JPS60237331A - 光フアイバリフオ−マツタを有する広帯域スペクトロメ−タ - Google Patents
光フアイバリフオ−マツタを有する広帯域スペクトロメ−タInfo
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- JPS60237331A JPS60237331A JP60030151A JP3015185A JPS60237331A JP S60237331 A JPS60237331 A JP S60237331A JP 60030151 A JP60030151 A JP 60030151A JP 3015185 A JP3015185 A JP 3015185A JP S60237331 A JPS60237331 A JP S60237331A
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- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
- G01N2021/3531—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis without instrumental source, i.e. radiometric
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野１
本発明はカスの検出同定システムに関するもので、とく
に広帯域スペクトロメータをベースとしたガスの検出同
定システムに係わるものである［従来の技術１ 従来、有毒ガスその他の好ましからぬガスを遠距離で検
出および同定する装置としては、三種類の方式が用いら
れている。 その第一は、いわゆる受動的前方監視赤外
（ＦＬＩＲ）技術−をマルチエレメントフィルタホイー
ルを組み合せて用いたものであり、第二の方式による装
置は、レーザプローブを用いてガス雲を人工的に刺激す
るようにした能動システムである。 さらに第三の方式
による装置は、たとえば走査型マイケルソン干渉計でガ
ス雲を検出するのに用いられている。フーリエ変検分光
法に基づくシステムである。
に広帯域スペクトロメータをベースとしたガスの検出同
定システムに係わるものである［従来の技術１ 従来、有毒ガスその他の好ましからぬガスを遠距離で検
出および同定する装置としては、三種類の方式が用いら
れている。 その第一は、いわゆる受動的前方監視赤外
（ＦＬＩＲ）技術−をマルチエレメントフィルタホイー
ルを組み合せて用いたものであり、第二の方式による装
置は、レーザプローブを用いてガス雲を人工的に刺激す
るようにした能動システムである。 さらに第三の方式
による装置は、たとえば走査型マイケルソン干渉計でガ
ス雲を検出するのに用いられている。フーリエ変検分光
法に基づくシステムである。
に記受動型ＦＬＩＲ型のシステムとしては。
たとえば米国特許第４，３８３，９８？号および第４，
２８０゜０５０号にその記載がある。 化学警報型方向
検出器に３＃のスペクトル帯域通過フィルタを用いるこ
とにより、化学剤の検出を特定のフィルタによって低い
スペクトル解像度で行なうことができる、 この場合、
ＦＬＩＲシステムの帯域通過幅全体は当該フィルタの帯
域通過幅に限定されることとなり、このため全部のフィ
ルタがすべて使用されてはじめて、スペクトル全体が確
定される。
２８０゜０５０号にその記載がある。 化学警報型方向
検出器に３＃のスペクトル帯域通過フィルタを用いるこ
とにより、化学剤の検出を特定のフィルタによって低い
スペクトル解像度で行なうことができる、 この場合、
ＦＬＩＲシステムの帯域通過幅全体は当該フィルタの帯
域通過幅に限定されることとなり、このため全部のフィ
ルタがすべて使用されてはじめて、スペクトル全体が確
定される。
このような装置は整然とした環境では良好にはたらくが
、さまざまな背景や数多くの干渉要因のあるところでは
、たとえば神経ガスと非神経ガスとの区別をつけるのが
困難な場合がある。
、さまざまな背景や数多くの干渉要因のあるところでは
、たとえば神経ガスと非神経ガスとの区別をつけるのが
困難な場合がある。
レーザによる検出方式は能動型レーザプローブ方式に基
づくもので、これについてはｒａｎ Ｌｉｎｅ Ｌａ５
ｅｒ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｇａ５ｅｓＪ （Ｆ
、Ｃ，バーパート、 ＭＩＥＺ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ａ
ＣＨＥ Ｍｅｅｔｉｎｇ、 １９８２）、 ｒＥｔｈｙ
ｌｅｎｅ Ｍａｓｓ Ｆｌｏｖ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎ
ｔｓ ｗｉｔｈ ａｎ ＡｕｔｏｍａｔｉｃＣＯ２Ｌａ
５ｅｒ Ｌｏｎｇ Ｐａｔｈ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ
Ｓｙｓｔｅｍ Ｊ （Ｕ。
づくもので、これについてはｒａｎ Ｌｉｎｅ Ｌａ５
ｅｒ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｇａ５ｅｓＪ （Ｆ
、Ｃ，バーパート、 ＭＩＥＺ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ａ
ＣＨＥ Ｍｅｅｔｉｎｇ、 １９８２）、 ｒＥｔｈｙ
ｌｅｎｅ Ｍａｓｓ Ｆｌｏｖ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎ
ｔｓ ｗｉｔｈ ａｎ ＡｕｔｏｍａｔｉｃＣＯ２Ｌａ
５ｅｒ Ｌｏｎｇ Ｐａｔｈ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ
Ｓｙｓｔｅｍ Ｊ （Ｕ。
パーソン、Ｊ、ヨハンンン、Ｂ、マーシンソン、 Ｓ、
Ｔ、 ’エング、Ａｐｐｌｉｅｄ ０ｐｔｉｃｓ、第２
１巻第２４号 ４４１７−４４２０頁、１９８２年１２
月１５日）、 ｒＬｏｎｇ Ｐａｔｈ Ｌａ５ｅｒ Ｍ
ｏｎ１ｔｏｒ ｏｆ Ｃａｒｂｏｎ Ｍｏｎｏｘｉｄｅ
Ｓｙｓｔｅｍ ＩｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓＪ（Ｌ、Ｗ、
４−ヤ−＝−−、Ｄ、Ｇ、’） ｙ’ｖル、 Ｇ、Ｍ
、７ ス’７−ム、 Ｗ、Ａ、マツクレニ−、Ａｐｐｌ
ｉｅｄ ０ｐｔｉｃｓ、第１８巻第１７号 ３００４−
３００頁、 １８７８年９月）、 ｒＡｂｓｏｒｐｔｉ
ｏｎ 。
Ｔ、 ’エング、Ａｐｐｌｉｅｄ ０ｐｔｉｃｓ、第２
１巻第２４号 ４４１７−４４２０頁、１９８２年１２
月１５日）、 ｒＬｏｎｇ Ｐａｔｈ Ｌａ５ｅｒ Ｍ
ｏｎ１ｔｏｒ ｏｆ Ｃａｒｂｏｎ Ｍｏｎｏｘｉｄｅ
Ｓｙｓｔｅｍ ＩｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓＪ（Ｌ、Ｗ、
４−ヤ−＝−−、Ｄ、Ｇ、’） ｙ’ｖル、 Ｇ、Ｍ
、７ ス’７−ム、 Ｗ、Ａ、マツクレニ−、Ａｐｐｌ
ｉｅｄ ０ｐｔｉｃｓ、第１８巻第１７号 ３００４−
３００頁、 １８７８年９月）、 ｒＡｂｓｏｒｐｔｉ
ｏｎ 。
ｆ ３３９ Ｍｉｃｒｏｎ ）Ｉｅｌｉｕｍ−Ｎｅｏｎ
Ｌａ５ｅｒ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｂｙ Ｍｅｔｈａｎ
ｅ ｉｎ ｔｈｅ ＡｔｍｏｓｐｈｅｒｅＪ （Ｂ、Ｎ
、 ｘドワーズ。
Ｌａ５ｅｒ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｂｙ Ｍｅｔｈａｎ
ｅ ｉｎ ｔｈｅ ＡｔｍｏｓｐｈｅｒｅＪ （Ｂ、Ｎ
、 ｘドワーズ。
Ｄ、Ｅ、バーチ、 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ ０
ｐｔｉｃａｌ ５ｏｃｉｅｔｙ 。
ｐｔｉｃａｌ ５ｏｃｉｅｔｙ 。
ｆ Ａｍｅｒｉｃａ、＠５５巻第２号 ＋７４−１７７
頁、ＩＨ５年２月）、 ｒＢａｔｔｌｅｆｉｅｌｄ Ｌ
ａ５ｅｒｓ ５ｐｏｔ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃ１ｏｕｄ
ｓ」（）ｌｉｇｈ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｍａｇａｚ
ｉｎｅ、 １９８３年１月。
頁、ＩＨ５年２月）、 ｒＢａｔｔｌｅｆｉｅｌｄ Ｌ
ａ５ｅｒｓ ５ｐｏｔ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃ１ｏｕｄ
ｓ」（）ｌｉｇｈ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｍａｇａｚ
ｉｎｅ、 １９８３年１月。
８０頁）等にその関連の記載がある。
次に、走査型マイケルソン干渉計等で神経ガスを検出同
定するのに用いられているフーリエ変換分光法（Ｆ Ｔ
Ｓ ）に基づくシステムは、スペクトル検出速度が高
く感度が良好で、しかも解像度がすぐれているという長
