(57)【要約】新規のモノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器（ＣＲＳＨＳ）が提示される。本発明によるモノリシックＣＲＳＨＳは、平面ミラー、ルーフミラー、及び対称回折格子が取り付けられる単一のフレームを有する。本発明は、固定部品しか含まず、平面ミラー、ルーフミラー、及び対称回折格子は、フレームに対して移動しない。当該技術分野において既知の従来のＣＲＳＨＳと比べて、本発明は、はるかにより小さく軽いＣＲＳＨＳを可能にし、必要とする保守の時間及び技能が少なく、且つ経済的によりよい選択肢である。開示の発明は、固定の広視野化光学素子又はファイバフィードアセンブリを含み得る。
2019533811.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器であって、
波長λを有する入射光ビームを異なる角度オフセット方向に進む２つの回折ビームに分割するよう構成された対称回折格子と、
前記対称回折格子に対して第１角度で配置された平面ミラーと、
前記対称回折格子に対して第２角度で配置されたルーフミラーと、
なお、前記平面ミラー及び前記ルーフミラーは、前記平面ミラー及び前記ルーフミラーが前記回折ビームを循環コモンパス構成で反射して、前記回折ビームが前記対称回折格子で再度回折して局在縞パターンを生成するように配置され、且つ
前記平面ミラー、前記ルーフミラー、及び前記対称回折格子は、前記２つの回折ビームが反射型空間ヘテロダイン分光器から法線と一致する角度で出て局在縞パターンを生成しないヘテロダイン波長λ０がある場合に満たされるヘテロダイン条件を常時満たすように配置され、
支持構造体であり、前記対称回折格子、前記平面ミラー、及び前記ルーフミラーがそれぞれ直接取り付け固定される支持構造体と
を備えたモノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器。
【請求項２】
請求項１に記載のモノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器において、前記支持構造体は、一定の内部体積を有する本体であり、前記対称回折格子、前記平面ミラー、及び前記ルーフミラーは、前記内部体積内で前記本体の少なくとも１つの内壁に取り付けられるモノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器。
【請求項３】
請求項２に記載のモノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器において、前記本体は、前記入射光ビームがそこから前記対称回折格子に入り該対称回折格子に垂直入射で当たるように配置された少なくとも１つの開口を有するモノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器。
【請求項４】
請求項２に記載のモノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器において、前記本体は、少なくとも２つの内壁を有するモノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器。
【請求項５】
請求項１に記載のモノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器において、前記ルーフミラーと前記平面ミラーとは、７０ｃｍ以下の距離だけ分離されるモノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器。
【請求項６】
請求項５に記載のモノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器において、前記ルーフミラーと前記平面ミラーとは、２５ｃｍ以下の距離だけ分離されるモノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器。
【請求項７】
請求項１に記載のモノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器において、前記平面ミラー、前記ルーフミラー、及び前記対称回折格子は、接着物質により前記支持構造体に取り付けられるモノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器。
【請求項８】
請求項１に記載のモノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器において、前記支持構造体は、ＢＫ７ガラス又は石英ガラス製であるモノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器。
【請求項９】
請求項１に記載のモノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器において、前記入射光ビームは、少なくとも１つの光ファイバを通って進んだ後に前記対称回折格子により回折されるモノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器。
【請求項１０】
請求項９に記載のモノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器において、前記少なくとも１つの光ファイバは、望遠鏡又は顕微鏡から光を伝送するモノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器。
【請求項１１】
請求項１０に記載のモノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器において、前記望遠鏡は、ニュートン式望遠鏡又はカセグレン式望遠鏡であるモノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器。
【請求項１２】
広視野モノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器であって、
波長λを有する入射光ビームを異なる角度オフセット方向に進む２つの回折ビームに分割するよう構成された対称回折格子と、
前記対称回折格子に対して第１角度で配置された平面ミラーと、
前記対称回折格子に対して第２角度で配置されたルーフミラーと、
少なくとも１つの光学素子と、
なお、前記平面ミラー及び前記ルーフミラーは、前記平面ミラー及び前記ルーフミラーが前記回折ビームを循環コモンパス構成で反射して、前記回折ビームが前記対称回折格子で再度回折して局在縞パターンを生成するように配置され、
前記平面ミラー、前記ルーフミラー、前記対称回折格子、及び前記少なくとも１つの光学素子は、前記２つの回折ビームが反射型空間ヘテロダイン分光器から法線と一致する角度で出て局在縞パターンを生成しないヘテロダイン波長λ０がある場合に満たされるヘテロダイン条件を常時満たすように配置され、且つ
