(57)【要約】　　【課題】　実質上、環境変化に起因する波長測定値すなわち識別誤差を減少させる高集積構造を有する測定システムを提供する。　　【解決手段】　測定システム１００においては、入射ビーム１０２が、ビーム１１２としてフィルタ１２０を通過してビーム１３２として出現し、このビーム１３２は検出器１５０に供給される。ビーム１０６は、ビーム１１６としてフィルタ１２０を通過してビーム１３６として出現し、このビーム１３６は検出器１５５に供給される。検出器１５０および１５５は、それぞれのフィルタにかけられた信号を、それぞれ信号処理回路１６０へ出力する。信号処理回路１６０は、アレイ中における強度の空間分布を分析し、例えばルックアップテーブルとの比較によって、入射するビーム１０１の波長を求める。【選択図】　　　図４
2004109137.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　放射源からの放射線の波長関連特性を求めるための放射線測定装置であって、
　第１の入射角度で波長感度フィルタを経る第１のビーム経路であって、入力放射線の第１のビームを受け入れ、第１のフィルタにかけられたビームを出力する第１のビーム経路と、
　前記第１の入射角度と異なる第２の入射角度で波長感度フィルタを経る第２のビーム経路であって、入力放射線の第２のビームを受け入れ、第２のフィルタにかけられたビームを出力する第２のビーム経路と、
　前記第１のフィルタにかけられたビームを受け入れ、対応する第１の検出信号を出力するように位置決めされた放射線検出器を備える第１の検出チャネルと、
　前記第２のフィルタにかけられたビームを受け入れ、対応する第２の検出信号を出力するように位置決めされた放射線検出器を備える第２の検出チャネルとを備え、
　前記第１の入射角度で波長感度フィルタを経る第１のビーム経路と前記第２の入射角度で波長感度フィルタを経る第２のビーム経路とは、実質的に同一の波長感度フィルタを経ることを特徴とする放射線測定装置。
【請求項２】
　さらに、前記第１および第２の検出信号を入力し、少なくとも前記第１および第２の検出信号値を含む少なくとも１つの信号比を求める信号処理回路を備えることを特徴とする請求項１記載の放射線測定装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つの信号比は、装置へ入力される放射線の放射線波長と放射線周波数との少なくとも１つを示す信号比を備えることを特徴とする請求項２記載の放射線測定装置。
【請求項４】
　前記第１のビーム経路は、名目上、前記波長感度フィルタの表面に対して垂直であることを特徴とする請求項１記載の放射線測定装置。
【請求項５】
　入力放射線波長の公称操作範囲に渡って操作可能であり、
　前記第１ビーム経路の前記波長感度フィルタの透過率は、前記公称操作範囲に渡る入力放射線波長の増加に従って増加し、
　前記第２ビーム経路の前記波長感度フィルタの透過率は、前記公称操作範囲に渡る入力放射線波長の増加に従って増加し、
　前記第１および第２の検出信号は、名目上、前記公称操作範囲に渡って異なることを特徴とする請求項１記載の放射線測定装置。
【請求項６】
　入力放射線波長の公称操作範囲に渡って操作可能であり、
　前記第１ビーム経路の前記波長感度フィルタの透過率は、前記公称操作範囲に渡る入力放射線波長の減少に従って減少し、
　前記第２ビーム経路の前記波長感度フィルタの透過率は、前記公称操作範囲に渡る入力放射線波長の減少に従って減少し、
　前記第１および第２の検出信号は、名目上、前記公称操作範囲に渡って異なることを特徴とする請求項１記載の放射線測定装置。
【請求項７】
　入力放射線波長の公称操作範囲に渡って操作可能であり、
　前記第１のビーム経路および前記第２のビーム経路の１つの前記波長感度フィルタの透過率は、前記公称操作範囲に渡る入力放射線波長の減少に従って減少し、
　前記第１のビーム経路および前記第２のビーム経路の他方の前記波長感度フィルタの透過率は、前記公称操作範囲に渡る入力放射線波長の減少に従って減少することを特徴とする請求項１記載の放射線測定装置。
【請求項８】
　前記実質的に同一の波長感度フィルタは、バンドパスフィルタを備えることを特徴とする請求項１記載の放射線測定装置。
【請求項９】
　前記実質的に同一の波長感度フィルタは、単一のフィルタの一部を備えることを特徴とする請求項１記載の放射線測定装置。
【請求項１０】
　前記単一のフィルタは、バンドパスフィルタを備えることを特徴とする請求項９記載の放射線測定装置。
【請求項１１】
　前記バンドパスフィルタは、１０ナノメータ以下の半値全幅の範囲を備えることを特徴とする請求項１０記載の放射線測定装置。
【請求項１２】
　前記バンドパスフィルタは、５ナノメータ以下の半値全幅の範囲を備えることを特徴とする請求項１０記載の放射線測定装置。
【請求項１３】
　前記第１の検出チャネルは、第１の放射線検出器を備え、前記第２の検出チャネルは、第２の放射線検出器を備えることを特徴とする請求項１記載の放射線測定装置。
【請求項１４】
　前記放射線源からの前記放射線の入射発散ビームは、入力放射線の前記第１および第２のビームを生成することを特徴とする請求項１３記載の放射線測定装置。
【請求項１５】
　さらに、入力放射線を受け入れ、それぞれの入射角度でのそれぞれのビーム経路に沿った入力放射線の前記第１および第２のビームの少なくとも１つを供給するように位置決めされた第１のビーム偏向素子を備えることを特徴とする請求項１記載の放射線測定装置。
【請求項１６】
　前記第１のビーム偏向素子は、第１の格子を備えることを特徴とする請求項１５記載の放射線測定装置。
【請求項１７】
　入力放射線の第２のビームは、前記第１の格子によって供給された、偏向された１次ビームであることを特徴とする請求項１６記載の放射線測定装置。
【請求項１８】
　第１の検出チャネルは、第１の放射線検出器を備え、前記第２の検出チャネルは、第２の放射線検出器を備えることを特徴とする請求項１５記載の放射線測定装置。
【請求項１９】
　さらに、少なくとも前記第２のフィルタにかけられたビームを受け入れ、前記第２の検出チャネルによって受け取られるべき前記第２のフィルタにかけられたビームの少なくとも一部を偏向するように位置決めされた第２のビーム偏向素子を備えることを特徴とする請求項１５記載の放射線測定装置。
【請求項２０】
　前記第２のビーム偏向素子は、第２の格子を備えることを特徴とする請求項１９記載の放射線測定装置。
【請求項２１】
　前記第１の検出チャネルの前記放射線検出器と前記第２の検出チャネルの前記放射線検出器とは、同一の放射線検出器を備え、
　さらに、前記第２のビーム偏向素子と前記放射線検出器との間に位置するシャッタを備え、前記シャッタは、前記第１の検出チャネルを提供するための前記第１のフィルタにかけられたビームの通過と、前記第２の検出チャネルを提供するための前記第２のフィルタにかけられたビームの通過とを切り換えることが可能であることを特徴とする請求項１９記載の放射線測定装置。
【請求項２２】
　さらに、前記実質的に同一の波長感度フィルタの少なくとも１つに近接して位置決めされた少なくとも１つの温度検知素子を備え、前記少なくとも１つの温度検知素子は、前記実質的に同一の波長感度フィルタの温度を示す温度信号を出力することを特徴とする請求項１記載の放射線測定装置。
【請求項２３】
　さらに、前記第１および第２の検出信号および前記温度信号を入力し、少なくとも前記第１および第２の検出信号値を備える少なくとも１つの温度補正された信号比を求める信号処理回路を備えることを特徴とする請求項２２記載の放射線測定装置。
【請求項２４】
　さらに、入力放射線を受け入れ、前記第１の入射角度での第１のビーム経路に沿った入力放射線の前記第１のビームを出力するように位置決めされている第１の温度検出ビームデフレクタと、
　入力放射線を受け入れ、前記第２の入射角度での第２のビーム経路に沿った入力放射線の前記第２のビームを出力するように位置決めされている第２の温度検出ビームデフレクタとを備え、
　前記第１の入射角度は、前記第１のビーム経路の前記波長感度フィルタのフィルタ特性における温度誘導変化に起因する前記第１の検出信号における潜在的変化が、前記第１の入射角度の調整によって少なくとも部分的に補正されるように、前記第１の温度検出ビームデフレクタの温度に基づいて調整され、
　前記第２の入射角度は、前記第２のビーム経路の前記波長感度フィルタのフィルタ特性における温度誘導変化に起因する前記第２の検出信号における潜在的変化が、前記第２の入射角度の調整によって少なくとも部分的に補正されるように、前記第１の温度検出ビームデフレクタの温度に基づいて調整されることを特徴とする請求項１記載の放射線測定装置。
【請求項２５】
　第３の入射角度で波長感度フィルタを経る第３のビーム経路であって、入力放射線の第３のビームを受け入れ、第３のフィルタにかけられたビームを出力する第３のビーム経路と、
　前記第３のフィルタにかけられたビームを受け入れ、対応する第３の検出信号を出力するように位置決めされた放射線検出器を備える第３の検出チャネルと、
　入力放射線を受け入れ、前記第３の入射角度で第３のビーム経路に沿った入力放射線の前記第３のビームを出力するように位置決めされている温度検出ビームデフレクタとを備え、
　前記第１の入射角度で波長感度フィルタを経る第１のビーム経路と前記第２の入射角度で波長感度フィルタを経る第２のビーム経路と前記第３の入射角度で波長感度フィルタを経る第３のビーム経路とは、実質的に同一の波長感度フィルタを経由し、
　前記第３の入射角度は、前記第２のビーム経路の前記波長感度フィルタのフィルタ特性における温度誘導変化に起因する前記第３の検出信号における潜在的変化が、前記第３の入射角度の調整によって少なくとも部分的に補正されるように、前記温度検出ビームデフレクタの温度に基づいて調整されることを特徴とする請求項１記載の放射線測定装置。
【請求項２６】
　第３の入射角度で波長感度フィルタを経る第３のビーム経路であって、入力放射線の第３のビームを受け入れ、第３のフィルタにかけられたビームを出力する第３のビーム経路と、
　第４の入射角度で波長感度フィルタを経る第４のビーム経路であって、入力放射線の第４のビームを受け入れ、第４のフィルタにかけられたビームを出力する第４のビーム経路と、
　前記第３のフィルタにかけられたビームを受け入れ、対応する第３の検出信号を出力するように位置決めされた放射線検出器を備える第３の検出チャネルと、