所かある反面、このＦＴＳシステムは波面間の干渉を利
用してはたらくものであるため、光路の誤差許容度を、
当面の対象となる波長の数分の一以内としなければ、断
定的な結果を得ることができないという欠点がある。
定するのに用いられているフーリエ変換分光法（Ｆ Ｔ
Ｓ ）に基づくシステムは、スペクトル検出速度が高
く感度が良好で、しかも解像度がすぐれているという長
所かある反面、このＦＴＳシステムは波面間の干渉を利
用してはたらくものであるため、光路の誤差許容度を、
当面の対象となる波長の数分の一以内としなければ、断
定的な結果を得ることができないという欠点がある。
また温度勾配や機械的応力、あるいは環境の変化等によ
りＦＴＳ出力が悪影響を受ける可能性もあり、さらに干
渉計の機械的誤差や、極低温ん却、過大な重量、あるい
はスペクトル決定に要する電算機処理や過大な電力消費
量等も、ＦＴＳシステムを野外用に用いる場合の欠点と
なる。
りＦＴＳ出力が悪影響を受ける可能性もあり、さらに干
渉計の機械的誤差や、極低温ん却、過大な重量、あるい
はスペクトル決定に要する電算機処理や過大な電力消費
量等も、ＦＴＳシステムを野外用に用いる場合の欠点と
なる。
従来の格子型スペクトロメータについては。
例えば米国特許第３，１４４，４９８号にその記載があ
るが、ここに開示されたスペクトロメータは電磁波ビー
ム形成用の光学計を用いて目標からの電磁波ビームを形
成し、この電磁波ビームの近傍に複数の光学フィルタを
配置し、これらフィルタのうち一個を選んでこれを該電
磁波ビーム中に位置させることにより１選択濾光を行な
う、 かくて濾光されたビームは単色入射スリットに入
射し、この単色入射スリ・、トからの電磁波ビームをコ
リメータにより平行束とする。
るが、ここに開示されたスペクトロメータは電磁波ビー
ム形成用の光学計を用いて目標からの電磁波ビームを形
成し、この電磁波ビームの近傍に複数の光学フィルタを
配置し、これらフィルタのうち一個を選んでこれを該電
磁波ビーム中に位置させることにより１選択濾光を行な
う、 かくて濾光されたビームは単色入射スリットに入
射し、この単色入射スリ・、トからの電磁波ビームをコ
リメータにより平行束とする。
得られた平行束ビームの近傍には複数の光学格子を配置
し、これら格子の各々を格子選択手段を用いて走査位置
に選択的に位置させることにより、入射した電磁波ビー
ムのほぼ全体が格子に入力するようにする。 さらに、
それぞれ選択された格子をスキャナにより適宜の走査角
回転させることにより、］−記複数の格子の各々から所
定の波長を有する電磁波ビームを生成させる。
し、これら格子の各々を格子選択手段を用いて走査位置
に選択的に位置させることにより、入射した電磁波ビー
ムのほぼ全体が格子に入力するようにする。 さらに、
それぞれ選択された格子をスキャナにより適宜の走査角
回転させることにより、］−記複数の格子の各々から所
定の波長を有する電磁波ビームを生成させる。
この所定の波長を右する電磁波ビームは単色入射スリッ
トにより検出器に導かれ、この検出器により、ｌいに分
離されたｈ記波長の入射電磁波ビームの強さをあられす
電気信号が生成されるのである。
トにより検出器に導かれ、この検出器により、ｌいに分
離されたｈ記波長の入射電磁波ビームの強さをあられす
電気信号が生成されるのである。
しかしながら上述のような従来の格子型スペクトロメー
タは、光学素子を変位させる必要があること、与えられ
た時間では狭い帯域内でしか情報が受け取れないこと、
さらに視野の立体角を小さくするためには、コリメータ
光学、ｖ−＋、＝大型の光学素子や長大な焦点距離が必
要である等の欠点をともなうものであった。
タは、光学素子を変位させる必要があること、与えられ
た時間では狭い帯域内でしか情報が受け取れないこと、
さらに視野の立体角を小さくするためには、コリメータ
光学、ｖ−＋、＝大型の光学素子や長大な焦点距離が必
要である等の欠点をともなうものであった。
［発明の目的１
故に大発明の目的は、変位を行なう必要のある光学素子
がほとんど不要であるとともに＃ｉ造が小型、簡単かつ
軽量で、経済性ｌこすぐれ、しかも大量生産に適した広
帯域スペクトロメータを提供することにある。
がほとんど不要であるとともに＃ｉ造が小型、簡単かつ
軽量で、経済性ｌこすぐれ、しかも大量生産に適した広
帯域スペクトロメータを提供することにある。
大発明の第２の目的は、スペクトル走査の全期間中に、
全スペクトル領域の情報をうけとることにより、スペク
トル走査の時間を実質的に短縮することのできる広帯域
スペクトロメークを提供するすることにある。
全スペクトル領域の情報をうけとることにより、スペク
トル走査の時間を実質的に短縮することのできる広帯域
スペクトロメークを提供するすることにある。
大発明の第３の目的は、コリメータの開口数を視野と無
関係に選定することができるようにすることによって、
コリメータを構成する光学計の焦点距離な短縮し、スペ
クトロメータの寸法と〈にその全長を最小とすることに
ある。
関係に選定することができるようにすることによって、
コリメータを構成する光学計の焦点距離な短縮し、スペ
クトロメータの寸法と〈にその全長を最小とすることに
ある。
本発明の第４の目的は、スペクトロメータのスループッ
トエネルギの損失を実質的に低減させることにより、効
率の高い広帯域スペクトロメータを提供するすることに
ある。
トエネルギの損失を実質的に低減させることにより、効
率の高い広帯域スペクトロメータを提供するすることに
ある。
さらに本発明の第５の目的は、神経ガスや一般の産業ガ
ス、および医療関連ガス（生体関連ガス）等の検出およ
び同定に適用しうる広帯域スペクトロメータを提供する
することにある。
ス、および医療関連ガス（生体関連ガス）等の検出およ
び同定に適用しうる広帯域スペクトロメータを提供する
することにある。
１問題点を解決しようとするための手段］このような目
的を達成すべく９本発明は通常の格子型スペクトロメー
タを光フアイバリフオーマツタを用いて小型化すること
により、そのスペクトル検出速度を高めるようにした広
帯域スペクトロメータを提供するものである。
的を達成すべく９本発明は通常の格子型スペクトロメー
タを光フアイバリフオーマツタを用いて小型化すること
により、そのスペクトル検出速度を高めるようにした広
帯域スペクトロメータを提供するものである。
ところで９通常のスペクトロメータにおける光学パラメ
ータを律する基本的な式は、入射開口数（ＮＡ）の出口
開口数（ＮＡ’ ）に対する比である。
ータを律する基本的な式は、入射開口数（ＮＡ）の出口
開口数（ＮＡ’ ）に対する比である。
この比は出口スリットにおける像の高さ （ｈｏ）の入
射スリットにおける像の高さくｈ）に対する比でもあり
、さらには対物光学系の焦点距離 （ｆｏｂｊ）のコリ
メータの焦点距離（ｆｅａｔ）に対する比でもある。
すなわち。
射スリットにおける像の高さくｈ）に対する比でもあり
、さらには対物光学系の焦点距離 （ｆｏｂｊ）のコリ
メータの焦点距離（ｆｅａｔ）に対する比でもある。
すなわち。
ＮＡ／’ＮＡ’ ＝ ｈ ’／ ｈ ＝ ｆ ｏｂｊ
／ ｆ ｃａｌここに、入射開口数（ＮＡ）は与えられ
た視野（立体角をθとする）に対してＮＡ ＝ ｔａｎ
θ／２として定義される。
／ ｆ ｃａｌここに、入射開口数（ＮＡ）は与えられ
た視野（立体角をθとする）に対してＮＡ ＝ ｔａｎ
θ／２として定義される。
一方９通常の格子型スペクトロメータの場合、速度と視
野（ＦＯＶ）とは互いに従属する関係にある。 また開
口数と視野との間の関係は、光フアイバーリフオーマツ
タを用いることにより直接の関係がなくなる。 従って
与えられた視野に対しては、コリメータ光学系の速度が
高くなり、開口数が視野よりも大きいので用いる光学素
子が小型でよいこととなる。 加えて、焦点距離を可変
としたコリメーティングレンズ系を組み合せて用いるこ
とにより、さまざまの立体角の視野を使用可能となる。
野（ＦＯＶ）とは互いに従属する関係にある。 また開
口数と視野との間の関係は、光フアイバーリフオーマツ
タを用いることにより直接の関係がなくなる。 従って
与えられた視野に対しては、コリメータ光学系の速度が
高くなり、開口数が視野よりも大きいので用いる光学素
子が小型でよいこととなる。 加えて、焦点距離を可変
としたコリメーティングレンズ系を組み合せて用いるこ
とにより、さまざまの立体角の視野を使用可能となる。
さらに光フアイバーリフオーマツタ素子を用いることに
よって、スペクトロメータへの入射スリットをどのよう
な形状に−リフォーマットすることも可能となる。 こ
の場合、光フアイバーリフオーマツタの前端面は集光光
学系のフィールドストップ（開口絞り）として作用する
ことになり。
よって、スペクトロメータへの入射スリットをどのよう
な形状に−リフォーマットすることも可能となる。 こ
の場合、光フアイバーリフオーマツタの前端面は集光光
学系のフィールドストップ（開口絞り）として作用する
ことになり。
これにより集光光学系の設計や視野の選定におけるフレ
キシビリティが向上する。
キシビリティが向上する。
さらに焦点面型の検出アレーを用いることにより、従来