前記少なくとも１つの光学素子は、縞局在面を維持しつつスループットを高めて視野を広げ、
支持構造体であり、前記対称回折格子、前記平面ミラー、前記ルーフミラー、及び前記少なくとも１つの光学素子がそれぞれ直接取り付け固定される支持構造体と
を備えた広視野モノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器。
【請求項１３】
請求項１２に記載の広視野モノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器において、前記支持構造体は、一定の内部体積を有する本体であり、前記対称回折格子、前記平面ミラー、ルーフミラー、及び前記少なくとも１つの光学素子は、前記内部体積内で前記本体の少なくとも１つの内壁に取り付けられる広視野モノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器。
【請求項１４】
請求項１３に記載の広視野モノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器において、前記本体は、前記入射光ビームがそこから前記対称回折格子に入り該対称回折格子に垂直入射で当たるように配置された少なくとも１つの開口を有する広視野モノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器。
【請求項１５】
請求項１３に記載の広視野モノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器において、前記本体は、少なくとも２つの内壁を有する広視野モノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器。
【請求項１６】
請求項１２に記載の広視野モノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器において、前記ルーフミラーと前記平面ミラーとは、７０ｃｍ以下の距離だけ分離される広視野モノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器。
【請求項１７】
請求項１６に記載の広視野モノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器において、前記ルーフミラーと前記平面ミラーとは、２５ｃｍ以下の距離だけ分離される広視野モノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器。
【請求項１８】
請求項１２に記載の広視野モノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器において、前記平面ミラー、前記ルーフミラー、前記対称回折格子、及び前記少なくとも１つの光学素子は、接着物質により前記支持構造体に取り付けられる広視野モノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器。
【請求項１９】
請求項１２に記載の広視野モノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器において、前記支持構造体は、ＢＫ７ガラス又は石英ガラス製である広視野モノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器。
【請求項２０】
請求項１２に記載の広視野モノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器において、前記入射光ビームは、少なくとも１つの光ファイバを通って進んだ後に前記対称回折格子により回折される広視野モノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器。
【請求項２１】
請求項２０に記載の広視野モノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器において、前記少なくとも１つの光ファイバは、望遠鏡又は顕微鏡から光を伝送する広視野モノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器。
【請求項２２】
請求項２１に記載の広視野モノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器において、前記望遠鏡は、ニュートン式望遠鏡又はカセグレン式望遠鏡である広視野モノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器。
【請求項２３】
請求項１２に記載の広視野モノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器において、前記少なくとも１つの光学素子は、プリズム、レンズ、ミラー、又は透過型回折格子からなる群から選択される広視野モノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器。
【請求項２４】
請求項２３に記載の広視野モノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器において、前記少なくとも１つの光学素子は、２つのウェッジプリズムを含む広視野モノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器。
【請求項２５】
請求項６に記載のモノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器において、前記ルーフミラーと前記平面ミラーとは、１０ｃｍ以下の距離だけ分離されるモノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器。
【請求項２６】
請求項１７に記載の広視野モノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器において、前記ルーフミラーと前記平面ミラーとは、１０ｃｍ以下の距離だけ分離される広視野モノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［連邦政府による資金援助に関する声明］
本明細書に記載する発明は、ＮＡＳＡ契約ＮＮＮ１２ＡＡ０１Ｃに基づいた業務の履行においてなされたものであり、公法９６−５１７（米国特許法第２０２条）の規定が適用され、契約者が権利保持を選択した。
【０００２】
本開示は、干渉分光器に関し、より詳細には反射型空間ヘテロダイン分光器に関する。
【背景技術】
【０００３】
