을 표시하기 위해 설정된 기준신호와 비교된다.
미합중국 특허 제 4,170,416호는 비 간섭성 주위 방사선의 존재시에 간섭성 방사선의 존재를 검출하고, 이러한 간섭성 방사선의 세기, 파장 또는 임계　방향을 결정하기 위한 장치를 기술한 것이다. 이 장치는 상이한 두께의 3개의 영역을 갖고 있는 패브리 페롯 이탈론(Fabry Perot entalon)을 포함한다.
도일(Doyle)에게 허여된 미합중국 특허 제 4,183,669호 및 윌리엄슨(Williamson)등에게 허여된 미합중국 특허 제 4,185,919호는 대물　렌즈 및 홀로그래픽(holographic)렌즈를 사용하는 상한(quadrant)검출 시스템을 기술한 것이다. 홀로그래픽 렌즈는 4개의 상한내의 렌즈 소자들을 갖는데, 각각의 상한은 인접한 광전 검출기의 위치에 대응하는 촛점을 갖고 있다.
포스터에게 허여된 미합중국 특허 제 3,858,201호는 조명　레이저비임이 수신되는 방향을 결정하기 위한 시스템을 기술한 것이다. 이 시스템은 명확한 선 영상으로서 레이저 비임을 접속시키기 위한 원통형 광학 시스템을 포함한다.
시버트(Siebert)에게 허여된 미합중국 특허 제 4,309,108호는 단일 펄스 또는 연속파 방사선으로부터 파장을 식별하고 방사선에 소오스의 상대 각 위치를 결정하기 위한 간섭성 방사선용 분석기를 기술한 것이다. 이 분석기는 최소한 3개의 부등 길이 통로 간섭계 및 이 간섭계들을 통해 전송된 방사선을 검출하기 위한 검출기를 포함한다.
상술한 종래 기술의 장치들은 일반적으로 복잡하고, 종래의 전기 광학 기술 및 자세히 조사하는 수단을 사용하는 기술에 크게 의존하다.
종래 기술의 장치는 방사선의 특성을 측정하기 위한 특징들의 다수의 결합을 나타내지만, 어느것도 융통성이 없고, 자세히 조사할 필요 없이 단일 기구로 결합된 본 발명의 모든 측정하고 광범위한 특징을 갖지 않는다.
[발명의 요약]
그러므로, 본 발명의 목적은 재조정하거나 자세히 조사하지 않고서 본래 조준된 방사선을 검출하고, 이 방사선에 관련하여 간섭성이거나 본래 간섭성이고 비 간섭성인 방사선 사이를 식별하기 위해 (1) 확장된 스펙트럼 대역내에서의 파장 값, (2) 확장된 시야　내에서의 방향, 및 (3) 간섭 길이를 유일하게 결정하는 양을 동시에 측정하는 스펙트럼 분석 및 방향 표시 시스템을 제공하기 위한 것이다. 본 발명의 동작 원리는 적합한 분산성 및 검출 소자들이 존재하는 소정의 스펙트럼 범위(예를들어, 자외선 내지 마이크로파)에 동일하게 적용된다.
또한, 본 발명의 목적은 본래 조준된 방사선에 응답하는 효율적인 스펙트럼 분석 및 방향 표시 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 본래 조준된 방사선에 응답하는 정밀하고 융통성이 있는 스펙트럼 분석 및 방향 표시 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 본래 간섭성(예를 들어, 레이저)이거나 비-간섭성인 방사선에 응답하는 스펙트럼 분석 및 방향 표시 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 본래 조준된 방사선을 검출하고, 본래 간섭성(예를 들어, 레이저) 및 비 간섭성(예를 들어, 스펙트럼적으로 광범위한)인 방사선 사이를 식별하며, 방사선이 수신되도록 지정되거나 확장된 시야내에 방향을 배치시키는 자세히 조사하지 않는 스펙트럼 분석 및 방향 표시 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 부수적인 목적은 간섭성이거나 비 간섭성으로 될 수 있는 검출된 방사선 내에 포함된 파장 값을 측정하고 지정되거나 확장된 스펙트럼 간격내의 어느곳에서도 측정할 수 있는 한눈에 알아 볼 수 있는 스펙트럼 분석 및 방향 표시 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또　다른 목적은 조준되거나 본래 조준된 방사선에 응답하고 다수의 소오스들을 식별할 수 있는 스펙트럼 분석 및 방향 표시 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 차량내에 용이하게 사용되기에 충분히 정밀한 스펙트럼 분석 및 방향 표시 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 상술한 목적들 및 그외의 다른 목적들은 스펙트럼적으로 분산성인 소자, 분석 광학 시스템 및 방사선 검출 장치로 각각 구성되는 1개 이상의 독립 채널들이 뒤따르는 확장된 시야를 각각 갖는 1개 이상의 입력 애퍼츄어를 갖고 있는 스펙트럼 분석 및 방향 표시 시스템내에서 달성된다.