のように回折格子ないしは検出構造体を変位させる必要
が皆無となり、走査完了に要する時間を短縮させること
が可能となる。
のように回折格子ないしは検出構造体を変位させる必要
が皆無となり、走査完了に要する時間を短縮させること
が可能となる。
［実施例１
次に図面を参照して本発明の詳細な説明する。 第１図
は本発明の一実施例たるスペクトロメータシステム１０
を示すもので、このスペクトロメータシステム１０は「
能動型」 （レーザプローブ３ 型）検出系やあるいは
「受動型」検出系をそなえた格子型スペクトロメータと
してはたらくもので、レンズ系の各構成素子や、材質２
分散素子、および検出方式等を適宜選定することにより
、所望のスペクトル帯域通過幅で機能するものとするこ
とができる。 このスペクトロメータシステム１０は集
光光学系ないしレンズ系１２（単一のレンズにより代表
して図示する）を含む光学通路を有し。
は本発明の一実施例たるスペクトロメータシステム１０
を示すもので、このスペクトロメータシステム１０は「
能動型」 （レーザプローブ３ 型）検出系やあるいは
「受動型」検出系をそなえた格子型スペクトロメータと
してはたらくもので、レンズ系の各構成素子や、材質２
分散素子、および検出方式等を適宜選定することにより
、所望のスペクトル帯域通過幅で機能するものとするこ
とができる。 このスペクトロメータシステム１０は集
光光学系ないしレンズ系１２（単一のレンズにより代表
して図示する）を含む光学通路を有し。
この光学通路により同定対象物（シーン）１４から発す
る電磁エネルギを集束してビーム（ｒａｄｉａｔｉｏｎ
ｂｅａｍ）とする、 この同定対象物１４は後述のごと
く、ガス雲その他の物理的実体、あるいはその両者であ
る。
る電磁エネルギを集束してビーム（ｒａｄｉａｔｉｏｎ
ｂｅａｍ）とする、 この同定対象物１４は後述のごと
く、ガス雲その他の物理的実体、あるいはその両者であ
る。
光フアイバリフオーマツタ１６は、集光光学系１２から
のビームをうけとって、入射エネルギーをリフオーマッ
トするような位置に置かれる。 かくて光フアイバリフ
オーマツタ１６の後端面はスペクトロメータの光源兼ス
リットとなる。 光ファイ／へりフォーマツタ１６の出
力はコリメーティング光学系１８により平行束となって
、たとえば回折格子２０ （線繊形ないしファイバ形）
等の分散素子に入射する。 この回折格子２０の出力は
対物光学系２２に入射して９分散スペクトルを検出面に
集束させる。 検出面にはフィルム又は焦点面型検出型
アレイ２４が設けられており、これにより入射光のスペ
クトル特性を記録する。
のビームをうけとって、入射エネルギーをリフオーマッ
トするような位置に置かれる。 かくて光フアイバリフ
オーマツタ１６の後端面はスペクトロメータの光源兼ス
リットとなる。 光ファイ／へりフォーマツタ１６の出
力はコリメーティング光学系１８により平行束となって
、たとえば回折格子２０ （線繊形ないしファイバ形）
等の分散素子に入射する。 この回折格子２０の出力は
対物光学系２２に入射して９分散スペクトルを検出面に
集束させる。 検出面にはフィルム又は焦点面型検出型
アレイ２４が設けられており、これにより入射光のスペ
クトル特性を記録する。
光ファイ／ヘリフォーマツタ１Ｂを集光光学系１２と組
み合せて用いることにより、コリメーティング光学系１
８の開口数（ＮＡ）は第２図に示すように視野 （立体
角）とは独立して定まることとなり。
み合せて用いることにより、コリメーティング光学系１
８の開口数（ＮＡ）は第２図に示すように視野 （立体
角）とは独立して定まることとなり。
従ってコリメーティング光学系１８の焦点距離を短く設
定することが可能となり、装置全体の寸法とくにその全
長を最小限とすることができる。 図示の実施例におけ
るリフオーマット型スペクトロメータの視野２６（第２
図）は、光フアイバリフオーマツタ１８の前面の寸法な
らびに形状により定まるもので、このリフオーマツタ１
６の前面がフィールドストップとしてはたらくことによ
って、視野２６の立体角および集光光学系１２の焦点距
離が決定される。 かくてサンプリングされた視野２６
は。
定することが可能となり、装置全体の寸法とくにその全
長を最小限とすることができる。 図示の実施例におけ
るリフオーマット型スペクトロメータの視野２６（第２
図）は、光フアイバリフオーマツタ１８の前面の寸法な
らびに形状により定まるもので、このリフオーマツタ１
６の前面がフィールドストップとしてはたらくことによ
って、視野２６の立体角および集光光学系１２の焦点距
離が決定される。 かくてサンプリングされた視野２６
は。
集光光学系１２の焦点距離が同定であるかあるいは可変
であるかにより、固定または可変とされる。
であるかにより、固定または可変とされる。
電磁エネルギは入射瞳２８に入射して上記集光光学系に
より光フアイバリフオーマツタ１６の前面に集束される
。 図示の開口数３０は集光光学系１２のｆナンバーに
より定まる。 また光フアイバリフオーマツタ１６の後
端面は、この装置のスペクトロメータ部への入射スリッ
トとしての役割を果たすものである。 なお光フアイバ
リフオーマツタ１６を構成する個々の光ファイバは、該
リフオーマツタ１６の入射開口数３０に等しい開口数３
２をもってコリメーティング光学系１８に入射する。
より光フアイバリフオーマツタ１６の前面に集束される
。 図示の開口数３０は集光光学系１２のｆナンバーに
より定まる。 また光フアイバリフオーマツタ１６の後
端面は、この装置のスペクトロメータ部への入射スリッ
トとしての役割を果たすものである。 なお光フアイバ
リフオーマツタ１６を構成する個々の光ファイバは、該
リフオーマツタ１６の入射開口数３０に等しい開口数３
２をもってコリメーティング光学系１８に入射する。
上記構成のスペクトロメータ光学システムは、前記入射
瞳２日が光フアイバリフオーマツタ１６においてテレセ
ンドリンク眸となるようなものである場合に、もっとも
効率的に機能する。 ただし与えられた視野によっては
、集光光学系１２の開口数を増大させ、かつ所要のファ
イバ束寸法を減少させることによって、光フアイバリフ
オーマツタ１Ｂの前面に得られるエネルギ密度をより高
くすることができる。 − 水装置における各構成要素の全長その他の寸法は、究極
的には光ファイ／へその他の光学素子の開口数や、検出
面や個々の光ファイバの限界製作精度により左右される
６ 光ファイバ束の一端において、ある図形にエネルギを収
集し、その他端において別の図形になるようにファイバ
のりフォーマットを行なうことは、コヒーレント光型フ
ァイバ束の場合でも、あるいはインコヒーレント光型フ
ァイバ束の場合でも可能である。
瞳２日が光フアイバリフオーマツタ１６においてテレセ
ンドリンク眸となるようなものである場合に、もっとも
効率的に機能する。 ただし与えられた視野によっては
、集光光学系１２の開口数を増大させ、かつ所要のファ
イバ束寸法を減少させることによって、光フアイバリフ
オーマツタ１Ｂの前面に得られるエネルギ密度をより高
くすることができる。 − 水装置における各構成要素の全長その他の寸法は、究極
的には光ファイ／へその他の光学素子の開口数や、検出
面や個々の光ファイバの限界製作精度により左右される
６ 光ファイバ束の一端において、ある図形にエネルギを収
集し、その他端において別の図形になるようにファイバ
のりフォーマットを行なうことは、コヒーレント光型フ
ァイバ束の場合でも、あるいはインコヒーレント光型フ
ァイバ束の場合でも可能である。
また、コヒーレント光型光ファイバリフオーマツタと２
次元検出アレイを組み合せて用いることにより、スペク
トル情報と空間情報を同時に収集することもできる。
ただしここに言うコヒーレントとは、光ファイバ束を構
成する個々の光ファイバの順次的配列が、焦点面アレイ
に対して順次的に結合する対応関係が既知である （エ
ンコードされている）という意味である。
次元検出アレイを組み合せて用いることにより、スペク
トル情報と空間情報を同時に収集することもできる。
ただしここに言うコヒーレントとは、光ファイバ束を構
成する個々の光ファイバの順次的配列が、焦点面アレイ
に対して順次的に結合する対応関係が既知である （エ
ンコードされている）という意味である。
コヒーレント光型光ファイバフォーマツタ１Ｂのエンコ
ードシーケンスを第３ａ図に示す、もとの同定対象物１
４は、フィールドストップとしての該光フアイバリフオ
ーマツタ１８の前端面１５（第３ａ図）に入射する。
個々の光ファイバの前端面ば、ＡないしＬ行と第１ない
し第１０列とからなるアレイを形成するように配列され
、またその後端面１７における個々のファイバの端面は
スペクトロメータへの入射スリットとしての役割を果た
すスリットにリフオーマットされる。 後端面１７にお
ける個々のファイバの端面は、上端のＡ１７７４７人に
始まり下端のＬＩＯで終る垂直方向スリントを形成する
。
ードシーケンスを第３ａ図に示す、もとの同定対象物１
４は、フィールドストップとしての該光フアイバリフオ
ーマツタ１８の前端面１５（第３ａ図）に入射する。
個々の光ファイバの前端面ば、ＡないしＬ行と第１ない