輝線及び吸収線の強度及び線プロファイルの観測は、天体ターゲットの研究等の多種多様な用途で安定した技術である。発光又は吸収スペクトルにおける原子、分子、及びイオン遷移は、組成、同位体比、温度、速度、及び系に出入りするエネルギー量に関する重要な情報を示す。低分解能分光法により、組成、分布、強度、及びエネルギー分布のような基本パラメータの研究が可能である。これに対して、高分解能分光法は、速度、温度、圧力、同位体シグネチャ（isotopic signatures）等の放射源の物理特性に関する付加的な情報を明らかにすることができる。
【０００４】
高分解能分光法は、低分解能分構法よりも多くの情報を伝えるが、付加情報の代価として他の制約要因が生じざるを得ない。太陽系では、診断上の輝線源は、通常は微弱で太陽の反射連続スペクトルに埋もれており、リモートセンシングの観点からは角度的に広がり、その角度サイズが観測に使用中の機器の視野（ＦＯＶ）を超えることが多い。測定されたドップラーシフトは、通常は≦５０ｋｍ／秒であり、温度が１０００Ｋを超えることはほぼない。太陽の連続光強度は、λ＜４０００Åでは急速に低下するが、１５００Å未満の輝線が太陽のスペクトルで完全に主体となる。原子、イオン、及び分子蛍光、準安定放射体（metastableemitters）、及び衝突誘導放出（collisional stimulated emissions）が、可視及び極紫外（ＥＵＶ）領域の観測可能なシグネチャに大きく影響する。これらのターゲット放出の多くの微弱さ及び角度範囲と、遠隔探査機及び小型宇宙機の体積限界とにより、高スペクトル分解能を採用する機会が制限され、高スループット、小型（地上の商業用途（field commercial applications）だけでなく宇宙探査機用途で）、且つ高分解能のスペクトルセンサが必要とされる。
【０００５】
天体ターゲットは、分光観測者にとって課題となる幅広いサイズ及び環境に及ぶ。現在の分光技術は、広ＦＯＶ及び高スループットで高分解能（Ｒ）観測を扱うことができない。既存の従来の機器設計の大半で、ＦＯＶを広くすることにより感度が失われる。このタイプの感度トレードオフは、点光源又は非常に小さな光源では問題が少ないが、広がった光源の分光調査を制限する。例えば、相対速度６００ｋｍ／秒で移動している銀河の速度を、Ｒが約５００の機器で検出することができる。これに対して、彗星の速度分布は１ｋｍ／秒〜１００ｋｍ／秒の範囲にわたり、これに対応するドップラーシフトの検出には最大１００,０００のＲを必要とする。
【０００６】
残念ながら、現在使用されている高Ｒ機器は、広ＦＯＶで高Ｒを達成するように最適化されていない。最も使用されている高Ｒ機器は、多くの地上望遠鏡で約１５，０００Ｒを有する古典的な格子分光器であり、このＲは、広がった低エネルギーの天体及び惑星科学的ターゲットにとっては比較的低いものである。Ｒ＞３０，０００が可能な分光器は、物理的に非常に大きく、開口の小さな角サイズを克服するために大口径望遠鏡に結合され、これはさらに、時間的観測のための割当時間を大きく制限する。
【０００７】
干渉計、例えばフーリエ変換分光器（ＦＴＳ）又はファブリペロー干渉計は、同じＲの場合にエタンデュが大きく全体的な物理サイズが小さいことで格子分光器よりも著しく有利である。しかしながら、可視及び短ＵＣ波長では、その光学公差問題が厳しさを増す傾向にある。真空ＵＶ、特に１６００Å未満では、透過性結晶の数が３個のフッ化物結晶に激減する。したがって、制限が主にミラーコーティングによって変わる反射設計が、より広いスペクトル域へのアクセスを得るのにより効率的な方法として浮上している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
反射型空間ヘテロダイン分光器（ＲＳＨＳ）技術には、上記干渉計よりも有望な利点がいくつかあるが、ＲＳＨＳ機器には独自の欠点がある。従来のＲＳＨＳシステムのサイズ、組立構造、及び設計には、その体積、質量、及びアライメント公差から、科学、医療、商業、又は軍事分野での広範な用途のためのＲＳＨＳの開発を阻止する大きな弱点がある。したがって、技術の可能性をよりよく利用するために改良されたＲＳＨＳアセンブリ設計を開発する必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示は、本発明によれば、モノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器（ＣＲＳＨＳ）の実施形態を提供する。
【００１０】
実施形態によっては、本発明は、モノリシックＣＲＳＨＳであって、
波長λを有する入射光ビームを異なる角度オフセット方向に進む２つの回折ビームに分割するよう構成された対称回折格子と、
対称回折格子に対して第１角度で配置された平面ミラーと、
対称回折格子に対して第２角度で配置されたルーフミラーと、
なお、平面ミラー及びルーフミラーは、上記平面ミラー及び上記ルーフミラーが回折ビームを循環コモンパス構成で反射して、上記回折ビームが対称回折格子で再度回折して局在縞パターンを生成するように配置され、且つ
平面ミラー、ルーフミラー、及び対称回折格子は、２つの回折ビームが反射型空間ヘテロダイン分光器から法線と一致する角度で（in normal angle）出て局在縞パターンを生成しないヘテロダイン波長λ０がある場合に満たされるヘテロダイン条件を常時満たすように配置され、
支持構造体であり、対称回折格子、平面ミラー、及びルーフミラーがそれぞれ直接取り付け固定される支持構造体と
を備えたモノリシックＣＲＳＨＳに関する。
【００１１】
いくつかのかかる実施形態では、支持構造体は、一定の内部体積を有する本体であり、対称回折格子、平面ミラー、及びルーフミラーは、上記内部体積内で上記本体の少なくとも１つの内壁に取り付けられる。
【００１２】
他のかかる実施形態では、上記本体は、入射光ビームがそこから対称回折格子に入り対称回折格子に垂直入射で当たるように配置された少なくとも１つの開口を有する。
【００１３】
さらに他の実施形態では、本体は少なくとも２つの内壁を有する。
【００１４】
さらに他の実施形態では、ルーフミラーと平面ミラーとは、７０ｃｍ以下の距離だけ分離される。
【００１５】
さらにまた他の実施形態では、ルーフミラーと平面ミラーとは、２５ｃｍ以下の距離だけ分離される。
【００１６】
いくつかのかかる実施形態では、ルーフミラーと平面ミラーとは、１０ｃｍ以下の距離だけ分離される。
【００１７】
他のかかる実施形態では、平面ミラー、ルーフミラー、及び対称回折格子は、接着物質により支持構造体に取り付けられる。
【００１８】
さらに他の実施形態では、支持構造体は、ＢＫ７ガラス又は石英ガラス製である。
【００１９】
さらに他の実施形態では、入射光ビームは、少なくとも１つの光ファイバを通って進んだ後に対称回折格子により回折される。
【００２０】
さらにまた他の実施形態では、少なくとも１つの光ファイバは、望遠鏡又は顕微鏡から光を伝送する。
【００２１】
いくつかのかかる実施形態では、上記望遠鏡はニュートン式望遠鏡又はカセグレン式望遠鏡である。
【００２２】
他の実施形態では、本発明は、広視野（field-widened）モノリシックＣＲＳＨＳであって、