[상세한 설명]
다음에 기술한 설명 및 도면내에서는 동일 소자들에 동일한 참조번호를 붙였다.
본 발명은 여러 종류의 본래 조준된 방사선(예를 들어, 자외선 내지 마이크로파)에 유용하지만, 먼저 단색(예를 들어, 레이저)방사선에 관련하여 본 발명의 시스템을 설명하겠다. 이것은 원리를 이해하는데 도움을 주고 다른 방사선 소오스에 적용될 수 있다.
제 1 도를 참조하면, 애퍼츄어(11), 좌측 반사 격자(13) 및 우측 반사격자(15)를 포함하는 1-축 스펙트럼 분석 시스템(10)이 도시되어 있다. 격자(13 및 15)상의 괘선 (ruling)을 도면의 평면에 직각이다. 이 격자들은 서로를 향해 기울어져 있고 애퍼츄어(11)에 가장 가까운 각각의 연부에서 만난다. 격자(13 및 15)는 애퍼츄어(11)에 직각이고 이 애퍼츄어(11)의 중심을 통과하는 중심선 CL에 관련하여 대칭으로 기울어져 있다. 이 격자(13 및 15)는 블레이즈(blaze) 각 및 mm당 괘선수에 관련하여 정합된다. 격자(13 및 15)의 하부 말단 연부들 및 애퍼츄어(11)의 외주는 FOV(field of view) 중심선 CL주위에 중심을 두는 시야(FOV)를 정한다.
격자(13)은 간단한 렌즈로서 개략적으로 도시한 이에 관련된 분석 광학 시스템(17)을 갖고, 격자(15)도 간단한 렌즈로서 개략적으로 도시한 이에 관련된 분석 광학 시스템(19)을 갖는다. 각각의 광학 시스템(17 및 19)는 각각의 격자(13 및 15)로 부터 회절 광선을 집광 및 집속 시키도록 작용한다. 선형 검출기 어레이(21)은 광학 시스템(17)로 부터 집속 광선을 수신하고, 선형 검출기 어레이(23)은 광학 시스템(19)로 부터 집속 광선을 수신한다. 본 발명의 동작이 검출 장치로서 광 검출기의 선형 어레이를 갖는 것으로 도시되어 있지만, (예를 들어, 사진 건판 또는 광학 십자선과 같은)다른 적합한 검출장치가 본 발명의 일반적인 개념과 일치된다.
반사 격자들이 본 명세서내에 기술되어 있지만, 투과 격자 및 굴절 프리즘과 같은 다른 분산성 소자들이 적합한 광학 시스템 및 검출기 시스템에 사용될 수 있다.
제 1 도에는 스펙트럼 분석 및 방향 표시 시스템(10)에 의해 검출되는 인입 비임의 중심선 CL에 관련하여 각 위치의 한계를 나타내는 비임 B와 다른 비임 B'가 도시되어 있다.
명백하게 알 수 있는 바와 같이, 1-축 시스템(10)은 도면의 평면(즉, 격자의 괘선에 수직한 방향) 내의 격자의 회절 작용에 관련하여 각 정보를 제공한다. 격자의 반사작용에 관련된 (즉, 괘선에 평행한 방향내외) 각 정보도 유용하다. 이러한 각 변위(반사작용)은 분할하지 않고서 검출기 어레이 내의 소자들의 길이를 적합하게 늘임으로써 실제로 측정하지 않고서 시스템의 전체 FOV내로 결합　될 수 있다. 그러나, 이 각 변위들은 검출기 어레이내의 소자들을 적합하게 분할시킴으로써 측정될 수 있다.