し第１０列とからなるアレイを形成するように配列され
、またその後端面１７における個々のファイバの端面は
スペクトロメータへの入射スリットとしての役割を果た
すスリットにリフオーマットされる。 後端面１７にお
ける個々のファイバの端面は、上端のＡ１７７４７人に
始まり下端のＬＩＯで終る垂直方向スリントを形成する
。
分散スペクトルは２次元焦点面型検出アレイ２４に入射
する （第３ｂ図）、 この２次元焦点面型検出アレイ
２４はＡ行１列ないしＬ行ｌＯ列の検出素子を有し、各
行の素子の数が、スペクトル領域の解像度を決め、これ
は第３ｂ図に示すように、各光ファイ／へに対して、８
〜１２ミクロンの波長領域にある。 かくて検出アレイ
２４の出力がデコードされ、影像スペクトロメータ２５
（第３Ｃ図）によりスペクトル情報のマツプが表示され
るとともにそのスペクトル情報が保存され、目標の各領
域がそのスペクトル特性から同定されることとなる。
する （第３ｂ図）、 この２次元焦点面型検出アレイ
２４はＡ行１列ないしＬ行ｌＯ列の検出素子を有し、各
行の素子の数が、スペクトル領域の解像度を決め、これ
は第３ｂ図に示すように、各光ファイ／へに対して、８
〜１２ミクロンの波長領域にある。 かくて検出アレイ
２４の出力がデコードされ、影像スペクトロメータ２５
（第３Ｃ図）によりスペクトル情報のマツプが表示され
るとともにそのスペクトル情報が保存され、目標の各領
域がそのスペクトル特性から同定されることとなる。
本実施例では視野の各水平方向区分からスペクトル特性
を得て、これら水平方向区分の垂直方自位置の関数とし
てスペクトロメータの垂直方向変化を表すマツプを得る
ことができる。 フィールドストップに入射する像が光
ファイバ束によってコヒーレントにスリントにリフオー
マットされるようにした場合には、影像システムの解像
度が低くなって目標の各領域がスペクトル的に分散して
しまうこともありうる。 スペクトル的に解像すべき像
のピクセルの大きさは、焦点面アレイにおける検出に必
要なＳ／Ｎ比により定まるものであり、このＳ／Ｎ比は
検出アレイのスペクトル感度や検出度、さらにはスペク
トルビンの幅やインテグレーションタイム等の間数であ
る。
を得て、これら水平方向区分の垂直方自位置の関数とし
てスペクトロメータの垂直方向変化を表すマツプを得る
ことができる。 フィールドストップに入射する像が光
ファイバ束によってコヒーレントにスリントにリフオー
マットされるようにした場合には、影像システムの解像
度が低くなって目標の各領域がスペクトル的に分散して
しまうこともありうる。 スペクトル的に解像すべき像
のピクセルの大きさは、焦点面アレイにおける検出に必
要なＳ／Ｎ比により定まるものであり、このＳ／Ｎ比は
検出アレイのスペクトル感度や検出度、さらにはスペク
トルビンの幅やインテグレーションタイム等の間数であ
る。
視野を考慮の対象域全体にわたって移動させた場合には
、同定対象物の、ある特定の領域が。
、同定対象物の、ある特定の領域が。
横分散方向の相異なる位置にスペクトル的に分散して現
われる。 従ってインテグレーションタイムを適宜の値
に選定し、かつ適当な信号処理を行なうことにより上記
特定の領域のトラッキングを行ない、さらに信号を時間
遅れインテグレーション状態でπいに加えることによっ
て、Ｓ／Ｎ比を向上させることが可能となる。
われる。 従ってインテグレーションタイムを適宜の値
に選定し、かつ適当な信号処理を行なうことにより上記
特定の領域のトラッキングを行ない、さらに信号を時間
遅れインテグレーション状態でπいに加えることによっ
て、Ｓ／Ｎ比を向上させることが可能となる。
また所要のスペクトル帯域通過幅（３ないし５ミクロン
および８ないし１２ミクロン）で感応する検出面アレイ
２６と２６′（第４図）を適正な回折角２７と２８で配
置することにより、視野の相異なる領域を視認する多帯
域システムが形成される。
および８ないし１２ミクロン）で感応する検出面アレイ
２６と２６′（第４図）を適正な回折角２７と２８で配
置することにより、視野の相異なる領域を視認する多帯
域システムが形成される。
本発明による装置をインコヒーレント光型で実施する場
合は、光フアイバ束内の個々のファイバの位置を知って
おく必要がなく、これ以外の点では光フアイバリフオー
マツタは上記実施例におけると同様としてよいが、ただ
しこの場合は空間情報は失われる。 このようなインコ
ヒーレント光型スペクトロメータシステムを用いること
により、入射エネルギのスペクトロメータに対する結合
をより効率よく行ない得るようにＳ／Ｎ比を向上させ、
小視野での高速化を図り、かつ焦点面検出アレイのイン
テグレーションタイムを短縮すること等が可能となる。
合は、光フアイバ束内の個々のファイバの位置を知って
おく必要がなく、これ以外の点では光フアイバリフオー
マツタは上記実施例におけると同様としてよいが、ただ
しこの場合は空間情報は失われる。 このようなインコ
ヒーレント光型スペクトロメータシステムを用いること
により、入射エネルギのスペクトロメータに対する結合
をより効率よく行ない得るようにＳ／Ｎ比を向上させ、
小視野での高速化を図り、かつ焦点面検出アレイのイン
テグレーションタイムを短縮すること等が可能となる。
なお前記の実施例における光フアイバリフオーマツタ
１Ｂ（第２図）は、スリット状の後端面に対する前端面
を円形とすることにより、高速化およびスペクトル純度
の向上を図るようにしている。
１Ｂ（第２図）は、スリット状の後端面に対する前端面
を円形とすることにより、高速化およびスペクトル純度
の向上を図るようにしている。
次に第５ａ図および第５ｂ図に示す構成においては、光
ファイバリフオーマフタ１６はその後端面１７を長方形
ないしは正方形として電磁エネルギが。
ファイバリフオーマフタ１６はその後端面１７を長方形
ないしは正方形として電磁エネルギが。
一連の単色スリットとしての、コリメーティング光学形
１８９回折格子２０および対物光学系２２を通過して、
検出面２３に到達するようにしである。 しかして検出
面２３には２次元焦点面アレイ２Ｂおよびリニア焦点面
アレイ２６°のいずれかを選択的に配置する２ この場
合いずれを選択するかは、入射スリットの形状のいかん
による。 すなわち、入射スリットの形状を長方形とし
た場合には２次元焦点面プレイ２Ｂを使用し、入射スリ
ットの形状を正方形とした場合にはリニア焦点面アレイ
２８°を用いるようにする。 かくて２次元焦点面アレ
イ２Ｂを用いた場合には、スペクトルは列方向（入１な
いし入Ｎ）に検出され、各行方向素子は互いに加えられ
て各スペクトル色に対するＳ／Ｎ比を向上させることと
なるが９リニア焦点面アレイ２６゜を使用した場合には
、スペクトル検出に際しての質的向上は望めない。
１８９回折格子２０および対物光学系２２を通過して、
検出面２３に到達するようにしである。 しかして検出
面２３には２次元焦点面アレイ２Ｂおよびリニア焦点面
アレイ２６°のいずれかを選択的に配置する２ この場
合いずれを選択するかは、入射スリットの形状のいかん
による。 すなわち、入射スリットの形状を長方形とし
た場合には２次元焦点面プレイ２Ｂを使用し、入射スリ
ットの形状を正方形とした場合にはリニア焦点面アレイ
２８°を用いるようにする。 かくて２次元焦点面アレ
イ２Ｂを用いた場合には、スペクトルは列方向（入１な
いし入Ｎ）に検出され、各行方向素子は互いに加えられ
て各スペクトル色に対するＳ／Ｎ比を向上させることと
なるが９リニア焦点面アレイ２６゜を使用した場合には
、スペクトル検出に際しての質的向上は望めない。
検出アレイを小型化するについて製作上の制約がある場
合には、第２のファイバ束２７（第５ｂ図）を当該検出
アレイ前方の焦点面２３に配置すればよく、この第２の
ファイバ束２７がテーパつきファイバ拡大器（ＡＩ＜Ａ
２）としての役割を果たし、より薄いそのスリットがス
ペクトロメータの出力スリットとしてはたらくことによ
り、解像度を高めることが可能となる。
合には、第２のファイバ束２７（第５ｂ図）を当該検出
アレイ前方の焦点面２３に配置すればよく、この第２の
ファイバ束２７がテーパつきファイバ拡大器（ＡＩ＜Ａ
２）としての役割を果たし、より薄いそのスリットがス
ペクトロメータの出力スリットとしてはたらくことによ
り、解像度を高めることが可能となる。
次に第６図に示す実施例は、複数の検出アレイ２８．２
６°を二叉状の光フアイバリフオーマツタ１６と組み合
せて用いたもので、これら複数の検出アレイ２８．２８
°はそのスペクトルビンが互いに整合関係にあるように
配置され、かくすることにより、出力スリットの高さ寸
法を増大させるようにしたものである。 本実施例にお
いては、スペクトルビンの高さに沿う面積の増大した検
出アレイの信号を互いに加えることにより、Ｓ／Ｎ比を
改善することができる。
６°を二叉状の光フアイバリフオーマツタ１６と組み合
せて用いたもので、これら複数の検出アレイ２８．２８
°はそのスペクトルビンが互いに整合関係にあるように
配置され、かくすることにより、出力スリットの高さ寸
法を増大させるようにしたものである。 本実施例にお