　前記第４のフィルタにかけられたビームを受け入れ、対応する第４の検出信号を出力するように位置決めされた放射線検出器を備える第４の検出チャネルとを備え、
　前記第３の入射角度で波長感度フィルタを経る第３のビーム経路と前記第４の入射角度で波長感度フィルタを経る第４のビーム経路とは、実質的に同一の波長感度フィルタを経由し、
　前記第１および第２のビーム経路の前記実質的に同一のフィルタは、前記第３および第４のビーム経路の前記実質的に同一のフィルタと異なる温度感度を有することを特徴とする請求項１記載の放射線測定装置。
【請求項２７】
　さらに、第１の格子および第２の格子を備え、
　前記第１の格子は、入力放射線を受け入れ、少なくとも入力放射線の第１の予備ビームを前記第１の入射角度で前記第２の格子へ、入力放射線の第２の予備ビームを前記第４の入射角度で前記第２の格子へ供給するように位置決めされ、
　前記第２の格子は、入力放射線の前記第１の予備ビームを受け入れ、入力放射線の前記第１のビームを前記第１の入射角度で前記第１のビーム経路に沿って、入力放射線の前記第２のビームを前記第２の入射角度で前記第２のビーム経路に沿って供給し、入力放射線の前記第２の予備ビームを受け入れ、入力放射線の前記第４のビームを前記第４の入射角度で前記第４のビーム経路に沿って、入力放射線の前記第３のビームを前記第３の入射角度で前記第３のビーム経路に沿って供給するように位置決めされることを特徴とする請求項２６記載の放射線測定装置。
【請求項２８】
　前記第１および第２のビーム経路の前記実質的に同一のフィルタと前記第３および第４のビーム経路の前記実質的に同一のフィルタとは、全て、実質的に同一の波長依存透過特性を有することを特徴とする請求項２６記載の放射線測定装置。
【請求項２９】
　装置が１０００立方ミリメートル以下の体積内に収まることを特徴とする請求項１記載の放射線測定装置。
【請求項３０】
　さらに、放射線源からの放射線を受け入れるための第１の端部と、少なくとも１つの波長感度フィルタに対して固定された配置状態で源放射線を伝えるように位置決めされた第２の端部とを有する少なくとも１つの源入力光ファイバを備えることを特徴等する請求項１記載の放射線測定装置。
【請求項３１】
　放射源からの放射線の波長関連特性を求めるための放射線測定方法であって、
　第１の入射角度で波長感度フィルタを経る第１のビーム経路に沿った前記放射源からの入力放射線の第１ビームを受け入れる工程と、
　前記第１のビーム経路からの第１のフィルタにかけられたビームを出力する工程と、
　前記第１の入力角度と異なる第２の入射角度で波長感度フィルタを経る第２のビーム経路に沿った前記放射源からの入力放射線の第２ビームを受け入れる工程と、
　前記第２のビーム経路からの第２のフィルタにかけられたビームを出力する工程と、
　第１の検出チャネルに沿って位置決めされている放射線検出器で第１のフィルタにかけられたビームを受け入れ、第１の検出信号を出力する工程と、
　第２の検出チャネルに沿って位置決めされている放射線検出器で第２のフィルタにかけられたビームを受け入れ、第２の検出信号を出力する工程とを備え、
　前記第１の入射角度で波長感度フィルタを経る第１のビーム経路と前記第２の入射角度で波長感度フィルタを経る第３のビーム経路とは、実質的に同一の波長感度フィルタを経ることを特徴とする放射線測定方法。
【請求項３２】
　さらに、前記第１および第２の検出チャネル信号を処理し、少なくとも第１および第２の検出チャネル信号値の比を備える少なくとも１つの信号比を求める工程を備え、前記少なくとも１つの信号比は、放射線源からの放射線の放射線波長および放射線周波数の少なくとも１つを示す信号比を備えることを特徴とする請求項３１記載の放射線測定方法。
【請求項３３】
　前記実質的に同一の波長感度フィルタは、単一のフィルタの一部を備えることを特徴とする請求項３１記載の放射線測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、放射線源からの放射線の波長関連特性を求めるための放射線測定装置および方法に関し、特に、高分解能干渉型エンコーダなどの高分解能測定に用いられる源をモニタするのに好適な装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
　ある種の測定応用には、比較的小さい波長範囲にわたる非常に高い分解能で線源の波長または周波数、または関連変化を測定することが要求される。例としては、一般的な実験室応用例と同様に、高分解能干渉型エンコーダ、様々な非接触プロファイロメータセンサ、通信業界における応用例が含まれる。さらに、多くの応用例にとって、測定は小さい空間内でかつ低いコストで実施される必要がある。いくつかの方法が、一般に、スペクトル計、干渉計および光学フィルタを通した透過を含む波長測定に用いられる。
【０００３】
　図１（ａ）は、光学バンドパスフィルタを使用する波長変化を測定するための簡単な測定システム１０を示す。測定システム１０は、入力入射ビーム１２、バンドパスフィルタ１４、フィルタにかけられたビーム１６およびパワー検出器１８を含む。入力入射ビーム１２は、フィルタにかけられたビーム１６を生成するように、フィルタ１４にかけられる。この応用例においては、無視できない波長透過依存を有するいかなる光学素子も使用することができるので、バンドパスフィルタは厳密には必要ではない。フィルタにかけられたビーム１６のパワーは、パワー検出器１８によって検出される。
【０００４】
　図１（ｂ）は、バンドパスフィルタ１４に対する透過スペクトルを示す。フィルタ１４は、半値全幅（FWHM）の波長Δλと同様に、中央の波長λ0によって特徴付けられる。ポイントＰが、波長Ｘ１で透過レベルＹ１でのフィルタ曲線２０上に示される。このポイントＰは、フィルタ曲線２０の急な部分に位置決めされ、その結果、波長におけるわずか変化を、図１（ａ）のパワー検出器１８によって検出するのと同様に、透過されたパワーを測定することによって検出することができる。このように、フィルタ曲線２０がいったん確立されると、図１（ａ）および１（ｂ）の測定システム１０は、透過されたパワーすなわち強度に基づいて波長変化を求めるための簡単な構成を提供する。
【０００５】
　図２は、図１（ａ）の測定システムを超えるある種の改良を提供する測定システム３０を示す。図２に示すように、測定システム３０は、ビームスプリッタ３４、フィルタ３８、およびパワー検出器４２および４６を含む。入力入射ビーム３２が、ビームスプリッタ３４によって、２つのビーム３６および４４に分けられる。ビーム３６は、フィルタ３８にかけられ、フィルタにかけられたビーム４０を生成する。フィルタにかけられたビーム４０のパワーは、パワー検出器４２によって検出される。ビーム４４のパワーは、パワー検出器４６によって検出される。パワー検出器４２および４６の出力を用いてフィルタにかけられていないビームのパワーに対するフィルタにかけられたビームのパワーの比を計算することによって、入射パワーにおける偏差が、名目上、誤差源として排除される。言い換えれば、波長変化とパワー源の変動を区別することができない図１（ａ）の測定システム１０に対して、図２の測定システム３０は、入射パワーにおける偏差に不感知なパワー比信号を使用し、その結果、より確かに、波長変化を区別する。
【０００６】
　図３（ａ）は、波長変化を測定するための代替構成を提供する測定システム５０を示す。測定システム３０と同様に、測定システム５０は、２つのパワー検出器の間の比を利用し、一次の入射パワーの依存を排除する。測定システム５０は、ビームスプリッタ５４、フィルタ５８および６６、およびパワー検出器６２および７０を含む。入射ビーム５２は、ビームスプリッタ５４によってビーム５６および６４に分けられる。ビーム５６は、フィルタ５８にかけられて、フィルタにかけられたビーム６０を生成する。フィルタにかけられたビーム６０のパワーは、パワー検出器６２によって検出される。ビーム６４は、フィルタ６６にかけられて、フィルタにかけられたビーム６８を生成する。フィルタにかけられたビーム６８のパワーは、パワー検出器７０によって検出される。
【０００７】
　図３（ｂ）は、フィルタ５８および６６にそれぞれ対応する２つのフィルタ曲線８０および８２を示す。図３（ｂ）に示すように、フィルタ曲線８２は、フィルタ曲線８０に重なり合う。言い換えれば、フィルタ６６の透過スペクトルは、フィルタ５８の透過スペクトルに重なり合う。ポイントＰ１が、波長Ｘ１、透過強度Ｙ2でフィルタ曲線８０上に示され、ポイントＰ２が、波長Ｘ１、透過強度Ｙ１でフィルタ曲線８２上に示される。波長Ｘ１から増加する波長について、フィルタ曲線８０における透過パワーが減少し、一方、フィルタ曲線８２における透過パワーが増加する。従って、フィルタ６６に対応する透過パワーＹ１とフィルタ５８に対応する透過パワーＹ２との比は、フィルタ５８とフィルタ６６によって共有される波長透過スペクトルに渡って、特定の波長に対して一意である。パワー検出器６２および７０の出力を用いてフィルタにかけられたビームパワーの比を計算することによって、入射パワーにおける偏差が大部分排除される。
【０００８】
　従来の測定システムの１つを示す１つの特許として、米国特許No.4,308,456がある。米国特許No.4,308,456は、２つのフィルタと２つのフォトダイオードを使用し、第１のフィルタの出力が増加する波長に従って減少し、第２のフィルタの出力は、５７５〜５９０ｎｍのバンド幅に渡って、増加する波長に従って実質的に線形的に増加する。１つの実施例において、ビームスプリッタが入射ビームを２本のビームに分けるのに利用され、それらのビームはそれぞれのフィルタを通してそれぞれのパワー検出器に送られる。第１および第２の出力の比が取られて、光の周波数に対応する出力を提供するために、予め選択された周知の周波数に対応する所定値と比較される。この発明の目的は、光の色の正確な測定を提供することにある。
【０００９】