분석 광학 시스템(17 및 19)는 반사격자(13 및 15)로부터 방사되는 전체　각 대변을 넘어 회절된 광선을 집광 및 집속시킬 수 있어야 한다. 확장된 FOV(즉, 허용 가능한 입력 비임 각의 대변)과 확장된 스펙트럼 간격(즉, 소오스로부터의 허용 가능한 스펙트럼 값의 범위)는 격자로부터의 각 대변의 가능한 범위에 기여한다. 본래 단색(예를 들어, 레이저로부터의) 방사선이 입사되면, 각각의 검출기 어레이(21 및 23) 상에 비교적 작은 점인 집속 영역이 발생된다. 다음에 기술한 바와 같이, 검출기(21 및 23) 상의 집속 영역의 위치는 인입레이저 비임의 파장 및 방향(각)에 따라 변한다.
제 1 도에 도시한 반사 격자를 기울여 대향하여 배향시키면, 서로에 관련하여 공간적으로 넓게 분리되는 회절 패턴(즉, 검출기 어레이)가 발생된다. 스펙트럼 분석 및 방향 표시 시스템의　다른 실시예에서, 입력 애퍼츄어는 적합한 방식으로 넓게 분리되고, (분석 광학 시스템에 의한 집속후에) 회절 패턴이 서로에 근접하여 발생된다. 이　후자의 배열은 냉각 검출기 어레이용으로 특히 유용한데, 그 이유는 이 어레이가 공통 디워(dewar)의 역할을 할 수 있기 때문이다.
스펙트럼 분석 및 방향 표시 시스템(10)은 각각 분리되고 독립적이며 자체 정보를 각각 발생시키는 2개의 전기 광학 채널을 포함한다. 한 채널을 좌측 반사 격자(13), 광학 시스템(17) 및 검출기 어레이(21)을 포함하고, 다른 채널은 우측 반사 격자(15), 광학 시스템(19) 및 검출기 어레이(23)을 포함한다. 다축 스펙트럼 분석 시스템을 포함하게 되는 다음 설명의 경우에, 채널은 반사 격자 또는 다른 분산성 소자, 이에 관련된 광학 시스템, 및 적합한 검출기를 포함하는 것으로 고찰하겠다.
설명을 쉽게 하기 위해, 스펙트럼 분석 시스템(10)에 대한 파라메터 및 부호들을 제 2 도에 도시하였다. 비임각 A는 중심선 CL에 관련된 입사 비임의 각이고, 중심선 CL에 평행한 기준선 RC에 관련하여 도시되어 있다. 이 비임 각 A는 시계방향으로 정(+)이다.
중심선 CL에 수직한 선에 관련하여, 좌측 반사 격자(13) 및 우측 반사 격자(15)는 각각 각 G로 기울어져 있다. 대칭 및 편리한 분석을 위해, 반사 격자(13 및 15)는 동일 각 G로 각각 기울어져 있다. 일예로서, 각 G는 45°로 될 수 있고, 특정한 광학 설계에 의한 요구에 따라 셋트된다.
격자(13)의 표면에 직각인 선 NL은 좌측 반사 격자(13)에 관련된다. 좌측 반사 격자(13)에 관련된 인입 비임의 입사각 IL은 수직선 NL에 관련하여 측정된다. 각 IL은 시계　방향으로 정(+)이다. 좌측 반사 격자(13)에 관련된 회절 각 DL은 수직선 NL에 관련하여 측정된다. 이 각 DL은 역시계 방향으로 정(+)이다.
격자(15)의 표면에 직각인 선 NR은 우측 반사격자(15)에 관련된다. 우측 반사 격자(15)에 관련된 인입 비임의 입사각 IR은 수직선 NL에 관련하여 측정된다. 이 입사각 IR은 역시계 방향으로 정(+)이다. 우측 반사격자(15)에 관련된 회절각DR은 수직선 NL에 관련하여 측정된다. 이 각 DR은 시계 방향으로 정(+)이다.
제 2 도내에서, 반사 격자에 직각인 대향측상의 (직각에 관련하여 측정된) 광선의　각들은 반대 대수 부호를 갖는다.
격자 경사각 G가 동일한 경우에, 입사각 IL및 IR은 다음과 같이 된다.
IL= G+A (식1)
IR= G-A (식2)
IL+ IR= 2G (식3)
그러므로, FOV내의 소정의 입사 비임의 경우에, 반사 격자(13 및 15)상의 입사각들의 합은 항상 경사각 G의 2배와 동일하다.