波長λを有する入射光ビームを異なる角度オフセット方向に進む２つの回折ビームに分割するよう構成された対称回折格子と、
対称回折格子に対して第１角度で配置された平面ミラーと、
対称回折格子に対して第２角度で配置されたルーフミラーと、
少なくとも１つの光学素子と、
なお、平面ミラー及びルーフミラーは、上記平面ミラー及び上記ルーフミラーが回折ビームを循環コモンパス構成で反射して、上記回折ビームが対称回折格子で再度回折して局在縞パターンを生成するように配置され、
平面ミラー、ルーフミラー、対称回折格子、及び少なくとも１つの光学素子は、２つの回折ビームが反射型空間ヘテロダイン分光器から法線と一致する角度で出て局在縞パターンを生成しないヘテロダイン波長λ０がある場合に満たされるヘテロダイン条件を常時満たすように配置され、且つ
少なくとも１つの光学素子は、縞局在面を維持しつつスループットを高めて視野を広げ、
支持構造体であり、対称回折格子、平面ミラー、ルーフミラー、及び少なくとも１つの光学素子がそれぞれ直接取り付け固定される支持構造体と
を備えた広視野モノリシックＣＲＳＨＳに関する。
【００２３】
いくつかのかかる実施形態では、支持構造体は、一定の内部体積を有する本体であり、対称回折格子、平面ミラー、ルーフミラー、及び少なくとも１つの光学素子は、上記内部体積内で上記本体の少なくとも１つの内壁に取り付けられる。
【００２４】
他のかかる実施形態では、上記本体は、入射光ビームがそこから対称回折格子に入り対称回折格子に垂直入射で当たるように配置された少なくとも１つの開口を有する。
【００２５】
さらに他の実施形態では、本体は少なくとも２つの内壁を有する。
【００２６】
さらに他の実施形態では、ルーフミラーと平面ミラーとは、７０ｃｍ以下の距離だけ分離される。
【００２７】
さらにまた他の実施形態では、ルーフミラーと平面ミラーとは、２５ｃｍ以下の距離だけ分離される。
【００２８】
いくつかのかかる実施形態では、ルーフミラーと平面ミラーとは、１０ｃｍ以下の距離だけ分離される。
【００２９】
他のかかる実施形態では、平面ミラー、ルーフミラー、対称回折格子、及び少なくとも１つの光学素子は、接着物質により支持構造体に取り付けられる。
【００３０】
さらに他の実施形態では、支持構造体は、ＢＫ７ガラス又は石英ガラス製である。
【００３１】
さらに他の実施形態では、入射光ビームは、少なくとも１つの光ファイバを通って進んだ後に対称回折格子により回折される。
【００３２】
さらにまた他の実施形態では、少なくとも１つの光ファイバは、望遠鏡又は顕微鏡から光を伝送する。
【００３３】
いくつかのかかる実施形態では、上記望遠鏡はニュートン式望遠鏡又はカセグレン式望遠鏡である。
【００３４】
他のかかる実施形態では、少なくとも１つの光学素子は、プリズム、レンズ、ミラー、又は透過型回折格子からなる群から選択される。
【００３５】
さらに他の実施形態では、少なくとも１つの光学素子は２つのウェッジプリズムを含む。
【００３６】
以下の図及びデータを参照すれば、説明がさらに十分に理解されるが、これらは本開示の例示的な実施形態として示すものであり、本発明の範囲を完全に制限するものと解釈されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１Ａは、モノリシックＣＲＳＨＳ構成の概略図であり、ヘテロダイン波長でのビーム経路を示す（縞パターン無し）。図１Ｂは、モノリシックＣＲＳＨＳ構成の概略図であり、ビーム経路図の上面図を示す。図１Ｃは、モノリシックＣＲＳＨＳ構成の概略図であり、他の波長でのビーム経路を示し、生成された縞パターンに加えて、対称回折格子に対する縞局在面及び回折ビームをさらに示す。
【図２】支持構造体が、入射光ビームがそこから対称回折格子に入り対称回折格子に垂直入射で当たるように配置された開口を有する、本発明のいくつかの実施形態によるモノリシックＣＲＳＨＳ構成の別の概略図である。
【図３Ａ】角度を波長５８９ｎｍ用に設定した、本発明の一実施形態のシミュレーションＺＥＭＡＸ光線追跡モデルの画像である。
【図３Ｂ】図３Ａのモデルから得られたＮａ中空陰極ランプ（Ｎａ  Ｄ波長）からのシミュレーション縞パターンの画像である。
【図３Ｃ】（図３Ｂ及び図３Ｃでシミュレートされた）図３Ａの発明の実施形態から得られたＮａ中空陰極ランプ（Ｎａ  Ｄ波長）から生成された縞パターンの画像である。
【図４Ａ】本発明の例示的な実施形態により形成されたモノリシックＣＲＳＨＳの画像である。
【図４Ｂ】本発明の例示的な実施形態により形成されたモノリシックＣＲＳＨＳの画像である。
【図４Ｃ】本発明の別の例示的な実施形態により形成されたモノリシックＣＲＳＨＳの画像である。
【図４Ｄ】本発明のさらに別の例示的な実施形態により形成されたモノリシックＣＲＳＨＳの画像である。
【図５】本発明の一実施形態による広視野モノリシックＣＲＳＨＳの概略図である。
【図６】本発明の例示的な実施形態による広視野モノリシックＣＲＳＨＳの画像である。
【図７Ａ】本発明の例示的な実施形態により形成された広視野モノリシックＣＲＳＨＳの画像である。
【図７Ｂ】本発明の例示的な実施形態により形成された広視野モノリシックＣＲＳＨＳの画像である。
【図８Ａ】本発明の別の例示的な実施形態により形成された広視野モノリシックＣＲＳＨＳの画像である。
【図８Ｂ】本発明の別の例示的な実施形態により形成された広視野モノリシックＣＲＳＨＳの画像である。
【図９】本発明のさらに別の例示的な実施形態による広視野モノリシックＣＲＳＨＳの画像である。
【図１０】本発明の例示的な実施形態による広視野モノリシックＣＲＳＨＳの画像である。
【図１１】本発明の別の例示的実施形態による広視野モノリシックＣＲＳＨＳの画像である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
図面を参照すると、モノリシックＣＲＳＨＳ分光器、それらの使用法、及びそれらの製造法が占めされている。種々の実施形態において、モノリシックＣＲＳＨＳアセンブリは、ヘテロダイン波長又は同調波長に関して縞の形態のデータがないようにヘテロダイン条件を維持する。しかしながら、ヘテロダイン波長以外のバンドパス領域内の波長では、可視局在縞パターンが生成され得る。いくつかのかかる実施形態では、分光器内の回折格子は、ホログラフィック、対称、非ブレーズド、正弦波、又は三角であり得る。いくつかの他の実施形態では、モノリシックＣＲＳＨＳ分光器は、広視野化（field-widening）素子、例えば、２つのウェッジプリズム等を組み込むことができ、ミラー、透過型回折格子、又はレンズ等の他の光学素子を用いることもできる。さらに他の実施形態では、モノリシックＣＲＳＨＳは、結合光ファイバシステムを組み込むことができる。
【００３９】
ＳＨＳ及びＣＲＳＨＳの技術概念