いては、スペクトルビンの高さに沿う面積の増大した検
出アレイの信号を互いに加えることにより、Ｓ／Ｎ比を
改善することができる。
第７図において、検出アレイ２６の各構成素子の出力は
増幅器４２により動作レベルにまで増幅される。 この
増幅器４２にはＡ／Ｄコンバータ４４が接続され、該増
幅器のアナログ出力のディジタル化を行なう、Ａ／Ｄコ
ンバータ４４には選択回路４８か接続され、この選択回
路４６はさらにデータプロセッサ４８の制御レジスタ端
子に接続される。
増幅器４２により動作レベルにまで増幅される。 この
増幅器４２にはＡ／Ｄコンバータ４４が接続され、該増
幅器のアナログ出力のディジタル化を行なう、Ａ／Ｄコ
ンバータ４４には選択回路４８か接続され、この選択回
路４６はさらにデータプロセッサ４８の制御レジスタ端
子に接続される。
」−記選択回路４４はデータプロセッサ４８により制御
されて、まずインターフェアラント （干渉成分）を含
まない同定対象物１４のパンクグランドのスペクトル川
ディジタル化信号（第８Ｃ図）をメモリ５０に入力し、
つぎにこれらの信号を比較器５２に供給して、同定対象
物１４ （第８ａ図）のインターフェアラントを含む増
に検出中のディジタル化信号（第８ｂ図）と比較する。
されて、まずインターフェアラント （干渉成分）を含
まない同定対象物１４のパンクグランドのスペクトル川
ディジタル化信号（第８Ｃ図）をメモリ５０に入力し、
つぎにこれらの信号を比較器５２に供給して、同定対象
物１４ （第８ａ図）のインターフェアラントを含む増
に検出中のディジタル化信号（第８ｂ図）と比較する。
データプロセッサ４８はこの比較器５２に接続され、
上記インターフェアラントの抽出スペクトル（第８ｄ図
）を受け取って。
上記インターフェアラントの抽出スペクトル（第８ｄ図
）を受け取って。
そのメモリ内に含まれる既知のスペクトルと当該抽出ス
ペクトルとの突き合せを行なって９次に取るべき動作た
とえば警報を発する等の決定を行なう。
ペクトルとの突き合せを行なって９次に取るべき動作た
とえば警報を発する等の決定を行なう。
以上本発明の実施例につき各種説明してきたが９本発明
による方法および装置はこれら実施例に限定されるもの
でなく、記載の実施例に適宜各種の追加ないし変更を加
えてもよいことはいうまでもない。
による方法および装置はこれら実施例に限定されるもの
でなく、記載の実施例に適宜各種の追加ないし変更を加
えてもよいことはいうまでもない。
［発明の効果１
上記のように本発明による広帯域スペクトロメータ装置
は、与えられた視野に対して開口数を視野よりも大きく
することができるため、コリメータ光学系の速度が高く
なり、用いる光学素子も小型化されるとともに、焦点距
離を可変としたコリメーティングレンズ系を組み合せて
用いることにより、さまざまの立体角の視野が使用可能
となる。 さらに光フアイバリフオーマツタを用いるこ
とによって、スペクトロメータへの入射スリットをどの
ような形状にリフオーマットすることも可能となり、こ
の場合該リフオーマツタの前端面が集光光学系の開口絞
りとして作用することにより、集光光学系の設計や視野
の選定におけるフレキシピリティが向上するという効果
がある。 さらに焦点面型の検出アレイを用いることに
より。
は、与えられた視野に対して開口数を視野よりも大きく
することができるため、コリメータ光学系の速度が高く
なり、用いる光学素子も小型化されるとともに、焦点距
離を可変としたコリメーティングレンズ系を組み合せて
用いることにより、さまざまの立体角の視野が使用可能
となる。 さらに光フアイバリフオーマツタを用いるこ
とによって、スペクトロメータへの入射スリットをどの
ような形状にリフオーマットすることも可能となり、こ
の場合該リフオーマツタの前端面が集光光学系の開口絞
りとして作用することにより、集光光学系の設計や視野
の選定におけるフレキシピリティが向上するという効果
がある。 さらに焦点面型の検出アレイを用いることに
より。
従来のように回折格子ないしは検出構造体を変位させる
必要が皆無となるため、走査完了に要する時間を短縮さ
せることが可能となる等という効果も得られる。
必要が皆無となるため、走査完了に要する時間を短縮さ
せることが可能となる等という効果も得られる。
第１図は本発明の要旨を構成する広帯域スペクトロメー
タを示す概略斜視図、第２図は第１図の実施例における
視野および開口数を拡大して示す概略斜視図、第３ａ図
ないし第３Ｃ図は第１図に示す実施例における光ファイ
／ヘリフォーマツタをコヒーレント光型として２次元型
検出アレイを用いた場合に適用しうるエンコードシーケ
ンスを示す説明図、第４図は本発明による装置を多帯域
スペクトロメータとした場合の構成の一部を示す概略斜
視図、第５ａ図および第５ｂ図は検出アレイをマルチプ
ルスリットとして機能させることにより、スペクトルの
インテグレーションタイムを短縮し。 かつ個々の光学素子自体を何ら変位させる必要がないよ
うにした検出アレイの構成を示す概略斜視図、第６図は
本発明による装置に複数の検出アレイを適用した場合の
実施例を示す概略斜視図、第７図は本発明による装置に
おける検出アレイの出力を処理する信号処理回路の構成
を示すブロックダイヤグラム、第８ａ図ないし第８ｄ図
は本発明による広帯域スペクトロメータの動作態様およ
びその結果えられる各種信号の波形を示す図である。 １２、 、 、 、 、集光光学系。 ＋４． 、 、 、 、同定対象物（シーン）。 ＩＩ（、、、、、光フアイバリフオーマツタ。 １８、 、 、 、 、コリメーティンク光学系。 ２０、 、 、 、 、回折格子。 ２２、 、 、 、 、対物光学系。 ２４、 、 、 、 、 ２次元焦点面型検出アレイ。 ２５、、、、 、影像スペクトロメータ。 ２８、２６° ０．焦点面アレイ。 ｈ’ｇ・Ｊｏ ０ ｈ’ｇ、、３ｃ ｈり、６
タを示す概略斜視図、第２図は第１図の実施例における
視野および開口数を拡大して示す概略斜視図、第３ａ図
ないし第３Ｃ図は第１図に示す実施例における光ファイ
／ヘリフォーマツタをコヒーレント光型として２次元型
検出アレイを用いた場合に適用しうるエンコードシーケ
ンスを示す説明図、第４図は本発明による装置を多帯域
スペクトロメータとした場合の構成の一部を示す概略斜
視図、第５ａ図および第５ｂ図は検出アレイをマルチプ
ルスリットとして機能させることにより、スペクトルの
インテグレーションタイムを短縮し。 かつ個々の光学素子自体を何ら変位させる必要がないよ
うにした検出アレイの構成を示す概略斜視図、第６図は
本発明による装置に複数の検出アレイを適用した場合の
実施例を示す概略斜視図、第７図は本発明による装置に
おける検出アレイの出力を処理する信号処理回路の構成
を示すブロックダイヤグラム、第８ａ図ないし第８ｄ図
は本発明による広帯域スペクトロメータの動作態様およ
びその結果えられる各種信号の波形を示す図である。 １２、 、 、 、 、集光光学系。 ＋４． 、 、 、 、同定対象物（シーン）。 ＩＩ（、、、、、光フアイバリフオーマツタ。 １８、 、 、 、 、コリメーティンク光学系。 ２０、 、 、 、 、回折格子。 ２２、 、 、 、 、対物光学系。 ２４、 、 、 、 、 ２次元焦点面型検出アレイ。 ２５、、、、 、影像スペクトロメータ。 ２８、２６° ０．焦点面アレイ。 ｈ’ｇ・Ｊｏ ０ ｈ’ｇ、、３ｃ ｈり、６
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （１） 電磁波を分散させるためのスペクトロメータ手
段を有する広帯域スペクトロメータ装置において、スペ
クトロメータの寸法を実質的に減少させ、かつ装置の動
作速度を増大させる小型化手段を前記スペクトロメータ
手段に作動的に含めてなることを特徴とする野外用広帯
域スペクトロメータ装置。 （２） 前記小型化手段はこれをファイバオプティック
スリフオーマツタにより構成した特許請求の範囲第１項
に記載の広帯域スペクトロメータ装置（３） 前記ファ
イバオプティックスリフオーマ７りは、フィールドスト
ップを形成する前端面と。 前記スペクトロメータ手段のための入射スリットを形成
する後端面とを有するようにした特許請求の範囲第２項
に記載の広帯域スペクトロメータ装置。 Ｃ４） 前記ファイバオプティ・ンクスリフォーマッタ
は、第一の所定の形状を有する光ファイバ束を構成すべ
く形成された第一の端面と第二の所定の形状を呈するべ
く形成された第二の端面とを有する複数本の光ファイバ
を含むようにした特許請求の範囲第３項に記載の広帯域
スペクトロメータ装置。 （５） 目標から発する電磁エネルギを視認してその電
磁エネルギをビーム状とする集光光学手段と、この電磁
エネルギのビームを受け取ってこれを平行束とすべく作
動的に配置したコリメーティング光学手段と、この平行
束ビームを受け取ってこれを分散スペクトルに変換すべ
く作動的に配置した回折格子手段と、この分散スペクト
ルを受け取ってこの分散スペクトルを検出面に集束させ
るべく作動的に配置した対物光学手段と、該検出面に配
置されて前記分散スペクトルの検出を行なうべくした検
出手段とを有する広帯域スペクトロメータ装置において