　従来の測定システムの１つを示すその他の特許として、米国特許No.5,729,347がある。米国特許No.5,729,347は、フィルタ出力と制御信号の間の比を使用することを教示する。１つの実施例において、光カプラが、入射ビームを２本のビームに分けるのに利用され、そのビームの１つは、さらに他の光カプラによって他の２本のビームに分けられ、合計３本のビームになる。第２の光カプラによって分けられる２本のビームは、それぞれのフィルタを通してそれぞれ送られ、そして増幅器とＡ／Ｄ変換器によって処理される。他方のビームは、フィルタにかけられないが、増幅器とＡ／Ｄ変換器によって処理される。この処理においては、２本のフィルタにかけられたビームからの２つのデジタル値が評価され、その値の１つはさらなる使用のために選択される。次に、フィルタにかけられないビームに関する透過率が計算され、対応する波長がディスプレイへ出力される。これは、比較的小さい所定範囲における波長の測定のための測定システムを提供する。米国特許No.5,729,347は、入ってくる信号のスペクトルを求めるために、所定角度でフィルタを連続回転させている間、連続的に透過率の読み取りを行い、その結果に適当な信号処理を施すことによって高分解能分光計を形成することを教示する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
　上記従来技術のシステムは、波長を測定する様々な方法を示し、これらは、また、ある種の不利な点を有する。例えば、上記従来のシステムの全ては、多くの実際の応用例、特に高精度計器の応用例に関して、温度変化および他の環境影響に対して容認できないほど高い感度を有する。本発明による様々な実施例において、１００万分の１のオーダで波長変化を識別するのに役に立つ。従来技術のシステムの各信号経路に対して本質的に異なる小さい機械的な位置ずれ、ひずみ、および熱外乱が、そのような応用例および具体例においては、容認できない誤差を生成することができる。さらに、波長測定システムが多くの実際の応用例において使用可能になる前にそれらのサイズと費用を減少させる必要がある。
【００１１】
　本発明の目的は、改良された波長測定システムを提供する方法および装置を提供することにある。さらに詳しくは、本発明の目的は、実質上、環境変化に起因する波長測定値すなわち識別誤差を減少させる高集積構造を有する測定システムを提供することにある。さらに、本発明は、コンパクトで低いコストの構成でこれらの目的を達成する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
　本発明は、上記目的を達成するため、放射源からの放射線の波長関連特性を求めるための放射線測定装置であって、第１の入射角度で波長感度フィルタを経る第１のビーム経路であって、入力放射線の第１のビームを受け入れ、第１のフィルタにかけられたビームを出力する第１のビーム経路と、前記第１の入射角度と異なる第２の入射角度で波長感度フィルタを経る第２のビーム経路であって、入力放射線の第２のビームを受け入れ、第２のフィルタにかけられたビームを出力する第２のビーム経路と、前記第１のフィルタにかけられたビームを受け入れ、対応する第１の検出信号を出力するように位置決めされた放射線検出器を備える第１の検出チャネルと、前記第２のフィルタにかけられたビームを受け入れ、対応する第２の検出信号を出力するように位置決めされた放射線検出器を備える第２の検出チャネルとを備え、前記第１の入射角度で波長感度フィルタを経る第１のビーム経路と前記第２の入射角度で波長感度フィルタを経る第２のビーム経路とは、実質的に同一の波長感度フィルタを経ることを特徴とする。
【００１３】
　また、本発明は、上記目的を達成するため、放射源からの放射線の波長関連特性を求めるための放射線測定方法であって、第１の入射角度で波長感度フィルタを経る第１のビーム経路に沿った前記放射源からの入力放射線の第１ビームを受け入れる工程と、前記第１のビーム経路からの第１のフィルタにかけられたビームを出力する工程と、前記第１の入力角度と異なる第２の入射角度で波長感度フィルタを経る第２のビーム経路に沿った前記放射源からの入力放射線の第２ビームを受け入れる工程と、前記第２のビーム経路からの第２のフィルタにかけられたビームを出力する工程と、第１の検出チャネルに沿って位置決めされている放射線検出器で第１のフィルタにかけられたビームを受け入れ、第１の検出信号を出力する工程と、第２の検出チャネルに沿って位置決めされている放射線検出器で第２のフィルタにかけられたビームを受け入れ、第２の検出信号を出力する工程とを備え、前記第１の入射角度で波長感度フィルタを経る第１のビーム経路と前記第２の入射角度で波長感度フィルタを経る第３のビーム経路とは、実質的に同一の波長感度フィルタを経ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
　高分解能測定システムにおいて波長変化を測定するための方法および装置が提供される。本発明の１つの側面によれば、２つ以上のビームが、同一のフィルタ構造を通してビームを導き、好ましくは、同一のフィルタ構造を通して異なるフィルタ特性を有する経路に沿ってビームを導くことによって、それぞれフィルタにかけられる。複数のビームにフィルタをかけるための単一のフィルタ構造の使用は、複数のビームにフィルタをかけるための複数のフィルタを必要とした従来技術のシステムより明確な利点を提供する。１つの特定の利点は、各ビームに異なるフィルタを利用するシステムにおけるパワーまたは温度変動を補正するときに遭遇する困難を克服することに関連する。
【００１５】
　本発明の他の側面によれば、回折格子が複数のビームを供給する。この格子は、入射入力ビームを第１および第２のビームに分ける。従って、ビームは、異なる角度でフィルタを通して伝わり、これは、パワーおよび／または温度変動を補正するのに使用することができる２つの異なる出力値を生成するのに使用される単一のフィルタを許容する。
【００１６】
　本発明のさらに他の側面によれば、第２の回折格子が、他方のビームを検出する同一の検出器に向けて集光するようにビームの１つを回折するために利用される。シャッタを、さらに、システムが２本のビームを切り換えるのを可能にするのに使用してもよい。代わりに、シャッタを単にビームの１つを調節するのに使用することができる。代替の実施例においては、シャッタと単一の検出器を利用するよりむしろ、異なる探知器を、異なるビームを検出するのに利用してもよい。
【００１７】
　本発明のさらに他の側面によれば、第１の回折格子が、入射ビームを第１および第２のビームに分けるのに利用され、第２の回折格子が第１のビームを第１および第３のビームに、第２のビームを第２および第４のビームに分けるのに利用される。低い温度依存性がある第１のフィルタを、第１および第３のビームをフィルタにかけるのに利用し、一方、高い温度依存性がある第２のフィルタを、第２および第４のビームをフィルタにかけるのに利用してもよい。光検出器のアレイは、第１、第２、第３および第４のビームのそれぞれを検出するのに利用される。本例の４つの出力は、パワー変動と温度変化の２つの未知の値を有効に補正することができる信号を引き出すのに利用することができる。
【００１８】
　本発明のさらに他の側面によれば、温度検知のビームデフレクタが１つ以上のビームに対して備えられる。ビームデフレクタは、温度関数として、ビームがフィルタに入力する角度を変更する。
【００１９】
　本発明のさらに他の側面によれば、回折格子が入射入力光を第１、第２および第３のビームに分ける。第１の２つのビームは、異なる角度でフィルタを通して伝わり、これは、単一のフィルタが、パワー変動を補正するのに使用することができる２つの異なる出力値を生成するのに使用することを可能にする。第３のビームは、ビームデフレクタを通過し、このビームデフレクタは、温度関数として、ビームがフィルタに入力する角度を変える。第１および／または第２のビームからの出力信号の組み合わせにおいて、本実施例の第３のビームに関連した出力は、温度変化の影響を有効的に補正するのに使用することができる信号を引き出すのに利用することができる。
【００２０】
　本発明のさらに他の側面によれば、温度検知のそれぞれのビームデフレクタは、少なくとも２本のビームのそれぞれに対して備えられる。1つの実施の形態において、それぞれの温度検知のビームデフレクタは、温度の関数として、それぞれのビームがフィルタに入る角度を調整する。様々な実施の形態において、デフレクタは、波長変化を測定するための装置を実質的に温度変動に対して不感にするために、それぞれのビームから生じる出力におけるフィルタ固有の温度感度の影響を取り消す角度の温度検知調整を提供する。
【００２１】
　本発明は、波長測定誤差を実質的に減少させるために、２本以上のビームをそれぞれにフィルタにかけるのに実質的または完全に同じフィルタ構造と異なるビーム通路を利用する超小型の構成を提供する。さらに、様々な構成が、パワー変動と温度変化の両方を補正するのに使用可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
　以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２３】
　図４は、本発明に従って形成された測定システム１００を示す。測定システム１００は、発散放射／光源、フィルタ１２０、検出器１５０および１５５、および信号処理回路１６０を含む。
【００２４】
　ポイント１０１から、入射する発散ビームが入射ビーム１０２および入射する傾けられたビーム１０４および１０６に発散する。入射ビーム１０２は、ビーム１１２としてフィルタ１２０を通過し、フィルタにかけられたビーム１３２として出現し、このビーム１３２は検出器１５０に供給される。入射する傾けられたビーム１０６は、ビーム１１６としてフィルタ１２０を通過し、フィルタにかけられたビーム１３６として出現し、このビーム１３６は検出器１５５に供給される。傾けられたビーム１１６は、フィルタ１２０の表面に対して垂直な方向に関して角度θでフィルタ１２０を通過する。従って、傾けられたビーム１１６は、ビーム１１２と異なってフィルタにかけられ、傾けられフィルタにかけられたビーム１３６は、以下で詳細に説明されるように、フィルタにかけられたビーム１３２と異なる信号を提供する。検出器１５０および１５５は、それぞれのフィルタにかけられた信号を、信号線１５２および１５７を経てそれぞれ信号処理回路１６０へ出力する。１つの実施の形態において、各検出器１５０および１５５は、検出器のサイズに依存する角度の範囲例えばθ＋δθに渡り積算する。様々な他の実施の形態において、様々な他の絞りまたは光学素子（図示せず）が、それぞれの検出器によって受光されるビームを狭い角度範囲に制限するように配置されている。