제 3 도를 참조하면, 다음의 격자 방정식을 나타내기 위해 사용되는 좌측 반사 격자(13)이 도시되어 있다.
Figure kpo00001
이 식에 사용된 부호들은 다음과 같이 정의된다.
[표 1]
IL: 좌측 반사 격자 상의 입사각
DL: 좌측 반사 격자 상의 회절각
W : 파장
n : 회절차수
d : 격자상의 인접 괘선들 사이의 간격
우측 반사 격자(15)에 관련하여, 유사한 격자 방정식은 다음과 같이 될 수 있다.
Figure kpo00002
이 식에 사용된 부호들은 다음과 같이 정의된다.
[표 2]
IR: 우측 반사 격자 상의 입사각
DR: 우측 반사 격자 상의 회절각
W : 파장
n : 회절차수
d :격자 상의 인접 괘선들 사이의 간격
간섭 길이 L에 대한 표현식은 다음과 같다.
Figure kpo00003
여기서, ΔW는 방사선내의 스펙트럼 대역폭이다. 스펙트럼 분석 및 방향 표시 시스템은 파장과 스펙트럼 대역폭 값을 발생시킬 수 있기 때문에, 간섭 길이가 소정의 특정한 기구의 스펙트럼 분해에 의해 셋트된 상한치내에 있도록 측정량으로부터 얻어질 수 있다.
기술한 시스템(10) 내에서, 반사 격자(13 및 15)는 블레이즈 각 및 mm당 괘선수에 관련하여 거의 정합된다. 일예로서, 각각의 반사 격자(13 및 15)는 mm당 600개 선으로 괘선된다. 반사 격자(13 및 15)는 제 1 차회절이 우세하도록 블레이즈된다.
식 4 및 식 5로부터, 회절각은 입사 방사선의 입사각과 파장에 따라 변한다는 것을 알 수 있다. 제 3 도에 도시한 바와 같은 단일 격자(13)은 입사각 및 파장의 결정을 분리시키기 위해 사용될 수 없는데, 그 이유는 이 2개의 파라메터들이 풀 수없게 혼합되기 때문이다. 예를 들어, 10°의 비임각으로 들어가는 1064nm의 파장을 갖고 있는 인입 비임의 회절각은 -2．77°의 비임각으로 들어가는 694nm의 파장을 갖고 있는 인입 비임의 회절각과 동일하다.
동작시에, 선형 검출기 어레이(21 및 23)상의 영상들의 위치는 검출 시스템(10)의 FOV내의 광선 방사선의 특성에 따라 변하게 된다. 입사 광선이 조준되면, 회절 광선도 조준된다. 레이저 소오스의 경우에는, 각각의 검출기 어레이(21 및 23)상에 촛점이 발생된다. 검출기 어레이 상의 각각의 촛점의 위치는 상술한 바와 같이 비임각과 파장의 함수인 회절각을 측정할 수 있게 한다.
스펙트럼적으로 광범위한 점 소오스의 경우에, 각각의 검출기 어레이상의 영상은 단일　촛점으로 되는 것이 파장 및 방향의 변화에 대한 검출 시스템(10)의 응답으로서 몇가지 일반적인 관찰이 제공될 수 있다. 제 2 도를 참조하면, 소정의 비임각 A의 경우에, 회절각 DL및 DR은 파장(W)의 감소에 따라 정(+)적으로 증가한다. 소정의 파장 W의 경우에, 비임각 A의 변화는 반대의미로 회절각 DL및 DR　을 변화시키지만, 이 회절각들은 동일한 시계 방향 또는 역시계 방향으로 변화한다.
본 발명의 개량점은 회절각(DL, DR), 비임각(A) 및 파장(W) 사이의 관계에 관해서 다른 관찰을 제공한다. 소정의 파장의 경우에는, 회절각(DL과 DR)의 합이 거의 일정하다는 것이 관찰되었다. 그러므로, 회절각의 합은 파장의 대략적인 근사치를 제공할 수 있다. 회절각의 차이(즉, DL- DR)은 대략적으로 파장에 무관하기 때문에 비임각(A)를 대략적으로 측정할 수 있게 한다.