、前記コリメーティング光学手段に入射するビームのり
フォーマットを行なうファイバオプティックスリフオー
マツタを設けて、このファイバオプティックスリフオー
マツタを前記集光光学手段と前記コリメーティング光学
手段との間に作動的に配置することにより、前記電磁エ
ネルギービームを受け取って開口数と視野との間の直接
的な関係を解消させるようにするとともに、前記リフォ
ーマツタ手段はフィールドストップおよびスペクトロメ
ータの入射スリヅトをそれぞれ形成する第一および第二
の端面を有するようにしたことを特徴とする広帯域スペ
クトロメータ装置。 （６） 前記ファイバオプティックスリフオーマツタは
光ファイバ束を有してなる特許請求の範囲第５項に記載
の広帯域スペクトロメータ装置。 （７） 前記光ファイバ束はこれをコヒーレント光型光
ファイバ束とした特許請求の範囲第６項に記載の広帯域
スペクトロメータ装置。 （８） 前記光ファイバ束はこれをコヒーレント光型光
ファイバ束とするとともに、前記検出手段はこれを２次
元焦点面アレイとして構成することによりスペクトル情
報および空間情報を保持するようにした特許請求の範囲
第６項に記載の広帯域スペクトロメータ装置。 （３） 前記光ファイバ束はこれをインコヒーレント光
型光ファイバ束とすることにより、入射エネルギのスペ
クトロメータに対する結合をより効率よく行ない得るよ
うにするとともに、小視野での高速化を１丁能とするよ
うにした特許請求の範囲第６項に記載の広帯域スペクト
ロメータ装置。 （１０）前記ファイバオプティックスリフオーマツタは
これを二叉状の光ファイノへ束により構成するとともに
、前記検出手段はこれを複数の検出アレイにより構成し
、これらアレイのスペクトルビンが互いに整合関係にあ
るように配置することにより、出力スリットの高さ寸法
を実質的に増大させるようにした特許請求の範囲第５項
に記載の広帯域スペクトロメータ装置。 （１１）前記検出アレイのスペクトルビンの高さに沿う
面積の増大した検出アレイの信号を互いに加えることに
よりＳ／Ｎ比を向上させるようにした＃許請求の範囲第
１０項に記載の広帯域スペクトロメータ装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US581950 | 1984-02-17 | ||
| US06/581,950 US4678332A (en) | 1984-02-21 | 1984-02-21 | Broadband spectrometer with fiber optic reformattor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60237331A true JPS60237331A (ja) | 1985-11-26 |
Family
ID=24327244
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60030151A Pending JPS60237331A (ja) | 1984-02-21 | 1985-02-18 | 光フアイバリフオ−マツタを有する広帯域スペクトロメ−タ |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
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| IL (1) | IL74062A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4822998A (en) * | 1986-05-15 | 1989-04-18 | Minolta Camera Kabushiki Kaisha | Spectral sensor with interference filter |
| JP2000509830A (ja) * | 1997-04-04 | 2000-08-02 | ジェイ・エイ・ウーラム・カンパニー・インコーポレイテッド | フォトアレイ検出器を備える回帰較正による回転補正器型分光エリプソメータシステム |
| JP2014522963A (ja) * | 2011-06-24 | 2014-09-08 | トルネード メディカル システムズ，インコーポレイテッド | アナモルフィックビーム拡張分光器 |
| JP2015055480A (ja) * | 2013-09-10 | 2015-03-23 | 株式会社島津製作所 | 分光測定装置 |
| JPWO2022220145A1 (ja) * | 2021-04-13 | 2022-10-20 |
Families Citing this family (57)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4845552A (en) * | 1987-08-20 | 1989-07-04 | Bruno Jaggi | Quantitative light microscope using a solid state detector in the primary image plane |
| EP0343018A3 (en) * | 1988-05-20 | 1990-12-19 | Research Development Corporation Of Japan | Spectroscopes |
| US4923276A (en) * | 1989-02-13 | 1990-05-08 | Teledyne Industries, Inc. | Tapered optical fiber telescope, tracking system apparatus and method incorporating tapered optical fiber telescopes |
| US5050992A (en) * | 1990-04-13 | 1991-09-24 | Hughes Aircraft Company | Dispersive holographic spectrometer |
| US5231461A (en) * | 1991-12-09 | 1993-07-27 | Hughes Danbury Optical Systems, Inc. | Solar monochromator for filter calibration |
| US5369276A (en) * | 1992-07-01 | 1994-11-29 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Method and system for real-time wavelength identification for infrared detectors |
| EP0767361B1 (en) * | 1993-07-22 | 2000-02-23 | Applied Spectral Imaging Ltd. | Method and apparatus for spectral imaging |
| US5568186A (en) * | 1993-11-15 | 1996-10-22 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Focal plane filtered multispectral multidetector imager |
| DE19528960C2 (de) * | 1995-08-08 | 1997-07-17 | Eltro Gmbh | Verfahren und Einrichtung zur Fernmessung von Luftschadstoffen |
| US5724135A (en) * | 1996-03-27 | 1998-03-03 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Hyper-spectral imaging using rotational spectro-tomography |
| US5675411A (en) * | 1996-05-10 | 1997-10-07 | General Atomics | Broad-band spectrometer with high resolution |
| GB2320155B (en) | 1996-12-03 | 2000-11-01 | Chelsea Instr Ltd | Method and apparatus for the imaging of gases |
| US6097859A (en) | 1998-02-12 | 2000-08-01 | The Regents Of The University Of California | Multi-wavelength cross-connect optical switch |
| DE19728966C2 (de) * | 1997-03-25 | 1999-03-18 | Optomed Optomedical Systems Gmbh | Bildgebendes Spektrometer |