【００２５】
　他の実施の形態において、検出器１５０および１５５は、実際には、それぞれの入射角を有する発散ビーム経路の全体の範囲にわたる一次元または二次元検出アレイによって、提供される。選択された名目上の角度に対応する限定的なサブ範囲にわたる検出アレイの１つ以上の素子のそれぞれの２つのセットからの信号は、さらに以下で述べるように、（必要なら）結合されて、信号処理のためにそれぞれの信号線１５２および１５７上に出力される。
【００２６】
　さらに他の実施の形態において、一次元または二次元検出アレイが２つ以上の有効検出出力を供給し、各出力は、それぞれの入射角を有する異なる有効ビーム経路に対応する。信号処理回路１６０は、一次元または二次元検出アレイの各検出素子からの出力信号を受け取る。そして、信号処理回路１６０は、アレイ中における強度の空間分布を分析し、例えばルックアップテーブルとの比較によって、入射するビーム１０１の波長を求める。ルックアップテーブルは、様々な周知の放射源波長を入力して、対応する強度分布を格納することによって、実験的に構成される。そのような一次元または二次元の検出アレイが、２つ以上の検出出力を以下に述べられる他の様々な測定システムの実施形態に提供するために、同様に使用される。一次元または二次元の検出アレイを使用するそのような実施の形態は、いくつかの場合においてより複雑な信号処理およびより長い間処理時間を費やすけれども、様々なビームアライメントをほとんど検知せず、実際により良い測定分解能および精度を与える。
【００２７】
　測定システム１００の構成は、ある従来技術システムで使用される２つの別々のフィルタに代わる単一のフィルタ構造の使用を許す。単一のフィルタの使用は、入射ビーム１０２および角度を成して入射するビーム１０６が異なる角度でフィルタ１２０を通過し、それぞれのビームに対する異なるフィルタ経路を供給し、その結果、本発明による複数のフィルタ信号を供給する。
【００２８】
　１つの実施の形態において、フィルタ１２０は、誘電性のファブリーペロー（Fabrey-Perot）フィルタである。商業的にそのようなフィルタを提供するベンダのひとつが、Melles-Griotである。そのようなフィルタは、フィルタの表面に垂直な方向に関して入射ビームの入射角θでのフィルタ特性の所望の依存を提供することができる。フィルタが最大透過の中央の波長λ0によって特徴付けられるとき、依存は以下の式（１）によって与えられる（０〜π/９（rad）のθに対して少なくとも１つの実施の形態において有効である)。
【００２９】
【数１】
2004109137.tif 000003
【００３０】
　　　ここで、λθは、入射角でのピーク中央波長、
　　　　λ0は、垂直入射でのピーク中央波長、
　　　　Ｎeは、外部媒体の屈折率、
　　　　Ｎ＊は、フィルタの有効屈折率、
　　　　θは、入射角度である。
【００３１】
　角度θは、中央波長λ0において所望量を移行させるために選択することができるので、以下に図６および図７を参照して詳細に述べるように、２つの重なり合う透過曲線を得ることが可能になる。
【００３２】
　図３（ｂ）に示される従来技術の重なり合う透過曲線に対して、本発明の原理による重なり合う透過曲線は、実質的に同じフィルタ構造を通して複数のビームを導き、好ましくは、同一のフィルタ構造を通して複数のビームを導くことから生じる。これには、さらに以下に述べるように、特に変化する環境条件の下で正確に小さい波長変化を見分ける必要がある応用例、および特に低コストとコンパクトなサイズを必要とする応用例にとって、多くの利点がある。
【００３３】
　１つの実施の形態において、出典波長で変化を求めることにおける分解能のppmレベルを達成するために、重なり合う透過曲線から生じるそれぞれのフィルタ信号に基づいた比は、信号処理回路１６０によって約１０００分の１の分解能で求められ、そして、ルックアップテーブルまたは他の変換方法が、関連源波長との比を変換するか、または基準すなわち初期源波長に対する源波長における変化を求めるのに利用される。様々な実施の形態に適した、比を求める式については、以下でより詳細に説明する。測定システム１００は、１つのフィルタ構造のみを利用する超小型構成を提供する。本発明による信号処理を行う様々な実施の形態においては、さらに以下で説明するように、そのような構成が、パワー変動だけでなく、特に、環境条件、潜在的な機械的および熱的ひずみおよびフィルタの温度変化による誤差に起因する波長測定誤差を実質的に減少させる。これは、離散フィルタおよび検出部品を利用する従来の方法を超える実質的な改良を提供し、その結果、測定システム設計におけるより高い部品コストと追加された複雑さと同様に、実用システム設計において高精度で補正することができない温度変動と他の環境影響に対する個々の残りの感度を有する。
【００３４】
　図５は、本発明の代替例を表す測定システム２００を示す。測定システム２００は、この測定システム２００がフィルタ構造を通して複数のビーム経路を供給するための格子を含み、よりパワー効率的で、図４の測定システム１００より少数の部品および源アライメントの変動を潜在的に検知しない点で、測定システム１００と異なる。より具体的には、図５に示すように、測定システム２００は、ビーム偏向素子として作用する格子２１０、フィルタ２２０、検出器２５０および２５５、および信号処理回路２６０を含む。
【００３５】
　入射ビーム２０２は、格子２１０によって、透過光２１２と、＋／−１次の傾けられた入力ビーム２１４および２１６とに分けられる。また、様々な実施の形態において、０次と＋１次のみを回折するように、格子２１０をブレーズド回折格子として設計することが可能であり、その結果、ビーム２１４を排除し、パワー伝送効率を改善する。また、様々な他の実施の形態において、いかなる他の適当な公知または後に開発されるビーム偏向素子を、格子２１０に代えて使用してもよい。１つの実施の形態において、入射ビーム２０２のおよそ半分をトラップするプリズムまたはくさびを、格子２１０に代えて使用してもよい。しかしながら、プリズムを使用するそのような構成は、ビーム位置がプリズムによってトラップされるビームの割合を決定し、ビーム２１６を生成するので、プリズムに対する入射ビーム２０２の位置における変化に応答して測定誤差を生成するというより大きい傾向を有する。格子２１０を使用する実施の形態は、一般に、格子に対するビーム位置の小さい変動を検知せず、よって、好ましい。
【００３６】
　透過ビーム２１２と１次傾けられたビーム２１６はフィルタ２２０を通過して、フィルタにかけられたビーム２３２と傾けられフィルタにかけられたビーム２３６にそれぞれなり、本発明による異なるフィルタ経路から２つのフィルタ信号を供給する。フィルタにかけられたビーム２３６は、検出器２５０よって受光され、傾けられフィルタにかけられたビーム２３６は、検出器２５５によって受光される。検出器２５０および検出器２５５は、出力２５２および２５７をそれぞれ信号処理回路２６０に供給する。測定システム２００は、図４の測定システム１００の利点と同様の利点を提供し、各ビームに対して異なるフィルタを利用する上述の従来のシステムを超える明確な利点を提供する単一のフィルタ構造の使用を含む。具体的には、単一のフィルタ構造を通るそれぞれの放射経路のフィルタの特性の温度感度は、ほぼ同じであるか、放射経路の長さに比例するか、または少なくとも非常に相互に関連する。その結果、温度変動および他の環境影響による各放射経路に沿った残りのフィルタ感度を、実際のシステム設計において、高精度で、確実に補正することができる。さらに、測定システム設計の部品コストと複雑さは減少される。
【００３７】
　測定システム２００の１つの実施の形態において、設計は、フィルタ１２０または２２０にバンドパスフィルタを使用して、６３５ｎｍの領域で波長ドリフトを測定するのに焦点を合わせられる。図６は、本発明の原理によるバンドパスフィルタ構造から信号を供給する１つの実施の形態に対応する透過スペクトルダイアグラムである。図６は、入射角度０（rad）で入射するビームのためのバンドパスフィルタの特性に対応する第１の透過曲線２７０を示す。この角度に関して、フィルタは、６３８ｎｍにほぼ等しい中心波長ほぼ３ｎｍの通過帯域の半値全幅（FWHM）、および、ほぼ６２％のピーク透過率Ｔ0を有する。図６は、また、入射角度０（rad）でない入射ビームに対応する同一のバンドパスフィルタについての第２の透過曲線２８０を示し、第２の透過曲線２８０は、一般に、式（１）を参照して先に述べたように、フィルタの透過曲線の中心波長λ0をより短い波長でシフトすることで一致する。
【００３８】
　図６は、透過曲線２７０および２８０の好ましい操作領域２９０を示す。また、便宜上、透過曲線は、次の説明において単一の曲線として引用され、曲線に沿った信号値が、記述されている。特定の波長とそれぞれの入射角度のビームについて、それぞれの透過曲線が、対応する検出器からの結果として生じたフィルタ信号を理想的に決定する。操作領域２９０は、線形領域であるにすぎない。次の説明において、関連する説明を簡素化するために、それは線形であると仮定される。最も重要なことは、操作領域は、単一の透過曲線２７０および２８０が重なり合う領域であり、その結果、単一の源波長は、フィルタを通る２つのそれぞれのビーム経路に沿って、２つの有用な出力信号を発生させる。例示的な操作領域２９０は、約６３５．５ｎｍから約６３６．５ｎｍまで広がり、よって、この操作領域は、当該領域に渡る非常に素晴らしい波長識別に適する。
【００３９】
　本発明の原理に従って生成された信号に関して、操作領域２９０における透過曲線２７０および２８０は、本質的に、わずかな波長シフトを有する同一の曲線である。従って、操作領域２９０におけるいかなる波長についても、２つの信号Ｓ１とＳ２の間の信号差分２９１が、名目上一定である。名目上完全に制御された操作状態で、いずれの透過曲線も、高精度で波長を求めるのに使用されるであろう。しかしながら、それぞれの信号の変化は、例えば電力供給変動、同相モード環境変化などに起因する入射ビームのパワーの変動または検出器の公称利得の変化から生じる。多くのそのような変化は、本発明の原理による測定システムにおける両信号について比例する。そのような場合、操作領域２９０上のいかなる波長も、同相モードパワーおよび利得変動に関して信号を標準化することによって、正確に求められる。１つの実施の形態において、各信号における同相モードパワーおよび利得変動の影響は、事実上、次の式（２）のように、結合された信号比の関数ｆとして波長を求めることによって、克服される。