제 6 도를 참조하면, 서로 직각으로 배치된 2개의 1-축 스펙트럼 분석 시스템으로 된 2-축 스펙트럼 분석시스템(20)의 개략　상면도가 도시되어 있다. 이 검출 시스템(20)은 말단 연부들이 격자의 가장 깊은 연부으로 되고 평행하게 되도록 서로를 향해 경사져 있는 좌측 반사 격자(25) 및 우측 반사 격자(27)을 포함한다. 각각의 격자 상의 괘선들은 제 6 도에 선분으로 도시한 바와 같이 말단 염부 및 서로에 평행하다.
좌측 반사 격자(25)는 간단한 렌즈로서 개략적으로 도시되어 있는 관련된 광학 시스템(29)를 갖는다. 이 광학 시스템(29)는 선형 검출기어레이(31)　상에 영상을 비춘다. 우측 격자(27)은 선형 검출기 어레이(35)상에 영상을 비추는 관련된 광학 시스템(33)을 갖는다.
스펙트럼 분석 시스템(20)은 말단 연부들이 2개의 격자들의 가장 깊은 연부들로 되고 평행하게 되도록 서로를 향해 경사져 있는 상부 반사 격자(37) 및 하부 경사 격자(39)도 포함한다.
상부 반사 격자(37)은 간단한 렌즈로서 개략적으로 도시되어 있는 관련된 광학 시스템(41)을 갖는다. 이 광학 시스템(41)은 선형 검출기 어레이(43)상에 영상을 비춘다. 하부 반사 격자(39)는 선형 검출기 어레이(47)상에 영상을 비추는 관련 광학 시스템(45)를 갖는다.
반사 격자(25, 27, 37, 39)는 절두 피라밋을 형성하고, mm당 선의 수 및 블레이즈 각에 관하여 모두 정합된다. 일예로서, 격자들은 제 1 차 회절이 우세하도록 블레이즈 된다.
검출기 어레이는 편의상 연부도로 도시되어 있다. 검출기 어레이의 실제 각 위치들을 광학 시스템의 특성 및 반사 격자의 경사각을 포함하는 상이한 요인들에 따라 변하게 된다. 각각의 선형 검출기 어레이들은 평면내에 배역되고 도시한 각각의 연부들에 평행한 다수의 기다란 소자들을 포함한다. 즉, 특정한 검출기 어레이내의 모든 소자들은 제 1 도의 1-축 스펙트럼 분석 시스템(10)에 관련하여 상술한 바와 같이 이에 관련된 반사 격자 상의 괘선에 평행한다.
1-축 시스템(10)에 대하여 상술한 바와 같이, 2-축 시스템(20)은 검출기 어레이들이 밀접하게 간격을 두고 배치될 수 있도록 몇개의 광범위하게 분리된 광학 애퍼츄어를 사용할 수 있다. 이 배열은 검출기용 공통냉각 시스템을 돕게 되는데, 이것은 꼭 필요한 것이다.
2축 스펙트럼 분석 시스템(20)은 반사 격자, 관련된 광학 시스템 및 검출기 어레이를 각각 갖고 있는 4개의 채널을 포함한다. 각각의 채널 및 이에 관련된 선형 검출기 어레이는 제 1 도의 1-축 검출 시스템(10)의 FOV와 유사하게 되는 시스템 시야에 적합한 각 대변을 갖게 된다. 또한, 2-축 검출기 시스템(20)은 시야 중심선을 갖는다. 이 시스템 FOV는 입력 애퍼츄어(도시하지 않음) 및 반사 격자의 크기를 포함하는 몇가지 요인에 따라 변하게 된다.
일예로서, 좌측 채널(25, 29, 31) 및 우측 채널(27, 22, 35)는 방위 정보를 제공하는 것으로서 간주될 수 있고, 상부 채널(37, 41, 43) 및 하부 채널(39, 45, 47)은 높이 정보를 제공하는 것으로서 간주될 수 있다. 그러므로, 좌측 검출기 어레이(31) 및 우측 검출기 어레이(35)는 방위 정보를 검출하게 되고, 상부 검출기 어레이(43) 및 하부 검출기 어레이(47)는 높이 정보를 검출하게 된다.
한 측에 대한 각각의 대향 채널쌍의 경우에, 식 7 및 식 8　은 이러한 축을 따라 파장 및 비임각을 발생시키도록 풀려질 수 있다. 그러므로, 파장은 여유있게 결정된다.