| US6188705B1 (en) | 1997-05-16 | 2001-02-13 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Fiber grating coupled light source capable of tunable, single frequency operation |
| ATE249033T1 (de) * | 1997-07-01 | 2003-09-15 | Optomed Optomedical Systems Gmbh | Bildgebendes spektrometer |
| DE19835094A1 (de) * | 1998-07-24 | 2000-02-03 | Inst Chemo Biosensorik | Vorrichtung zur Spektralmessung von Objekten |
| US6587198B2 (en) * | 2001-03-02 | 2003-07-01 | Michael Cohnitz Olshausen | Compact, solar spectrometer with sub-one-third angstrom resolution, faint-light compensation, and infrared and ultraviolet suppression |
| US7238942B2 (en) * | 2001-05-02 | 2007-07-03 | Csir | Spectrometric using broadband filters with overlapping spectral ranges |
| CA2462496C (en) * | 2001-10-01 | 2005-12-20 | Ud Technology Corporation | Apparatus and method for real-time ir spectroscopy |
| US6943353B2 (en) * | 2001-10-01 | 2005-09-13 | Ud Technology Corporation | Simultaneous multi-beam planar array IR (pair) spectroscopy |
| US6784428B2 (en) * | 2001-10-01 | 2004-08-31 | Ud Technology Corporation | Apparatus and method for real time IR spectroscopy |
| US7038191B2 (en) * | 2003-03-13 | 2006-05-02 | The Boeing Company | Remote sensing apparatus and method |
| US7427758B2 (en) | 2003-05-28 | 2008-09-23 | Opto-Knowledge Systems, Inc. | Cryogenically cooled adjustable apertures for infra-red cameras |
| JP4601266B2 (ja) * | 2003-05-30 | 2010-12-22 | オリンパス株式会社 | レーザ顕微鏡 |
| FR2859781B1 (fr) * | 2003-09-17 | 2007-07-06 | Commissariat Energie Atomique | Utilisation de la transformee de fourier optique pour le controle dimensionnel en microelectronique |
| US20050111801A1 (en) * | 2003-11-25 | 2005-05-26 | Opto-Knowledge Systems, Inc. | Flexible Optical Fiber Ribbon Cable, Fiber Optic Reformattor, and Method for Making Same Cable and Reformattor |
| US7315371B2 (en) * | 2004-01-23 | 2008-01-01 | P&P Optica Inc. | Multi-channel spectrum analyzer |
| EP1560039A1 (en) * | 2004-02-02 | 2005-08-03 | Ube Industries, Ltd. | Small sized wide wave-range spectroscope |
| US7394543B2 (en) * | 2004-07-12 | 2008-07-01 | Utah State University Research Foundation | Spectral selection and image conveyance using micro filters and optical fibers |
| US7636158B1 (en) * | 2004-09-24 | 2009-12-22 | Romuald Pawluczyk | Optimal coupling of high performance line imaging spectrometer to imaging system |
| WO2006039360A2 (en) * | 2004-09-29 | 2006-04-13 | University Of Delaware | Ir spectrographic apparatus and method for diagnosis of disease |
| JP4883549B2 (ja) * | 2004-12-09 | 2012-02-22 | 大学共同利用機関法人自然科学研究機構 | 分光器 |
| DE102005002106B3 (de) * | 2005-01-14 | 2006-04-13 | Drägerwerk AG | Vorrichtung zur Analyse der qualitativen Zusammensetzung von Gasen |
| US8131123B2 (en) | 2006-11-07 | 2012-03-06 | Olympus Corporation | Beam steering element and associated methods for manifold fiberoptic switches and monitoring |
| US7873246B2 (en) * | 2006-11-07 | 2011-01-18 | Olympus Corporation | Beam steering element and associated methods for manifold fiberoptic switches and monitoring |
| US7702194B2 (en) * | 2006-11-07 | 2010-04-20 | Olympus Corporation | Beam steering element and associated methods for manifold fiberoptic switches |
| US7720329B2 (en) * | 2006-11-07 | 2010-05-18 | Olympus Corporation | Segmented prism element and associated methods for manifold fiberoptic switches |
| US8000568B2 (en) * | 2006-11-07 | 2011-08-16 | Olympus Corporation | Beam steering element and associated methods for mixed manifold fiberoptic switches |
| US7769255B2 (en) * | 2006-11-07 | 2010-08-03 | Olympus Corporation | High port count instantiated wavelength selective switch |
| US8164813B1 (en) | 2007-06-16 | 2012-04-24 | Opto-Knowledge Systems, Inc. | Non-circular continuous variable aperture or shutter for infrared cameras |
| US8190025B2 (en) * | 2008-02-28 | 2012-05-29 | Olympus Corporation | Wavelength selective switch having distinct planes of operation |