【００４０】
【数２】
2004109137.tif 000004
【００４１】
　代替の結合された信号比は、当業者には明らかなように、様々な他の実施の形態において用いてもよい。前述したように、ルックアップテーブルまたは他の変換方法は、式（２）による比または代替の信号比を、関連源波長λactに変換するのに、または基準または初期源波長に対する源波長の変化を求めるのに役立つ。操作領域２９０が十分に線形でない場合については、ほぼ正確なルックアップテーブルまたは変換方法が実験的に求められてもよい。
【００４２】
　ほぼ図６に対応する測定システム２００の１つの実施の形態において、中心波長λ0における結果として生じるシフトが０．２５ｎｍであるような、ゼロでない角度θを提供することが好ましい。そのような実施の形態について、λ0＝６３７．５ｎｍ、Ｎe＝１、およびN*＝２．０で、例えば、中心波長λ0におけるほぼ０．２５ｎｍの好ましいシフトを提供するために、角度θ＝４π／１８０（rad）の入射ビームがほぼλ0＝６３７．２５ｎｍに中心をおく透過曲線を提供することが式（１）に基づいて求められる。角度θ＝４π／１８０（rad）の入射ビームに関連する格子特性を計算するために、格子式ｄ*sinθ＝ｍλを使用することができる。ここで、ｄは格子ピッチ、ｍは次数（この場合、ｍ＝１）である。θ＝４π／１８０（rad）、６３５ｎｍの源波長については、上記式は、ｄ＝９．１μｍを算出する。
【００４３】
　測定システム２００のこの実施の形態において、２ｍｍ厚のフィルタ２２０およびθ＝４π／１８０（rad）について、透過ビーム２１２と傾けられたビーム２１６の中心は、フィルタ２２０の背面において〜０．１４ｍｍで分離される。小型検出器が検出器２５０および２５５に使用され、入射ビームのビーム直径が０．１ｍｍのオーダであるとき、理論上、フィルタ２２０および格子２１０の直径または幅は、小型測定システム２００を提供するために、１ｍｍオーダまたはさらに小さい。しかしながら、様々な他の実施の形態において、入射ビーム２０２のビーム直径は、便宜上、１／２ミリメータのオーダにあり、検出器２５０および２５５は、１ミリメータのオーダの検出領域直径または幅を有し、約１ミリメータの中心間隔を有する。従って、様々実施の形態において、検出器２５０および２５５でのフィルタにかけられたビーム２３２および傾けられフィルタにかけられたビーム２３６に対する所望の分離を提供するために、本発明による小型測定システムの全径または幅は、便宜上、約３ミリメータで、入射ビーム２０２の方向に沿った小型測定システムの長さは１４ｍｍのオーダにある。様々な実施の形態において、格子２１０からフィルタ２２０の前面までの間隔、および／または格子２１０の背面から検出器２５０および２５５までの間隔は、フィルタにかけられたビーム２３２および傾けられフィルタにかけられたビーム２３６と検出器２５０および２５５に対する所望の分離を提供する間隔にセットされる。様々な実施の形態において、ガラススペーサブロックを、所望の間隔を提供するのに使用することができる。
【００４４】
　先の記述は、全般的に、図６に示すバンドパスフィルタ特性の点に関するものであるけれども、適当な入射角度を有するビーム経路が提供されるとき、操作領域２９０に類似する操作領域が他のフィルタタイプおよびそれらの対応する透過曲線によって提供されてもよい。１つの例として、図３（ｂ）に関して前述したフィルタ曲線８２に対応するフィルタが使用可能である。従って、本発明による様々な実施の形態において、損失パスフィルタ、ハイパスフィルタ、およびノッチフィルターを含むバンドパスフィルタ以外のフィルタタイプが、適切な操作範囲に渡って使用される。
【００４５】
　図７は、本発明の原理によるバンドパスフィルタ構造から信号を供給するための第２実施の形態を示す透過スペクトルダイアグラムである。図７は、対応するビームに対する増加された入射角を使用することによって透過曲線２８０’を提供するために透過曲線２８０がシフトされるのを除いて、図６に類似する。本発明による様々な実施の形態において、図７に示すように、中心波長λ0における結果として生じるシフトが３ｎｍのFWHMパスバンド幅であり、透過曲線２７０および２８０’がほぼ関連するような、ゼロでない角度θを提供することが好ましい。図７は、透過曲線２７０および２８０’の好ましい操作領域２９０’を示す。透過曲線２７０および２８０’は、交差ポイント２９５で一致する。様々な実施の形態において、交差ポイント２９５は、公称基準温度ＴRでの公称基準放射波長λRに対応する。さらに、交差ポイント２９５は、以下に式（４Ａ）〜（４Ｄ）を参照して述べるように、公称信号パワー／利得レベルＰRでの公称基準信号値ＦRに対応する。
【００４６】
　操作領域２９０と同様に、操作領域２９０’は、単に線形領域に過ぎない。次の説明において、関連説明を簡素化するために、それが線形であると仮定する。最も重要なことは、操作領域は、透過曲線２７０および２８０’が重なり合う領域であり、その結果、単一の源波長は、フィルタを通した２つのそれぞれのビーム経路に沿って２つの有用な出力信号を発生させる。この例において、操作領域２９０’におけるいかなる波長についても、２つの信号Ｓ１およびＳ２の合計が名目上一定である。名目上完全に制御された操作状態で、いずれの透過曲線も、高精度で波長を求めるのに使用されるであろう。しかしながら、図６を参照して先に述べたように、それぞれの信号の変化は、例えば電力供給変動、同相モード環境変化などに起因する入射ビームのパワーの変動または検出器の公称利得の変化から生じる。多くのそのような変化は、本発明の原理による測定システムにおける両信号について比例する。そのような場合、操作領域２９０’上のいかなる波長も、同相モードパワーおよび利得変動に関して信号を標準化することによって、正確に求められる。１つの実施の形態において、各信号における同相モードパワーおよび利得変動の影響は、事実上、次の式（３）のように、結合された信号比の関数として波長を求めることによって、克服される。
【００４７】
【数３】
2004109137.tif 000005
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
【００４８】
代替の結合された信号比の式は、当業者に明らかなように、様々な実施の形態において使用される。式（２）を参照した先の説明と同様に、操作領域２９０’が十分に線形でない場合については、ほぼ正確なルックアップテーブルまたは変換方法が実験的に求められる。
【００４９】
　ほぼ図７に対応する測定システム２００の１つの実施の形態において、中心波長λ0における結果として生じるシフトが３．０ｎｍであるような、ゼロでない角度θを提供することが好ましい。そのような実施の形態について、λ0＝６３７．５ｎｍ、Ｎe＝１、およびN*＝２．０で、例えば、中心波長λ0におけるほぼ３．０ｎｍの好ましいシフトを提供するために、角度θ＝１１．２π／１８０（rad）の入射ビームがほぼλ0＝６３４．５ｎｍに中心をおく透過曲線を提供することが式（１）に基づいて求められる。角度θ＝１１．２π／１８０（rad）の入射ビームに関連する格子特性を計算するために、格子式ｄ*sinθ＝ｍλを使用することができる。ここで、ｄは格子ピッチ、ｍは次数（この場合、ｍ＝１）である。θ＝１１．２π／１８０（rad）、６３５ｎｍの源波長については、上記式は、ｄ＝３．２７μｍを算出する。
【００５０】
　測定システム２００のこの実施の形態において、２ｍｍ厚のフィルタ２２０およびθ＝１１．２π／１８０（rad）について、透過ビーム２１２と傾けられたビーム２１６の中心は、フィルタ２２０の背面において〜０．４０ｍｍで分離される。小型検出器が検出器２５０および２５５に使用され、入射ビームのビーム直径が０．３ｍｍのオーダであるとき、理論上、フィルタ２２０および格子２１０の直径または幅は、小型測定システム２００を提供するために、１ｍｍオーダまたはさらに小さい。しかしながら、様々な他の実施の形態において、入射ビーム２０２のビーム直径は、便宜上、１／２ミリメータのオーダにあり、検出器２５０および２５５は、１ミリメータのオーダの検出領域直径または幅を有し、約１ミリメータの中心間隔を有する。従って、様々実施の形態において、検出器２５０および２５５でのフィルタにかけられたビーム２３２および傾けられフィルタにかけられたビーム２３６に対する所望の分離を提供するために、本発明による小型測定システムの全径または幅は、便宜上、約３ミリメータで、入射ビーム２０２の方向に沿った小型測定システムの長さは５ｍｍのオーダにある。様々な実施の形態において、格子２１０からフィルタ２２０の前面までの間隔、および／または格子２１０の背面から検出器２５０および２５５までの間隔は、フィルタにかけられたビーム２３２および傾けられフィルタにかけられたビーム２３６と検出器２５０および２５５に対する所望の分離を提供する間隔にセットされる。様々な実施の形態において、ガラススペーサブロックを、所望の間隔を提供するのに使用することができる。
【００５１】
　図６および図７のいずれかに示される透過曲線構成に関して、本発明による様々な実施の形態において、信号Ｓ１およびＳ２が、信号源ビームからのそれらの分割後に、同じ物理素子およびインタフェースのみを伝わるビームから引き出される。従って、従来技術のシステムとの比較において、材質または汚れを変えることなどによるビーム経路に沿った温度、アライメント変動、パワー減衰に渡る、フィルタ特性における名目上のフィルタ特性変動における小さな変動に起因するある種の誤差は、本発明の原理による同相モード誤差として、大部分排除される。
【００５２】
　図８は、本発明の第２の代替実施の形態を示す測定システム３００のブロック図である。測定システム３００は、格子３１０、フィルタ３２０、格子３３０、シャッタ３４０、検出器３５０、信号処理回路３６０、および温度検知素子３６５を含む。１つの実施の形態において、格子３１０および３３０は、直接、フィルタ３２０上に蒸着され、また、他の実施の形態において、フィルタ上に接着された基板上に蒸着される。様々な他の実施の形態において、格子３１０および３３０は、適当な機械的手段によって、フィルタ３２０の２つの面から所望の距離で簡単に装着される。測定システム３００は、第２の格子３３０、シャッタ３４０、および信号検出器３５０の使用によって、図５の測定システム２００と異なる。