原形のＳＨＳ構成は、各干渉計アームを回折格子に置き換えたマイケルソン干渉計構成のマイケルソン設計ＳＨＳ（ＭＳＨＳ）である。ＭＳＨＳ設計は、最終的には、大気及び星間輝線特徴の観測用の一連の地上及び宇宙機器をもたらし、既知の技術分野におけるＳＨＳ計画及び分析の大多数が、依然としてＭＳＨＳ形式である。ＭＳＨＳ機器の弱点は、２つのアームの非コモンパス設計及び透過素子の使用であり、これが短波長（ＵＶ等）での機器の有用性を制限する。
【００４０】
しかしながら、当該技術分野において既知の従来のＲＳＨＳは、高いスペクトル分解能で対象の原子及び分子ガススペクトル線を観測することができる全反射（all-reflective）二光束循環干渉計である。これは、光学干渉縞（波数依存２Ｄフィゾー縞パターン）を生成する固体アレイ検出器で対象波長域（ＵＶ〜ＩＲ）に合わせて調整された回折格子及び反射光学系（平面ミラー及びルーフミラー）を備え、光学干渉縞のフーリエ変換が高分解スペクトルを生成する。ＲＳＨＳは、その高い光スループット（エタンデュ）及び広い視野（ＦＯＶ）により、彗星コマ及び地球の大気ガス等の弱いか又は拡散した光源に対する感度が高い。ＲＳＨＳには、光学機械的公差が広く光学機械的設計が単純であるという利点があり、循環ＲＳＨＳ（ＣＲＳＨＳ）は、熱機械効果に対する安定性がより高いコモンパス構成を用いる。入射光の遮断の回避を試みて設計された軸外し望遠鏡、つまりシデロスタットが、ＣＲＳＨＳとの結合に好まれることが多い。
【００４１】
入射光用にビームスプリッタが必要であるＭＳＨＳ設計とは異なり、ＣＲＳＨＳ設計ではビームスプリッタが必要なく、その理由は、図１及び図２に示すように、回折格子１０４自体が、垂直入射の回折格子の式［ｓｉｎβｉｎ＋ｓｉｎβｏｕｔ］ｃｏｓΦ＝ｍλＧに従って入射平行ビーム１１２を±ｍ次に回折させるからであり、式中、λは波長、βｉｎ及びβｏｕｔは入射角及び出射角、Φは回折面に対して垂直な回折格子法線に対する入射ビーム間の角度、Ｇは溝密度である。入射光ビーム１１２は、垂直入射で回折格子１０４に当たり、２つの反対称の回折次数（ｍ＝±１）１１４に分かれる。両方の次数が、逆の角度アライメントで光路１１５を通過し、回折格子１０４に集束し戻り、再度回折した後にシステムから出る。直角の「ルーフ」ミラー１０８をミラーの一方として用いることにより、入射及び出射ビームは、入射光路の下（又は上）で平行平面に分離される。ヘテロダイン波長と称する同調波長λ０の場合、光学系は、両方の次数１１４を回折格子１０４から法線と一致する角度で出すようにアライメントされ、図１Ａに示すように、これら次数の波面は、相互に対して平行に出るので縞を形成しない。この場合を「ヘテロダイン条件」と称する。全ての他の波長（λ＝λ０±Δλ）で、合成波面に導入される分散回転がある結果として、Δλに依存する周波数を有する２Ｄフィゾー縞１１０（図１Ｃに示す）が形成される。図１Ｂは、ビーム経路及び平行平面の上面図である。
【００４２】
図１Ｃに示すように、データ縞パターン１１０は、縞局在面（ＦＬＰ）１１６と称する場所に形成され。２Ｄ撮像検出器に結像される。ＦＬＰ１１６は、干渉計（モノリシックＣＲＳＨＳ１００）からの発散出射ビーム１１４を辿ることにより規定され、ｚ軸上で回折格子１０４の距離ｚ０後方に位置付けられた仮想面である。ＦＬＰ１１６は、出射ビーム１１４が交わると撮像検出器が推定する場所であり、ＦＬＰ焦点深度は、許容可能な縞コントラストを維持しつつ撮像検出器が結像できる距離である。
【００４３】
小角近似では、ＦＬＰ１１６の位置を以下のように推定することができる。
【００４４】
【数１】
2019533811.tif 000003
【００４５】
式中、ＬはＣＲＳＨＳ内の平均光路であり、β０（図１Ａに示す）は、（ＣＲＳＨＳが調整される）ヘテロダイン波長に関する第１回折角である。小角近似では、２つのｍ＝±１次からの波長σ＝１／λで検出器に記録された干渉パターンは、以下のように定義される。
【００４６】
【数２】
2019533811.tif 000004
【００４７】
式中、Ｉ（σ）は入力光のスペクトル強度であり、φは干渉計ミラーと回折面との間の交差角であり、σはバンドパス境界（bandpass boundary）を規定する。Ｉ（ｘ，ｙ，ｚ０，σ）の２次元フーリエ変換は、Δλ単位での元のパワースペクトルを取り戻す。ＣＲＳＨＳのアライメントは、選択された波長がヘテロダイン条件（λ０）を満たすように角度を設定するためのトランスファーミラー（１０６及び１０８）の一方又は両方の回転を伴う。
【００４８】
高分解能分光器は、主に視野の小さな格子分光器であり、スリットサイズの増加に伴い感度及びスペクトル分解能が低下する。高分解能分光器は、割当時間が競争的で限られている大口径望遠鏡に結合する必要があり、彗星、惑星大気圏、及び大きな銀河構造等における広がったターゲットの時間的観測への専念が制限される。ＣＲＳＨＳは、古典的な分光器よりも大幅に小さな体積で作製することができ、動作に大口径望遠鏡を必要としないので、地上及び宇宙プラットフォームからの広がった光源の高分解能広視野（ＦＯＶ）研究にとって最新の安価で利用しやすい方法を提供することができる。
【００４９】
しかしながら、上記で定めたＦＬＰ１１６（図１Ｃ）の場所ｚ０が波長λの関数であることを念頭に置くことが重要である。したがって、ヘテロダイン波長λ０を変えることにより、ｚ０はｚ軸に沿って動くはずである。縞コントラストを保持するためには、新たなＦＬＰの場所に正確に対応するために出力ＦＬＰ結像光学系を調整するか又はカメラをｚ軸に沿って位置決めし直す必要があり得る。
【００５０】
モノリシックアセンブリの実施形態
上述のように、従来の循環反射型ＳＨＳ（ＣＲＳＨＳ）機器の大きな弱点は、定期的な調整及び較正保守要件に加えて、システムのサイズ及び組立構造である。ＣＲＳＨＳの中心は、平面ミラー１０６、ルーフミラー１０８、及び対称回折格子１０４を含む。従来、これらの素子のそれぞれが、（例えば、実験台上又は卓上で）ミラー及び回折格子ホルダの市販又は特注の機械的マウンティングを用いて個別に取り付けられる。干渉計の性能には厳しい公差があるので、干渉計を組立後にアライメントできるようにホルダが調整可能である。保持固定具は、非常に堅く不撓性でなければならず、これが光学マウントの調整を複雑にする。このような干渉計の重量は、光学コンポーネントを所定位置に保つのに必要な固定具（例えば、アルミニウム製又は鋼製固定具）により大部分が占められる。市販のマウントが剛性に最適化されていない場合、設置された干渉計は、望ましくない振動をさらにより受けやすいであろう。また、ＳＨＳ干渉計の全光学素子タイプが、必要とされるマウンティングシステムの結果として比較的重い傾向があり、且つその調整手順は非常に時間がかかる。
【００５１】