| JP2012508366A (ja) * | 2008-11-04 | 2012-04-05 | ウィリアム・マーシュ・ライス・ユニバーシティ | 画像マッピング分光計 |
| US8487979B2 (en) | 2008-11-26 | 2013-07-16 | Honeywell International Inc. | Signal spectra detection system |
| US8117010B2 (en) * | 2008-12-05 | 2012-02-14 | Honeywell International Inc. | Spectral signal detection system |
| JP5671766B2 (ja) * | 2009-10-01 | 2015-02-18 | トルネード スペクトラル システムズ，インコーポレイテッド | 分散分光器のスペクトル分解能を改善するための光学スライサー |
| WO2011146093A2 (en) | 2009-12-15 | 2011-11-24 | William Marsh Rice University | Electricity generation |
| US8836793B1 (en) | 2010-08-13 | 2014-09-16 | Opto-Knowledge Systems, Inc. | True color night vision (TCNV) fusion |
| JP5265632B2 (ja) * | 2010-08-16 | 2013-08-14 | 株式会社サイム | プラスチック等識別装置およびプラスチック等識別方法 |
| US9863662B2 (en) | 2010-12-15 | 2018-01-09 | William Marsh Rice University | Generating a heated fluid using an electromagnetic radiation-absorbing complex |
| US9222665B2 (en) | 2010-12-15 | 2015-12-29 | William Marsh Rice University | Waste remediation |
| CN102435311B (zh) * | 2011-09-07 | 2014-05-07 | 杭州远方光电信息股份有限公司 | 一种光纤束光谱仪 |
| US9395516B2 (en) * | 2012-05-28 | 2016-07-19 | Nikon Corporation | Imaging device |
| US8975594B2 (en) * | 2012-11-09 | 2015-03-10 | Ge Aviation Systems Llc | Mixed-material multispectral staring array sensor |
| US9726542B2 (en) * | 2014-11-18 | 2017-08-08 | Raytheon Company | Multi-mode imaging spectrometer |
| WO2016115631A1 (en) | 2015-01-21 | 2016-07-28 | Tornado Spectral Systems Inc. | Hybrid image-pupil optical reformatter |
| US11079318B2 (en) * | 2016-03-10 | 2021-08-03 | Todos Technologies Ltd. | Gas sensing device and a method for sensing gas |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3457416A (en) * | 1967-06-02 | 1969-07-22 | William G Elliott | Optical communications system for transmitting two-dimensional images |
| US3885879A (en) * | 1973-06-25 | 1975-05-27 | Fisher Scientific Co | Dual beam spectrophotometer utilizing a spectral wedge and bifurcated fiber optic bundle |
| US3923399A (en) * | 1974-04-25 | 1975-12-02 | Bausch & Lomb | Miniaturized spectrophotometer |
| CH597594A5 (ja) * | 1975-03-26 | 1978-04-14 | Kloeckner Werke Ag | |
| US4375919A (en) * | 1979-04-25 | 1983-03-08 | Baylor University | Multiple entrance aperture dispersive optical spectrometer |
| US4516832A (en) * | 1982-06-23 | 1985-05-14 | International Business Machines Corporation | Apparatus for transformation of a collimated beam into a source of _required shape and numerical aperture |
| US4487504A (en) * | 1982-09-01 | 1984-12-11 | Pacific Scientific Instruments Company | Reflectance measuring instrument with integrating sphere |
| US4519707A (en) * | 1983-01-31 | 1985-05-28 | General Dynamics, Pomona Division | Multi-spectral target detection system with common collecting means |
| DE3311808C2 (de) * | 1983-03-31 | 1985-09-26 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., 8000 München | Halbleiterlaseranordnung mit einem Fabry-Perot-Interferometer |
-
1984
- 1984-02-21 US US06/581,950 patent/US4678332A/en not_active Expired - Fee Related
-
1985
- 1985-01-15 IL IL8574062A patent/IL74062A/xx not_active IP Right Cessation
- 1985-02-13 EP EP85300937A patent/EP0153139B1/en not_active Expired
- 1985-02-13 DE DE8585300937T patent/DE3578500D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1985-02-18 JP JP60030151A patent/JPS60237331A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4822998A (en) * | 1986-05-15 | 1989-04-18 | Minolta Camera Kabushiki Kaisha | Spectral sensor with interference filter |
| JP2000509830A (ja) * | 1997-04-04 | 2000-08-02 | ジェイ・エイ・ウーラム・カンパニー・インコーポレイテッド | フォトアレイ検出器を備える回帰較正による回転補正器型分光エリプソメータシステム |
| JP2014522963A (ja) * | 2011-06-24 | 2014-09-08 | トルネード メディカル システムズ，インコーポレイテッド | アナモルフィックビーム拡張分光器 |
| JP2015055480A (ja) * | 2013-09-10 | 2015-03-23 | 株式会社島津製作所 | 分光測定装置 |
| JPWO2022220145A1 (ja) * | 2021-04-13 | 2022-10-20 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0153139B1 (en) | 1990-07-04 |
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