스펙트럼 분석 시스템(20)이 여유있게 파장을 결정하기 때문에, 채널들 중 한 채널들이 제거될 수 있다. 이러한 시스템내에서, 3개의 채널들은 제 1 도에 도시한 바와 같은 1-축 스펙트럼 분석 시스템(10)을 포함하도록 배열될 수 있고, 다른 채널은 1-축 시스템에 직각으로 된다. 1-축 시스템은 한 축을 따르는 각 정보뿐만 아니라 파장을 결정하기 위해 사용되지만, 나머지 채널은 직교축을 따라 각 정보를 제공하게 된다.
2-축 시스템의 다른 형태는 2개의 채널들이 분산 소자로서 격자를 갖고 있는 단일축 시스템과 등가인 3개의 채널을 사용한다. 직교축을 따르는 방향을 결정하기 위해서만 사용되는, 직각으로 배열된 제 3 채널은 분산 소자를 필요로 하지 않는다. 그러므로, 이 제 3 채널은 격자가 아닌 반사경만을 필요로 하게 된다.
또한, 3-채널 시스템은 120°의 균일 간격으로 대칭 배열된 각각의 채널을 갖는다. 그러나, 이러한 채널 시스템은 3개의 관찰된 회절각에 의해 파장 및 비임각의 2개의 직교 및 좌표를 결정하기 위해 비교적 복잡한 계산을 필요로　한다. 3개의 회절각에 의한 순람표는 비교적 조악한 분해를 필요로 하는 시스템용으로 적합하게 된다.
상술한 시스템내에서, 각각의 검출기 어레이는 선형이고(즉, 단일크기를 따라 감지할 수 있고), 기다란 소자를 갖는다. 이러한 기다란 소자들은 감쇠된 잡음 등가 광휘(Noise Equivalent Irradiance, NEI)를 발생시키는데, 그 이유는 부수적인 배경 방사선이 각각의 기다란 검출기 소자의 넓은 면적 만큼 집속되기 때문이다. 낮은 NEI가 요구되거나 양호한 이 응용시에는, 2-차원 검출 어레이가 사용될 수 있다. 이러한 검출기 어레이내에서는, 기다란 검출기 소자대신에 몇개의 짧은　검출기 소자들이 사용된다. 제 7 도는 제 5 도에 도시한 선형 검출기 어레이(21)과 유사하게 배향되는 2-차원 검출기 어레이(30)을 개략적으로 도시한 것이다. 이 어레이(30)은 30a, 30b, 30c등으로 표시한 다수의 짧은 검출기들을 포함한다.
2-차원 검출기 어레이(30)이 사용되면, 방향 D내의 영상들의 위치는 관심의 대상이 되고 각 정보를 제공한다. D에 수직한 방향내의 위치가 몇가지 정보를 제공할 수 있지만, 분해는 각각의 검출기 소자들의 길이가 비교적 길기 때문에 조악하게 된다.
그러나, 2-차원 검출기 어레이가 사용되면, 검출기 채널수가 증가되어 가격 및 복잡성을 증가시키게 된다.
상술한 스펙트럼 분석 및 방향 표시 시스템(10 및 20)내에서, 격자 자체는 제 1 활성 광학 표면으로서 작용한다. 몇가지 형태에서, 부수적인 방사선을 접속시키고 이 방사선을 조준 비임으로서 각각의 반사 격자상에 보내기 위해 적합한 광학 시스템이 사용될 수 있다. 예를들어, 부수적인 광선 집광을 위해 망원 렌즈 시스템이 포함될 수 있다.
상술한 설명은 일반적으로 단색 레이저 소오스에 관련된 것이지만, 기술한 스펙트럼 분석 시스템은 더욱 복잡한 소오스를 확인 및 해석하기 위한 정보를 제공할 수　있다. 이러한 확인 및 해석은 감도, 응답의 동적 범위 및 응답 속도를 포함하는 검출기 어레이의 적합한 능력을 필요로 하게 된다. 데이타 처리 장치는 위치, 진폭, 상승시간 및형태와 방향에 대해 방사선 소오스를 해석 하는데 걸리는 기간과 같은 특성에 관련하여 검출된 정보를 분석한다.