したがって、多くの実施形態は、（図４〜図１１に例示するような）モノリシックＣＲＳＨＳ１００設計に関するものであり、これらはサイズ及び重量の大幅な低減、保守の単純化、製造費及び保守費の削減等の多くの重要な利益（商業用途に特に重要）をもたらす。可動部品が多いほど、各境界面間の応力、摩耗、かじり、疲労等により大きな注意が必要であり、機器の分析がより困難であり得る。設計における部品が多いほど、厳しい公差限界を依然として満たしながら製造すべき部品が多くなることを意味し、製造上の難易度、費用、及び時間が大きな問題となり得る。複雑な設計には、高い専門知識及び訓練経験のある（出費の増加にもつながる）人物が通常は必要であり、且つ時間の追加が必要になると共に誤りの可能性が高くなり得るので、保守も軽視すべきではない。本開示は、モノリシックアセンブリとすることに関連した利益をもたらしつつ従来のＣＲＳＨＳ設備の短所を克服できる、新規のモノリシックＣＲＳＨＳ１００設計の実施形態を示す。本発明のいくつかの実施形態は、ＣＲＳＨＳ機器の生産、組み立て、及びアライメントを大幅に単純化し、干渉計の各素子に対して個別の光学マウント及びホルダを回避することにより、より速くより柔軟且つ費用効果的なオプションを与える。
【００５２】
従来技術では、モノリシックＳＨＳアセンブリはＣＲＳＨＳではなくＭＳＨＳに基づく。モノリシックＣＲＳＨＳアセンブリ１００は、主光学素子の保持にいかなる屈折光学系も用いないのではるかに実証し難い。モノリシックＭＳＨＳでは、中実の充填材入りガラススペーサを一般的には用いて、ビームスプリッタと各アームの２つの回折格子との間のギャップを保持し且つ埋める。しかしながら、モノリシックＣＲＳＨＳ１００の場合、光路１１５は中実ガラスとは対照的に空気又は真空中にある。さらに、ＣＲＳＨＳはコモンパス構成を有し、これは、アセンブリの調整又は追加コンポーネントが入射光ビーム１１２の経路１１５に関してＣＲＳＨＳの一方だけでなく両方のアームに影響を及ぼすことを意味する。モノリシックＭＳＨＳアセンブリは、概して支持コンポーネントの追加を必要とするが、これは、ＣＲＳＨＳに適用された場合に光ビーム１１２又は光学構成１１５に望ましくない形で干渉することになる。したがって、モノリシックＣＲＳＨＳ設計１００を既知のモノリシックＭＳＨＳ設計の単なる変更により製造することは不可能である。
【００５３】
本発明のいくつかの実施形態によれば、ＣＲＳＨＳ素子（ルーフミラー１０８、平面ミラー１０６、及び対称回折格子１０４）が支持構造体１０２に直接取り付け固定される新規の「中空」モノリシック構造１００を用いることにより、上記課題を克服すると共にＣＲＳＨＳのモノリシックフォームファクタを得ることが可能である。平面ミラー１０６及びルーフミラー１０８は、それぞれが対称回折格子１０４に対して角度をなして配置される。実施形態によっては、ＣＲＳＨＳ素子は、ねじ、接着剤、又は他の接着物質等の機械的手段により支持構造体１０２に取り付けられる。モノリシックＣＲＳＨＳ１００は、本発明の実施形態によれば、可動部品を有しない設計なので、（従来のＣＲＳＨＳとは異なり）素子を所定位置に保つために別個の光学マウントもホルダも必要としない。
【００５４】
図１及び図２に示す概略図は、コモンパス構成に影響を及ぼすことなく支持構造体１０２がどのように平面ミラー１０６、ルーフミラー１０８、及び対称回折格子１０４を所定位置に保持し得るかを示す。光ビーム１１２は、対称回折格子１０４に垂直入射で当たることができる。対称回折格子１０４は、続いて入射ビーム１１２を反対称の回折次数（ｍ＝±１）を有する２つの回折ビーム１１４に分割し、これらは、コモンパス構成で逆の角度アライメントで光路１１５を通過し、ルーフミラー１０８及び平面ミラー１０６により反射された後に対称回折格子１０４で再度回折される。２つの回折ビーム１１４は、続いてモノリシックＣＲＳＨＳ１００から出る。実施形態によっては、支持構造体１０２は、一定の内部体積を有する本体であり、対称回折格子１０４、平面ミラー１０６、及びルーフミラー１０８は、上記内部体積内で上記本体の少なくとも１つの内壁に取り付けられる。いくつかのかかる実施形態では、上記本体は、入射光ビーム１１２がそこから対称回折格子１０４に入り対称回折格子１０４に垂直入射で当たるように配置された少なくとも１つの開口１１８を有する。さらに他の実施形態では、本体は少なくとも２つの内壁を有する。図４Ａ〜図４Ｄは、本発明のいくつかの例示的な実施形態の画像を示す。
【００５５】
本発明の実施形態に従って設計されたモノリシックＣＲＳＨＳアセンブリ１００は、ヘテロダイン条件を維持して可視局在縞パターン１１０の生成に成功することができる。例えば、図３Ａは、角度を波長５８９ｎｍ用に設定した本発明の一実施形態のシミュレーションＺＥＭＡＸ光線追跡モデルを示す。図３Ｂは、Ｎａ中空陰極ランプ（Ｎａ  Ｄ波長）から得られたシミュレーション縞パターンを示し、図３Ｃは、実際の生成縞パターンの画像を示す。支持構造体１０２は図３Ａの画像に示されていないが、本発明の一実施形態によるモノリシックＣＲＳＨＳアセンブリ１００が利用され、光学系は個別に搭載されていない。
【００５６】
図４Ａ〜図４Ｄは、いくつかの例示的な実施形態を示す。これらの提供例では、支持構造体１０２は、一定の内部体積を有する本体であり、対称回折格子１０４、平面ミラー１０６、及びルーフミラー１０８は、全てが上記内部体積内で上記本体の少なくとも１つの内壁に直接取り付け固定される。これらの実施形態では、本体は、入射光ビーム１１２がそこから対称回折格子１０４に入り対称回折格子１０４に垂直入射で当たるように配置された開口１１８も有する。これらの提供された実施形態における本体は、少なくとも2つの内壁も有する。図４Ａ及び図４Ｂに示す例示的な実施形態は、５８９ｎｍの波長λに向けたものであり、平面ミラー１０６とルーフミラー１０８との間の距離が約７０ｃｍである。
【００５７】
本発明の例示的な実施形態では、支持構造体１０２は、１つの材料から形成される。支持構造体１０２を１つの材料から形成することは、ボンディング及び振動の問題にとって有益である。さらに、温度が変わると支持構造体１０２が同じ割合で膨張し、ヘテロダイン波長の乱れを最小化することができる。いくつかの例示的な実施形態では、支持構造体１０２の構成を変えることにより、用途及び環境条件に応じて所望の量で温度変化の効果を制御することが可能である。いくつかの例示的な実施形態では、炭素繊維、アルミニウム、ＢＫ７ガラス、石英ガラス、又は他の適当な材料を支持構造体１０２に用いることができる。さらに他の例示的な実施形態では、モノリシック形式は、ＣＲＳＨＳ素子を別個に搭載する必要をなくしつつ、より大きな光学機械的公差、振動許容範囲、及び温度許容範囲を可能にする。
【００５８】
回折格子１０４は、常に対称だが、本発明のいくつかの実施形態によれば異なる特性も有し得る。実施形態によっては、対称回折格子１０４はホログラフィックである。他の実施形態では、対称回折格子１０４は非ブレーズドである。さらに他の実施形態では、対称回折格子１０４は正弦波又は三角であり得る。いくつかの例示的な実施形態は、ホログラフィック正弦波対称回折格子１０４を用いる。
【００５９】