【００５３】
　図８に示すように、入射ビーム３０２が格子３１０によって透過ビーム３１２と、＋／−１次傾斜されたビーム３１４および３１６に分けられる。透過ビーム３１２と１次傾けられたビーム３１４および３１６は、本発明の原理に従って、フィルタ３２０を通過して、異なるフィルタ経路からのフィルタ信号を提供する。フィルタ３２０を通過した後、透過ビーム３１２と１次傾けられたビーム３１４および３１６は、ほぼ図示するように、格子３３０によって偏向され、フィルタにかけられたビーム３３２および傾けられフィルタにかけられたビーム３１４および３１６を提供する。傾けられフィルタにかけられたビーム３１４および３１６が単一の検出器に集光するために、格子３３０は、一般に、格子３１０より細かいピッチを有する。全てのフィルタにかけられたビーム３３２，３３４および３３６は、シャッタ３４０の操作に従って、それらが全て検出器３５０に到達することができるように導かれる。また、シャッタ３４０は、有効に、単一の検出器３５０を共有する２つの検出チャネルを提供する。検出器３５０は、シャッタ３４０の動作によって決定されるように、異なる時間で２つの異なる信号を提供する。
【００５４】
　フィルタにかけられたビーム３３２，３３４および３３６は、全て、検出器３５０に入射する前にシャッタ３４０を通過する。シャッタ３４０は、測定システムがフィルタにかけられたビーム３３２，３３４および３３６を選択的に切り換えることを許す。様々な実施の形態において、シャッタ３４０は、フィルタにかけられたビーム３３２，３３４および３３６のそれぞれに対する開口を提供する複数開口シャッタであり、ビーム３３２，３３４および／または３３６のいずれが検出器３５０に入射されるかを選択するのに使用可能な、適当な公知または後に開発されるシャッタ、光弁、またはビームステアリング装置から構成されてもよい。様々な実施の形態において、ＭＥＭＳに基づいたシャッタ、光弁またはビームステアリング装置が使用される。適当なＭＥＭＳ装置は、１つ以上の米国6,226,116，6,313,937および6,275,320に開示されている。代わりに、Coventor Inc. of Cary, North Carolina, USAから商業的に入手可能な小型Optical Shutter Array Platformが、シャッタ３４０を提供するのに適合する。様々な他の実施の形態において、シャッタ３４０は、いかなる適当な公知または後に開発される、小型の慣用的なエレクトロメカニカルアクチュエータまたはモータ、シャッタ、および／または開口から構成されてもよい。さらに他の実施の形態において、シャッタ３４０は、いかなる適当な公知または後に開発されるＬＣＤ光弁から構成されてもよい。いかなる場合においても、ビームがいったん検出器３５０に入射されると、検出器３５０は、前述したように、少なくとも２つの出力３５２および３５７を信号処理回路３６０に供給する。
【００５５】
　本発明の原理による様々な実施の形態の測定ステムの前述した利点に加えて、図８に示す実施の形態は、さらに、個々の検出器変動によって起こる信号変動に起因する測定システム誤差を減少させる。例えば、材質を変えるまたは汚れなどによるビーム経路に沿った温度、アライメント変動、パワー減衰に渡る、検出器特性における名目上の検出器特性変動の小さな変動に起因するある種の誤差は、図８に示す構成に従って、同相モード誤差として、大部分排除される。
【００５６】
　一般に、光学フィルタのフィルタ特性は、温度によっていくらか変化する。特に、ピークまたは中心透過波長によって特徴付けられているフィルタに関しては、中心波長（すなわち、全体の透過曲線）が温度でシフトされる。図６に関して、これは、透過曲線２７０または２８０を、フィルタの温度の変化に比例してより高いまたは低い波長側にシフトさせることに同等である。従って、以下により詳細に述べるように、温度影響は、ビームの入射角度における変化とほぼ区別することができない。同様に、付加情報がないとき、フィルタにおける温度影響による信号変化は、フィルタに入る放射線の波長変化と区別することができない。
【００５７】
　本発明による実施の形態の測定システムの様々な応用において、測定システムの波長測定分解能および精度は、温度影響について信号を補正することなく、十分である。１つの実施の形態において、低い温度感度を有するフィルタが使用される。例えば、商業的に入手可能な高密度波長分割多重方式（ＤＷＤＭ）フィルタ（ベンダであるEdmund ScientificからのＤＷＤＭバンドパスフィルタのファミリなど）は、約．００１nm／Ｋの温度感度を有する。すなわち、フィルタの中心波長は、約．００１nm／Ｋで変化する。従って、操作環境が比較的安定している多くの応用例において、例えば、＋／−５Ｋの場合、関連誤差は、たった＋／−．００５ｎｍのオーダ、または６３５ｎｍの光に対して約８ｐｐｍにある。
【００５８】
　しかしながら、本発明による実施の形態の測定システムの様々な他の応用例において、波長測定分解能および精度は、１ｐｐｍのオーダにあるかまたはより良いことが望まれる。このような応用例において、信号は、フィルタ構造における温度影響に対して補正されなければならない。図８は、温度検知素子３６５を示し、この温度検知素子３６５は、信号処理回路３６０へ温度信号を供給する温度信号出力３５７を提供する。様々な実施の形態において、温度検知素子３６５は、サーミスタ、熱電対、抵抗温度検出器（ＲＴＤ）、電流出力温度デバイス、または他の適当な公知または後に開発される温度検知素子のいずれか１つでもよい。
【００５９】
　温度信号は、フィルタ３２０における温度影響を補正するために、信号処理回路３６０で使用可能である。前述したように、温度変化の影響は、図６および図７に示す透過曲線２７０，２８０および／または２８０’を、フィルタの温度の変化に比例してより高いまたは低い波長側にシフトさせることにほぼ同等である。従って、様々な実施の形態において、源波長における変化の温度補正測定を達成するために、重なり合う透過曲線から生じるそれぞれのフィルタ信号に基づいた比は、信号処理回路３６０によって求められる。基準すなわち初期温度信号に対する温度信号の値に基づいて、ルックアップテーブルまたは他の変換方法が、基準すなわち初期温度で、信号比をその期待値に補正するか変換する。ルックアップテーブルまたは他の変換方法は、制御された状態で測定装置温度を変え、様々な源波長に対するフィルタ信号または信号比における対応する変動を求めることによって、実験的に求められる。補正または変換された信号比は、正確に、フィルタの温度影響と独立して、源波長または周波数に対応する。代わりに、信号比を求める前に、各検出器信号を温度補正するようにしてもよい。
【００６０】
　本発明による様々な測定システムにおいて、上述した温度補正方法および装置は、満足できるものである。しかしながら、本発明による様々な測定システムにおいて、より正確そして／または簡単な測定システムは、以下に詳細に述べるように、フィルタ操作温度における変動を求めるかまたは補正するために、本発明による付加フィルタ経路信号の使用から生じる。
【００６１】
　図９は、本発明の第３の代替実施の形態を示す測定システム４００を示す。以下により詳細に述べるように、測定システム４００は、１つのフィルタ構造を使用して２本のビームを生成するというよりむしろ測定システム４００が２つのフィルタ構造を使用して４本のビームを生成することを除いて、図４〜図８に関して上述した概念と同様の概念を利用する。様々な実施の形態において、本発明による信号処理に関して、さらに以下に詳細に述べるように、この構成は、測定システムの精度におけるさらなる改良を可能にする。いくつかの改良は、実質的に、パワー変動によるだけでなく、環境変動による波長測定誤差、そして特に、測定システム４００のフィルタ部品の温度変化による誤差を減少させることを含む。
【００６２】
　測定システム４００は、第１の回折格子４１０、光学的透明基板４２０、第２の回折格子４３０、フィルタ４４０および４４５、および、４つの光検出器４５０，４５１，４５２および４５３を有する光検出アレイを含む。これらの部品の全ては、ハウジング４７０内に収容される。入射ビーム４０２は、格子４１０によって、入射０次ビーム４１２および入射１次ビーム４１６に分けられる。透明基板４２０を通過した後、入射ビーム４１２は、格子４３０によって分けられ、フィルタにかけられたビーム４３２および傾けられフィルタにかけられたビーム４３４を含む第１のフィルタにかけられたビーム対４３１を提供する。同様に、入射１次ビーム４１６は、格子４３０によって分けられ、フィルタにかけられたビーム４３６および傾けられフィルタにかけられたビーム４３８を含む第２のフィルタにかけられたビーム対４３５を提供する。図９に示す実施の形態において、回折格子４１０および４３０は、同じ仕様で製作されるブレーズド回折格子である。ただし、上記回折格子の１つは、図示の主要経路に沿った光信号に干渉するかもしれない他の放射経路に沿った他の回折次数を抑えて、ブレーズ角が、図９に示されるようにほぼ操作可能な方向に沿って４つの放射ビーム４３２，４３４，４３６および４３８を発生するように、逆向きに配置される。格子ピッチは、特定の実施の形態において所望の入射角を提供するために、前述したように求められる。１つの実施の形態において、回折格子４１０および４３０は、他の次数を抑えて、そのような回折格子に関する技術分野で一般的に知られているように、０次および１次回折ビームとして等しい効率の放射ビームを発生させる。格子ピッチなどの格子パラメータは、図９に拡大して示されない。
【００６３】