광학 방사선 소오스는 단색 레이저외에 태양 섬광, 절단된 비-레이저 소오스, 다수의 선을 방사하는 레이저, 단일 소오스로부터의 다수의 반사 광선, 및 공간적으로 좁고 스펙트럼적으로 광범위한 밝은 소오스를 포함할 수 있다. 복잡한 광학 방사선 소오스는 다수의 광학 방사선 소오스를 포함할 수 있다. 상이한 소오스에 의해 제공된 광학 정보의 식별 및 해석은 상이한 소오스들에 대한 검출 시스템의 공지된 응답에 기초를 두게된다．상술한 설명은 본 발명의 특정한 실시예를 설명하고 도시한 것이지만, 본 분야에 숙련된 기술자들은 다음의 청구범위에 의해 정해진 바와 같은 본 발명의 범위 및 원리를 벗어나지 않고서 본 발명을 여러가지로 변형 및 변경시킬 수 있다.

Claims (23)

  1. 조준되거나 본래 조준된 입사 방사선을 수신하기 위한 스펙트럼 분석 및 방향 표시 시스템에 있어서, 제 1 광학 정보를 제공하기 위해 조준되거나 본래 조준된 입사 방사선에 응답하는 제 1 광학장치, 제 2 광학　정보를 제공하기 위해 조준되거나 본래 조준된 입사 방사선에 응답하는 제 2 광학 장치, 및 조준되거나 본래 조준된 입사 방사선의 스펙트럼 크기 및 입사 방향을 나타내는 검출 정보를 제공하기 위해 제 1 및 제 2 광학 정보에 응답하는 검출　장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 분석 및 방향 표시 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 각각의 제 1 및 제 2 광학 장치가 스펙트럼 분산 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 및 방향 표시 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 스펙트럼 분산 소자들이 반사 격자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 분석 및 방향 표시 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 검출 장치가 제 1 광학 정보에 응답하는 제 1 검출기 어레이 및 제 2 광학 정보에 응답하는 제 2 검출기 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 분석 및 방향 표시 시스템.
  5. 조준되거나 본래 조준된 입사 방사선을 수신하기 위한 스펙트럼 분석 및 방향 표시 시스템에 있어서, 제 1 광학 정보를 제공하기 위해 조준되거나 본래 조준된 입사 방사선에 응답하는 제 1 스펙트럼 분산 및 집속　광학 장치, 제 2 광학 정보를 제공하기 위해 조준되거나 본래 조준된 입사 방사선에 응답하는 제 2 스펙트럼 분산 및 집속 광학 장치, 및 제 1 광학 정보에 응답하여 조준되거나 본래 조준된 입사 방사선의 스펙트럼 크기 및 제 1 좌표축에 대한 입사 방향을 나타내는 검출 정보를 제공하고 제 2 광학 정보에 응답하여 제 2 좌표축에 대한 입사 방향을 나타내는 검출 정보를 제공하기 위해 제 1 및 제 2 광학 정보에 응답하는 검출장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 분석 및 방향 표시 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 제 1 광학 장치가 제 1 스펙트럼 분산 소자, 제 1 스펙트럼 분산 소자에 의해 제공된 방사선을 집속시키기 위한 제 1 집속 장치, 제 2 스펙트럼 분산 소자, 및 제 2 스펙트럼 분산 소자에 의해 제공된 방사선을 검출 장치에 집속시키기 위한 제 2 집속 장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 분석 및 방향 표시 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 제 2 광학 장치가 제 3 스펙트럼 분산 소자, 및 제 3 스펙트럼 분산 소자에 의해 제공된 방사선을 검출장치에 집속시키기 위한 제 3 집속 장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 분석 및 방향표시 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서, 각각의 제　1, 제　2, 및 제 3 스펙트럼 분산 소자가　반사격자로　구성되는　것을　특징으로　하는 스펙트럼 분석 및 방향 표시 시스템.
  9. 제 7 항에 있어서, 검출 장치가 각각의 제　1, 제　2, 및 제　3　스펙트럼 분산 소자용의 각각의 검출기 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 분산 및 방향 표시 시스템.
  10. 조준되고 본래 조준된 입사 방사선을 수신하기 위한 스펙트럼 분석 및 방향 표시 시스템에 있어서, 제 1 회절 격자를 갖고 있는 제 1 광학 채널, 및 제 1 및 제 2 회절 격자에 의한 회절로부터 발생되는 회절각이 조준되거나 본래 조준된 입사 방사선의 파장 및 입사 방향을 나타내도록 제 1 회절에 관련하여 배열된 제 2 회절 격자를 갖고 있는 제 2 광학 채널로 구성되는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 분석 및 방향 표시 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서, 제 1 광학 채널이 제 1 검출기 어레이를 포함하고, 제 2 광학 채널이 제 2 검출기 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 분석 및 방향 표시 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서, 제 1 및 제 2 회절 격자가 약 90°의 입사각을 형성하는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 분석 및 방향 표시 시스템.