本発明のいくつかの実施形態によるモノリシック設計のＣＲＳＨＳ１００（図４〜図１１に示す）をロックすることにより、ＣＲＳＨＳのロバスト性が大きく向上する一方で、ＣＲＳＨＳを従来のＣＲＳＨＳ設備と比べてはるかに軽く小さくすることができる。新規のモノリシックＣＲＳＨＳアセンブリ１００の例示的な実施形態は、温度及び振動変化の安定化に加えて、システムサイズを大幅に低減する。例えば、図４Ｃは、ルーフミラー１０８及び平面ミラー１０６がわずか約７０ｍｍの距離だけ分離されている例示的な実施形態の画像を示す。モノリシックＣＲＳＨＳ１００の例示的な実施形態は、相互のアライメントが必要な別個の部品を有さず、操作又は保守に熟練者を必要とせず、且つそのロバストなモノリシック形式がそのアライメントを維持することで保守がほとんど又は全く必要ない。
【００６０】
広視野ＣＲＳＨＳの実施形態
ＦＯＶは、機器のエタンデュ、つまり光学系の受光及び集光能力（E＝ＦＯＶ×Ａｅｆｆ；式中、Ａｅｆｆは集光面積である）を増加させるのでＣＲＳＨＳに重要である。光源が広がり開口を満たす（aperture-filling)のであれば、ＣＲＳＨＳのＦＯＶは、大型望遠鏡が格子分光器に対して果たすのと同じ役割を果たすことができる。エタンデュという尺度は、光学機器の感度を表現するのに広く用いられている。これまで、ＦＯＶ外光線を用いてＲＳＨＳシステムのＦＯＶのサイズを増加させることに対する解決手段は明示されておらず、商業、地球科学、及び惑星科学の用途でのＣＲＳＨＳの使用が制限されていた。従来技術には広視野ＭＳＨＳの方法があったが、広視野ＣＲＳＨＳははるかにより複雑である。
【００６１】
広視野化は、ＦＯＶ外からのビームをＦＯＶ限界内に現れるようにすることを目標として少なくとも１つの光学素子をＳＨＳアセンブリに加えることで、機器のＦＯＶを広げることを通常は含む。機器のスループットが（入力光学系サイズの大幅な増加なく）高まることで、感度も高まり、従来のＳＨＳの利点を保持しつつデータ収集の高速化及び改善が得られる。要約すると、広視野化が成功すれば、より小さく軽いＳＨＳが可能となり、これは体積及び重量負荷を最小限にする必要がある用途（例えば、宇宙探査、移動式商業用途）に非常に有用であり得る。
【００６２】
前述のように、ＣＲＳＨＳは循環的システムであり、ルーフミラー１０８及び平面ミラー並びに１つの回折格子を用いるが、ＭＳＨＳは、非コモンパスシステムであり、１つのビームスプリッタ及び２つの回折格子を用いる。したがって、光学素子がＣＲＳＨＳの両方のアームに影響を及ぼし、回折格子又はいずれかのミラーの移動、膨張、又は変化が、反射型設備及び循環コモンパス構成により両方の回折ビームに同時に影響を及ぼすので、光学素子をＣＲＳＨＳに挿入することははるかに困難である。しかしながら、有効な循環ＲＳＨＳを得るには、ヘテロダイン条件を満たさなければならず、光路及び位相差がゼロとなる（前述のような）ヘテロダイン波長がなければならない。さらに、広視野ＲＳＨＳシステムの別の大きな課題は、（図１に示すように）回折ビームがなおも１つのＦＬＰの場所に合流しなければならないことである。換言すれば、出力光学系を用いてカメラにデータを記録するようにＦＬＰの場所を維持しつつ、プリズム、ミラー、レンズ、又は透過型回折格子等の光学素子のうち１つ又はそれらの組み合わせを用いて、ＦＯＶ外からの軸外光ビームを曲げるか又は圧縮してＦＯＶ内に現れるようにすることができる。循環ＲＳＨＳが機能するには、ヘテロダイン条件及びＦＬＰ条件の両方を常に満たさなければならないが、これらの条件が満たされることを確実にするのは簡単なことではない。両方の回折ビームの経路に付加的な素子又はコンポーネントがあることがあり、通常は一方のアームを好ましい状態に変えることができるが、他方のアームには逆の効果がある。
【００６３】
新規発明のいくつかの実施形態は、必要条件を満たしつつＦＯＶを広げることができる設計を用いて、局在縞の生成に成功する。図５は、広視野ＣＲＳＨＳの一シミュレーション実施形態を示す。図中、循環構成を乱すことなく、２つのウェッジプリズム（光学素子１２４）がビーム経路１１５に挿入される。本発明によるモノリシックアセンブリ１００を有するいくつかの例示的な実施形態を、図６〜図１１に示す。これらの例示的な実施形態では、モノリシックＣＲＳＨＳ１００は、２つのウェッジプリズムを用い、各ミラー（平面１０６及びルーフ１０８の両方）と対称回折格子１０４との間に１つのプリズム１２４が位置付けられる。プリズム１２４は、対称回折格子１０４への入射光ビーム１１２の経路を妨げず、本発明の実施形態による「中空」モノリシックアセンブリ１００が維持される。例示的な実施形態は２つのプリズムを用いているが、ミラー、透過型回折格子、又はレンズ等の他の光学素子１２４を用いてもよい。図６の実施形態は、モノリシックＣＲＳＨＳ１００を維持しつつ支持構造体１０２に複数の開口がある可能性を示す。図７及び図８に示す例示的な実施形態間の１つの違いとして、図８は、支持構造体１０２が対称回折格子１０４、光学素子１２４、平面ミラー１０６、及びルーフミラー１０８の裏を覆わない実施形態を示す。図８は、例示的な実施形態がルーフミラー１０８と平面ミラー１０６とを約６インチ、すなわち１５．２４ｃｍの距離だけ分離した構成であり得ることも示す。図９は、ルーフミラー１０８と平面ミラー１０６との間の距離が約７０ｍｍである例示的な実施形態を示し、図１０は、開口１１８と対称回折格子１０４との間の距離が約７０ｍｍである例示的な実施形態を示す。
【００６４】
図４Ａ〜図４Ｄの画像と同様に、図７〜図１１は、ルーフミラー１０８、平面ミラー１０６、光学素子１２４、及び対称回折格子１０４の全てが機械的ホルダ又はマウントを用いずに少なくとも１つの内壁（「床」）に取り付けられる実施形態も示す。いくつかの他の実施形態では、モノリシックＣＲＳＨＳ１００の中空構造を維持しつつ全コンポーネントと接触して「天井」として働く別のこのような内壁を有することも可能であり、この実施形態の一例を図１１に示す。前述の本発明のいくつかの実施形態のように、少なくとも１つの光学素子１２４が接着物質によりパネルに取り付けられ得る。
【００６５】
以下の表１は、本発明の一実施形態による広視野モノリシックＣＲＳＨＳ１００で可能な構成の例に関する情報を示す。
【００６６】
【表１】
2019533811.tif 000005
【００６７】
ファイバフィード（fiber-fed）ＣＲＳＨＳの実施形態
ＣＲＳＨＳ機器の技術の現状では、自由空間光学系を用いて、ターゲットから集光されたターゲット光をＣＲＳＨＳ機器に入力する。ＣＲＳＨＳに結合された自由空間光学系は、機器のサイズ、体積、及び構成を主に決定し、それを入射ビームのＦナンバー（Ｆナンバー＝入射開口径／焦点距離）にロックする。自由空間光学系により、集光系（大抵は望遠鏡だが、顕微鏡又は他の形態の入力光学系の場合もある）からのターゲットビームが焦点面（ＦＯＶ絞り）に集束する。光は、続いてコリメート光学系まで進んでコリメートされた後に干渉計に入る。光ビームのＦナンバーに応じて、１つのコリメート光学系でビームを所望のビーム幅にコリメートできず且つ必要な距離が利用可能な空間及び構成に合わない場合、２つ以上のコリメート光学系が用いられる。この従来の自由空間光学系の使用は、集光系（概して望遠鏡又は顕微鏡）からのＲＳＨＳの場所及び向きに制限を課すので、ＣＲＳＨＳ機器の大きな弱点であり得る。ＣＲＳＨＳ機器のフォームファクタ並びにそれらのサイズ及び体積が制限されることで、環境及びユーザニーズに対するＣＲＳＨＳの融通性が失われる。また、ターゲットビーム経路に何らかの遮蔽（obscuration）を伴っても望遠鏡又は顕微鏡にＣＲＳＨＳ機器を結合できる。例えば、カセグレン又はニュートン望遠鏡は、最も一般的に用いられている望遠鏡だが、支持構造体の影が問題であり得る。