　フィルタにかけられたビーム４３２および傾けられフィルタにかけられたビーム４３４は、それぞれ、検出器４５０および４５１に向けて、バンドパスフィルタのフィルタ４４０を通過する。１つの実施の形態において、狭いバンドパスフィルタのフィルタ４４０は、比較的小さい温度依存を有する。フィルタにかけられたビーム４３６および傾けられフィルタにかけられたビーム４３８は、それぞれ、検出器４５２および４５３に向けて、バンドパスフィルタのフィルタ４４５を通過する。１つの実施の形態において、狭いバンドパスフィルタのフィルタ４４５は、比較的小さい温度依存を有する。検出器４５０〜４５３を有する検出アレイは、単一のコンパクトな組立部品を利用するのと同時に、複数ビームの同時測定を可能にする。様々な実施の形態において、アレイに利用される検出器は、象限アレイなどのように、別々の離散的な検出器またはモノリシック結合アレイとすることができ、それは、検出器較正を簡素化し、誤差の同相モード除去を強調することができる。例えば、様々な実施の形態において、結合アレイは、様々な検出器４５０〜４５３の温度感度がほぼ一致するかまたは非常に相互に関連があるので、使用される。その結果、温度変動および他の環境影響による残りの検出器感度は、実際のシステム設計において、高い精度で確実に補正することができる。さらに、測定システム設計の部品コストおよび複雑さは、実質的に減少される。代わりの実施の形態において、測定システム４００の平面的に構成された組立部品は、それぞれ異なる波長を有する放射線の複数ビームの同時検出および測定のために実施された検出器の追加列を有する形に拡張されてもよい。
【００６４】
　上述したように、回折格子４１０および４３０の両方を通過した後、入射ビーム４０２は、４つの別々のフィルタにかけられたビーム４３２，４３４，４３６および４３８に分けられる。フィルタにかけられたビーム４３２および４３６は、フィルタ４４０および４４５を垂直入射で通過し、一方傾けられフィルタにかけられたビーム４３４および４３８は、フィルタ４４０および４４５を前述した角度で通過する。この構成は、各フィルタ４４０および４４５にそれぞれ対応する本発明によるそれぞれの対の別々のフィルタ信号を提供する。すなわち、各フィルタ構造は、それぞれ、単一のフィルタ構造から１つのフィルタ信号を提供する実施の形態に関して上述したように、１対のフィルタ信号を提供する。従って、測定システム４００は、前述した測定システム１００，２００および３００と比較して、適当な信号処理に従って、温度変動を求めそして／または温度誤差を補正するのに使用することができる追加測定信号を提供する。測定システム４００のフィルタ温度応答と２つの信号対に関する様々な関連信号処理原理を、以下により詳細に述べる。
【００６５】
　図９の測定システム４００は、説明のために、１つの実施の形態において、２つの測定サブシステム４８０および４９０を含むことを考慮することができる。それぞれは、前述した原理に従って構成される。しかしながら、それぞれのサブシステム４８０および４９０は、同様の中心波長および操作領域を有するフィルタを使用するが、１つのフィルタは、比較的小さい温度依存に従って選択されるかまたは設計され、１つは、比較的高い温度依存に従って選択されるかまたは設計される。２つの信号は、それぞれ、２つの測定サブシステムのそれぞれを通して、例えば検出器４５０および４５１と検出器４５２および４５３によって、供給され、その結果、各測定サブシステムの出力を、パワー標準化のために補正することができる。代わりの実施の形態において、入力パワーが両方のフィルタに対して同様に変化すると仮定することができるので、４つよりむしろ３つの信号が利用される。しかしながら、以下に述べるように４つの信号の使用は、精度と信頼性の余分なマージンを許容する。
【００６６】
　図４〜図８を参照して前述した測定システムによって提供される２つの信号は、一般に、パワー変動で引き起こされた波長測定誤差を補正するように設計される。代わりに、パワー変動が公知または後に開発される手段によって無視可能なレベルまで減少され、適当な温度センサが追加されると、温度で引き起こされた測定誤差は、名目上、求められ、補正される。しかしながら、より一般的には、無視できないパワー変動および温度変動の両方があると、図４〜図８を参照して前述した測定システムは、いくつかの実施の形態において、温度とパワー変化の寄与の両方を補正するように設計されない。これに対し、図９を参照して述べた測定システムなど、３または４つの信号を供給し利用するシステムは、温度とパワー変化の両方を補正するように設計される。
【００６７】
　原則として、各サブシステムは、実際の波長変化と、意図的に制御され、各サブシステムに対して一意にされる見かけの波長変化に対する温度依存寄与の両方を含む見かけの波長変化を求める。本発明によるサブシステムは、温度誤差以外の潜在的な誤差源に関して非常に正確で安定である。その結果、２つのサブシステムによって示される見掛けの波長変化の間の関係は、分析、実験および／または較正に基づいて、確実に温度に関連付けられる。従って、いずれかまたは両方のサブシステムの温度誤差を排除すことができる。例えば、適切に正確なルックアップテーブルまたは変換方法は、サブシステム信号間の関係がフィルタ温度を求めるのに使用可能であるように、実験的に求められる。フィルタ温度は、そのフィルタサブシステムによって示される波長を補正するのに用いられる。代わりに、２つの特定のサブシステムの波長指示の間の関係は、直接、温度補正波長を参照するかまたは計算するのに使用される。
【００６８】
　次に、温度およびパワー変化の２つの未知の変数について解くのに使用可能な２つの式を生成するのに４つの信号を利用することができる１組の例示的な式を求めるための解析例を説明する。この解析は、式（４ａ）〜（４ｄ）における様々な項の符号を説明するために、各サブシステムフィルタセットが、図７に従う２つの重なり合うフィルタ透過曲線を有する２つのサブシステムを仮定する。２つのフィルタセットは、用意されていないそして用意されたシンボルによって用語上区別される。先の議論によれば、用意されていないフィルタ経路上の信号は、用意されたフィルタ経路上の信号より異なる波長および温度依存を有するであろう。基本原理の説明の明確化のために、システム内の図７による２つの重なり合うフィルタ透過曲線は、同じ透過特性（反対側のスロープ部分を除く）を有し、同じ温度依存を有するものと仮定する。信号は、図７を参照して前述した交差ポイント２９５を参照して決定される。
【００６９】
　次の用語が用いられる。
【００７０】
　　Ｐ/ＰRは、現在の信号パワーＰの基準信号パワーＰRとの比、
　　Ｓ1，Ｓ2，Ｓ1’，Ｓ2’は、4つのフィルタ経路から生じる信号、
　　Ｆ0およびＦ0’は、信号パワーＰRでの、各サブシステムについての交差ポイントでの各フィルタの透過率に関連するそれぞれの信号、
　　Δλは、サブシステムの交差ポイントに対する、求められるべき波長変化、
　　ΔＴは、温度変化である。
【００７１】
　よって、4つのフィルタのそれぞれを通して伝達されるパワーは、次の式（４A）〜（４D）によって表される。
【００７２】
【数４】
2004109137.tif 000006
【００７３】
　解析の第１の目的は、Ｐの出力の依存を取り除くことである。従って、フィルタの各組について、その組内の２つのフィルタ出力間の比が取られる。式（４Ａ）〜（４Ｄ）における最後の２つの項が実際の使用において常に小さいと仮定されるとき、次の式（５Ａ），（５Ｂ）が得られる。
【００７４】
【数５】
2004109137.tif 000007
【００７５】
　ΔＴが非常に小さい（すなわち無視できる）ならば、解析は、いくつかの事例において、Δλを推論するために、ＳまたはＳ’を用いてこのポイントで完了される。他方、２つのパワーの標準化された比が、次の式（６）を用いて解かれるΔλに対する２つの未知における２つの式を形成する。
【００７６】
【数６】
2004109137.tif 000008
【００７７】
　いくつかの事例において、最良の温度誤差補正を得るために、可能な限り異なる∂F/∂Tと∂F’/∂Tを有することは、有利である。さらに、∂F/∂Tが一般に∂F’/∂Tより大きいと、可能な限り小さい∂F’/∂Tを有することは、有利である。逆に、∂F’/∂Tが一般に∂F/∂Tより大きいと、可能な限り小さい∂F/∂Tを有することは、有利である。また、いくつかの事例において、パワーを標準化するために、１組当たり２つのフィルタを使用する必要はない。また、Ｓ1およびＳ1’、またはＳ2およびＳ2’のいずれかについてパワーを標準化するために、フィルタなしの単に１つの検出器を使用することが可能である。この場合、再度、２つの式および２つの未知数があるが、ここでは、ＳNおよびＳN’が、例えば式（４Ａ）〜（４Ｂ）において、Ｓ1およびＳ1’に対応するフィルタ関数であり、標準化によって取り除かれるパワー項、すなわち、次の（７Ａ），（７Ｂ）によって示されるように、ＳN＝Ｓ1（ＰR／Ｐ）を有する。
【００７８】
【数７】
2004109137.tif 000009
【００７９】
　Δλについての解法は、式（６）の解法に非常に類似するが、Ｆ0は、２Ｆ0によって置き換えられ、ＳおよびＳ’は、それぞれ、ＳN／Ｆ0およびＳN’／Ｆ0’によって置き換えられたものである。しかしながら、この手法は、波長測定感度を減少させる。
【００８０】
　上述したような４チャネルシステムにおける検出器変動に関して、最も重要な影響は、検出器オフセットおよび検出器利得変動である。１つの実施の形態において、これらの影響を公称信号レベルの０．１％以下に減少させることが好ましい。影響を減少させる１つの方法は、４つの一致する検出器を使用することである。４つの一致する検出器を使用することに加えて、マルチプレクサが、４つの検出器のすべてを単一の増幅器によって読み出すのに使用される。本発明による波長測定システムが線源波長をモニタするために精密機器に組み込まれるとき、検出器オフセットと利得の影響を減少させるための他の方法は、波長測定の間、何らかの周波数で線源強度を変調し、変調信号に基づく信号値を求めることである。さらに、与えられたフィルタサブシステムについて影響を減少させるための他の方法は、Ｓ1／Ｓ2および／またはＳ1’／Ｓ2’の比を取る代わりに、（Ｓ1−Ｓ2）／Ｐおよび／または（Ｓ1’−Ｓ2’）／Ｐの比率を取って、同相モードオフセットキャンセルを提供する。
【００８１】