  13. 조준되거나 본래 조준된 입사 방사선을 수신하기 위한 스펙트럼 분석 및 방향 표시 시스템에 있어서, 조준되거나 본래 조준된 입사 방사선의 스펙트럼 크기 및 입사방향을 나타내는 광학 정보를 제공하기 위해 조준되거나 본래 조준된 입사 방사선에 응답하는 광학 장치, 및 조준되거나 본래 조준된 입사 방사선의 스펙트럼 크기 및 입사 방향을 나타내고 조준되거나 본래 조준된 입사 방사선의 간섭 길이를 나타내는 검출정보를 제공하기 위해 광학 정보에 응답하는 검출 장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 분석 및 방향 표시 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서, 광학 장치가 최소한 2개의 스펙트럼 분산 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 분석 및 방향 표시 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서, 각각의 스펙트럼 분산 소자가 반사 격자인 것을 특징으로 하는 스펙트럼 분석 및 방향 표시 시스템.
  16. 제 13 항에 있어서, 검출 장치가 검출기 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 분석 및 방향 표시 시스템.
  17. 조준되거나 본래 조준된 입사 방사선을 수신하기 위한 스펙트럼 분석 및 방향 표시 시스템에 있어서, 제 1 광학 정보를 제공하기 위해 조준되거나 본래 조준된 입사 방사선에 응답하는 제 1 광학 장치, 제 1 광학 정보를 포함하는 방사선을 집속시키기 위한 제 1 분석 광학 장치, 제 2 광학 정보를 제공하기 위해 조준되거나 본래 조준된 입사 방사선에 응답하는 제 2 광학 장치, 제 2 광학 정보를 포함하는 방사선을 집속시키기 위한 제 2 분석광학 장치, 및 조준되거나 본래 조준된 입사 방사선의 스펙트럼 크기, 입사 방향 및 간섭 길이를 나타내는 검출 정보를 제공하기 위해 제 1 및 제 2 광학 정보를 포함하는 방사선에 응답하는 검출 장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 분석 및 방향 표시 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서, 제 1 광학 장치가 제 1 반사 격자로 구성되고, 제 2 광학 장치가 제 2 반사 격자로 구성되는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 분석 및 방향 표시 시스템.
  19. 제 17 항에 있어서, 검출 장치가 제 1 광학 정보에 응답하는 제 1 검출기 어레이, 및 제 2 광학 정보에 응답하는 제 2 검출기 어레이로 구성되는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 분석 및 방향 표시 시스템.
  20. 조준되거나 본래 조준된 입사 방사선을 수신하기 위한 스펙트럼 분석 및 방향 표시　시스템에 있어서, 균일한 각 간격으로 각각의 축들 사이에 배열된 최소한 2개의 공칭적으로 동일한 독립 광학 채널들로 구성되고, 각각의 채널이 광학 정보를 제공하기 위해 조준되거나 본래 조준된 입사 방사선에 응답하는 광학 장치, 광학 정보를 포함하는 방사선을 집속시키기 위한 분석 광학 장치 및 검출 정보를 제공하기 위해 광학 정보를 포함하는 방사선에 응답하는 검출 장치를 갖고 있으며, 결합물내의 모든 채널들로부터의 검출 정보가 조준되거나 본래 조준된 입사 방사선의 스펙트럼 크기, 입사 방향 및 간섭　길이를 나타내는 정보를 발생시키는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 분석 및 방향 표시 시스템.
  21. 제 20 항에 있어서, 광학 장치가 스펙트럼 분산 소자로 구성되는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 분석 및 방향 표시 시스템.
  22. 제 21 항에 있어서, 스펙트럼 분산 소자가 반사 격자로 구성되는 것을 특징으로 하는 스펙트럼 분석 및 방향 표시 시스템.
  23. 제 20 항에 있어서, 검출 장치가 검출기 어레이로 구성되는 것을 특징으로 하는 스펙트럼분석　및　방향　표시　시스템．　
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