【００６８】
本発明のいくつかの実施形態によれば、１つの解決手段は、ＣＲＳＨＳ機器の自由入力光学系（free input optics）を結合光ファイバシステムと交換することである。これは、入射ビームを１つ又は複数の光ファイバに集束させて光ファイバの他端でビームをコリメートしてＣＲＳＨＳシステムに入れることにより行うことができる。実施形態によっては、ファイバフィードＣＲＳＨＳシステムが両方の主要問題を解決する。（１）このシステムは、ＳＨＳ機器のフォームファクタを望遠鏡又は顕微鏡から分離して、使用の融通性を高め可能な用途を広げる。（２）シングルモードファイバの使用により、光を遮る構造のシグネチャ（ニュートン及びカセグレン望遠鏡からのスパイダパターン等）の除去が可能である。本発明のいくつかの実施形態によるファイバフィードモノリシックＣＲＳＨＳは、狭いバンドパスではさらにより小型にされ得る。光ファイバを用いて、望ましくないバンドパス波長を除去することができることで、Ｒ及びＦＯＶを維持しつつ余分なフィルタを用いる必要なくノイズが除去され且つＣＲＳＨＳの感度が高まる。いくつかの例示的な実施形態では、入力光ファイバは、入射ビームを任意の方向に折り返して、ＣＲＳＨＳの位置及び設置レイアウトに適応させる。光ファイバは、実施形態において、ＦＯＶを分割して全ての部分を用いるか、又はより小さな検出器サイズで用いるＦＯＶの一部分のみを選択するように用いることもできる。選択パターンは固定されている必要はなく、効率及び生産性を高めるために機械制御することができる。
【００６９】
本発明のいくつかの実施形態によるファイバ結合モノリシックＣＲＳＨＳ設計は、設定中及び動作中の振動に対する感度が低い、より軽量の基本的にアライメントされた干渉計を提供し得る。ファイバ結合は、光学接触に必要な精度及び確度を満たす一方で労働集約度ははるかに低い。自由空間光学系結合は、手動で設定しなければならないが、実施形態によっては、ファイバ結合が機械自動化を可能にし得る。この生産技術は、より安価で時間の浪費が少なくなる。ファイバフィードモノリシックＣＲＳＨＳを有するかかる実施形態は、科学、商業、又は軍事分野での衛星機器、医療装置、海洋学等の多様な用途に適するものとなる。光ファイバを入力光学系として用いることは、システム全体のアライメントを危険にさらすことなくＣＲＳＨＳを容易に分解できることも意味する。本発明の別の例示的な実施形態では、許容可能なＦＯＶを、ＣＲＳＨＳ開口に伝送する１つの光ファイバシステムに結合することができる。
【００７０】
当業者であれば、本発明によるさらに他の実施形態が上記一般的な開示の範囲内にあると考えられることを認識するであろうし、上記の非限定的例によるディスクレーマーは一切意図されない。
【００７１】
要約
これまで、反射システムとヘテロダイン及び縞局在面（ＦＬＰ）条件の満足とに関連する特有の課題により、広視野化光学コンポーネント又は光ファイバ入力を組み込んだモノリシック循環反射型空間ヘテロダイン分光器（ＣＲＳＨＳ）は言うまでもなく、モノリシックＣＲＳＨＳは報告されておらず実証に成功してもいなかった。本発明は、極めて広範囲の波長及び用途に一般化できる新規の手法を提供する。
【００７２】
ＣＲＳＨＳのモノリシックアセンブリは、ＣＲＳＨＳ素子の別個の搭載及び複雑な保守の必要をなくしつつ、より大きな光学機械的公差、振動許容範囲、及び温度許容範囲を可能にする。モノリシックＣＲＳＨＳは、可動部品を有することがなく、これは製造がより容易、より安価、且つより高速であり得ることを意味する。本発明のモノリシックＣＲＳＨＳは、１つ又は複数の光学素子を循環路内に挿入してＣＲＳＨＳアームがＦＯＶ外の光線を用いることができるようにすることにより、さらに改良することができる。この広視野化により、ヘテロダイン条件又はＦＬＰの場所に影響を及ぼすことなくＣＲＳＨＳのＦＯＶが大きくなりスループットが増加する。さらに、光ファイバ入力をモノリシックＣＲＳＨＳと共に用いて、遮蔽を伴う入力光学系の結合と、種々の用途及び環境での機器のより容易な分離とを可能にすることができる。
【００７３】
上記革新は、当該技術分野において既知の従来のＣＲＳＨＳよりもロバストで、小型で、小さく、軽いモノリシックＣＲＳＨＳを可能にする。新規のアセンブリは、基本的なＣＲＳＨＳの利点を保持しつつスループット及び感度を高め、多岐にわたる新たな商業及び科学用途の可能性を広げる。
【００７４】
均等論
複数の実施形態を記載してきたが、種々の変更、代替構成、及び等価物が本発明の趣旨から逸脱せずに用いられ得ることが当業者には認識されるであろう。さらに、本発明をむやみに不明瞭にしないように、いくつかの既知のプロセス及び素子については記載していない。したがって、上記説明を本発明の範囲を制限するものとみなすべきではない。
【００７５】
当業者には、本発明の種々の好ましい実施形態の上記例及び説明が発明を全体的に説明するものにすぎないこと、及び本発明の趣旨及び範囲内で本発明のコンポーネント又はステップに変更を加えてもよいことが理解されよう。したがって、本発明は本明細書に記載の特定の実施形態に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲により定められる。
【図１】
2019533811.tif 000006
【図２】
2019533811.tif 000007
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
2019533811.tif 000011
【図４Ｂ】
2019533811.tif 000012
【図４Ｃ】
2019533811.tif 000013
【図４Ｄ】
2019533811.tif 000014
【図５】
2019533811.tif 000015
【図６】
2019533811.tif 000016
【図７Ａ】
2019533811.tif 000017
【図７Ｂ】
2019533811.tif 000018
【図８Ａ】
2019533811.tif 000019
【図８Ｂ】
2019533811.tif 000020
【図９】
2019533811.tif 000021
【図１０】
2019533811.tif 000022
【図１１】
2019533811.tif 000023
【国際調査報告】
2019533811.tif 000024
2019533811.tif 000025