　図１０（ａ）は、選択された温度依存に従ったフィルタ５４０の１つの全体構成に一例を示す図である。そのような全体構成は、図９におけるフィルタ４４０および４４５に使用可能である。一般に、異なる温度依存は、１つの実施の形態において、２つの方法の１つまたは両方によって達成され、１つの方法は異なる温度依存を有する異なる材質を使用し、他の１つの方法は異なる多層フィルタ構成において同じ材質を使用する。多層フィルタ構成に関して、フィルタ積層を構成する多層（合計ｉの層）が、異なる温度依存を除いてほぼ同じフィルタ波長特性（反射境界で同じ位相）を達成するために、波長の整数倍Ｎλによって変えられるそれぞれの厚さｔiを有する。ここで、λは材質の有効波長である。この多層フィルタ設計法の特定の例として、１つの方法が４分の１波長厚さ（ｔ＝λ／４）である層を要求すると、厚さは、波長の整数倍より厚いもの、すなわちｔ＝（Ｎ＋１／４）λ、Ｎ＝１，２，３，…に調整される。この層は、元の層と温度依存が異なることを除いて、元の層と同じ光学的性質を有する。これは厚さを規定し、反射された線の位相が、温度の依存のために、異なる割合で変化する。また、屈折率は、温度に従って、変化する。この設計は、同様に、この依存を考慮する。小さい温度変化のための両方の影響は、線形である。材質および波長によって、これらの影響は、互いに加算されるかまたは補正される。与えられたフィルタに関しては、フィルタの透過スペクトルの中心波長を移行させるいかなる影響温度でも、それらの結合されたメカニズムによって、その影響は、一般に、増加するＮに従って大きさを増す。
【００８２】
　図１０（ａ）に示すように、フィルタ５４０は、バンドパスセクション５８０およびブロックセクション５９０を含み、アルミニウムリング５４８に入れられている。操作において、フィルタ５４０は、フィルタにかけられていない放射ビーム５１２を受け入れ、フィルタにかけられた放射ビーム５４２を出力する。バンドパスセクション５８０は、基板層５８２および多層誘電体バンドパスフィルタ５８４を含む。多層誘電体バンドパスフィルタ５８４の構成については、以下に図１０（ｂ）を参照してより詳細に述べる。ブロックセクション５９０は、エポキシ層５９２、メタル誘電体多層ブロックフィルタ５９４、基板層５９６、およびオプション色付ガラス層５９８を含む。
【００８３】
　図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の多層誘電体バンドパスフィルタ５８４の構成の一例を示す。図１０（ｂ）に示すように、多層誘電体バンドパスフィルタ５８４は、４つの積層セクション６０１〜６０４を含む。積層セクション６０１および６０２は、全誘電体空洞を備え、不在層ＡＢによって、全誘電体空洞を備える積層セクション６０３および６０４から分離されている。積層セクション６０１および６０２は、スペーサ層ＳＰ１によって分離され、積層セクション６０３および６０４は、スペーサ層ＳＰ２によって分離される。積層セクション６０１〜６０４のそれぞれは、単一周期の層を含む。
【００８４】
　フィルタの温度特性は、温度によるフィルタ層の熱膨張と層の屈折率の両方によって決まる。従って、多層フィルタに関して、様々な設計代替手法が存在し、様々な光学フィルタベンダが、本発明の原理に従って使用可能な代替の構造の様々な標準またはカスタムフィルタを提供することができる。
【００８５】
　図１１は、単一のフィルタ構造から３つのフィルタ経路信号を供給する本発明の原理による測定システムの第４の代替実施の形態を示すブロック図である。単一のフィルタ構造が使用されるのを除いて、温度補正が前述した原理に従って提供されるように、フィルタ経路信号の１つは、他の２つの信号に対して一意の温度依存に従って提供される。以下により詳細に述べるように、図１１に示す測定システム７００は、図４〜図８に関して上述したコンセプトと同様のコンセプトを利用する。
【００８６】
　測定システム７００は、回折格子７１０を担持する基板７２０に結合された源入力光ファイバ７０５、ビームデフレクタ７３０、フィルタ７４０、および３つの光検出器７５０，７５１および７５２を含む。これらの部品の全ては、適当な公知または後に開発される取り付け手段によって、互いにそしてスペーサ／ハウジング７７０に結合される。格子７１０の格子ピッチは、前述したように、特定の実施の形態において所望の入射角を提供するように、求められる。源入力光ファイバ７０５は、入射ビーム７０２を導き、入射ビーム７０２は、格子７１０によって、入射ビーム７１２と＋／−１次ビーム７１４および７１６に分けられる。源入力光ファイバ７０５は、入射ビーム７０２，７１２，７１４および７１６を所望の角度に合わせるための特に簡単で安定し信頼できる方法を提供するならば、適当に並べられて基板７２０に強固に結合される。同様の光ファイバ配置は、ここで述べられた多数の他の測定システムの実施の形態において源放射入射ビームを導くのに同様に使用され、同様の利益を有する。
【００８７】
　入射ビーム７１２および１次ビーム７１４は、フィルタにかけられたビーム７３２および傾けられフィルタにかけられたビーム７３４を提供するために、フィルタ７４０に向かう。フィルタにかけられたビーム７３２および傾けられフィルタにかけられたビーム７３４は、それぞれ、フィルタ７４０を経て検出器７５０および７５１に向かう。１次ビーム７１６は、デフレクタ７３０に向かい、デフレクタ７３０は、フィルタ７４０に対して、傾けられフィルタにかけられたビーム７３８に対する所望の入射角を提供するために、偏向角を通してビームを偏向する。さらに、デフレクタ７３０は、以下に詳述するように、温度依存である偏向角を提供する。図１１に示す実施の形態において、デフレクタ７３０は、プリズム角７３１を有するプリズムである。しかしながら、様々な他の実施の形態において、デフレクタ７３０は、他の公知または後に開発されるビーム偏向素子でもよく、これは、限定されることはないが、ＭＥＭＳデバイスなどの受動光素子と能動ビームステアリング素子を含み、本発明の原理に従って、温度依存である偏向角を提供することができる。傾けられフィルタにかけられたビーム７３８は、フィルタ７４０を経て検出器７５２に向かう。
【００８８】
　傾けられフィルタにかけられたビーム７３８のようなフィルタを経た各ビーム経路は、名目上、傾けられフィルタにかけられたビーム７３８からの同一の中心波長温度依存寄与を有する。従って、図９に示す測定システムの実施の形態４００においては、第２のフィルタが、異なる中心波長温度寄与と、フィルタ温度誤差を求めそして／または補正するのに使用可能な関連信号を提供するために、使用された。これに対し、測定して無の実施の形態７００においては、デフレクタ７３０が、フィルタ７４０から異なる中心波長温度依存を有するフィルタ経路を提供するために、温度依存である偏向角を提供する。また、そのようなフィルタ経路は、フィルタ温度誤差を求めそして／または補正するのに使用可能な信号を提供する。
【００８９】
　１つの実施の形態においては、狭いバンドパスフィルタのフィルタ７４０が、約０．００１ｎｍ／Ｋの温度依存を有する。回折格子７１０は、約８π／１８０（rad）の偏向角を提供する。デフレクタ７３０は、ポリアミドなどの光学ポリマからなるプリズムであり、約１．５の屈折率、および約−１４×１０-5parts／Ｋの屈折率の温度係数を有する。スネルの法則によると、先に与えられた設計パラメータに関して、３５．１π／１８０（rad）のプリズム角７３１が、傾けられフィルタにかけられたビーム７３４と同様に、約８．０π／１８０（rad）のフィルタ７４０に対する傾けられフィルタにかけられたビーム７３８に対する入射角を生成するであろう。さらに、デフレクタ７３０のプリズムの屈折率の温度係数は、式（１）に関連して上述した原理に従って、傾けられフィルタにかけられたビーム７３８に対する０．００１ｎｍ／Ｋの中心波長温度依存を生成する入射角における温度係数依存変化を生成する。傾けられフィルタにかけられたビーム７３８に対するこの中心波長温度依存は、フィルタ７４０によってそれぞれのフィルタにかけられたビーム７３２，７３４および７３８に寄与される中心波長温度依存に加えられる。従って、デフレクタ７３０は、単一のフィルタ７４０を経た他のビーム経路から異なる中心波長温度依存を有するフィルタ経路を提供するための、温度依存である偏向角を提供する。よって、測定システム７００は、フィルタ温度誤差を求めそして／または補正するのに使用可能な信号を提供する。
【００９０】
　前述した実施の形態において、デフレクタ７３０の温度影響は、フィルタ７４０の温度影響をほぼまたは正確に補正することができる。従って、検出器７５２からの信号は、ほぼまたは確実にフィルタ温度特性による温度変動を持つことができない。従って、様々な実施の形態において、検出器７５０および７５１からの信号は、前述したように、パワー変動を補正するのに使用され、そして、検出器７５２からのパワー補正された信号は、名目上、温度誤差がない非常に正確な波長測定を提供する。しかしながら、様々な他の実施の形態において、要求された全てが、他の信号に対して一意の温度依存を有する１つの信号である。従って、様々な他の実施の形態において、代替のプリズム角および代替のプリズム材質が、好ましい設計上の特徴とトレードオフの様々な組合せを達成するのに使用されてもよい。
【００９１】
　より一般的には、プリズム角７３１は、本発明の原理に従って使用可能な様々な代替の温度依存と名目上の入射角を提供するために、変更され、様々な格子回折角の組合せにおいて「逆にされる」ことさえできる。いかなる場合においても、測定システム７００のような測定システムの実施の形態は、本発明による単一のフィルタ構造を経た様々なビーム経路に基づいて様々な透過曲線を生成することによって、非常に高度な同相モード誤差拒絶を保持し、一方、また、様々な潜在的な温度関連誤差を克服するのに使用することができる信号を提供する。
【００９２】
　前述したように、測定システム７００の１つの実施の形態において、デフレクタ７３０の温度影響は、ほぼまたは正確にフィルタ７４０の温度影響を補正することができる。従って、検出器７５２からの信号は、フィルタ温度特性に起因する温度変動をほぼまたは確実に持たない。この原理は、図１２に示す実施の形態において使用される。
【００９３】
　図１２は、本発明の原理による単一のフィルタ構造からの２つの温度補正されたフィルタ経路信号を提供する本発明による測定システムの第５の代替実施の形態を示すブロック図である。以下により詳細に述べるように、図１２に示す測定システム８００は、図４〜図８に関して上述したコンセプトと特に図１１に示す測定システム７００を参照して上述したコンセプトと同様のコンセプトを利用する。
【００９４】
　測定システム８００は、基板８２０上の回折格子８１０、ビームデフレクタ８３０および８３２、フィルタ８４０、および、光検出器８５０および８５２を有する光検出アレイを含む。これらの部品の全ては、適当な公知または後に開発される取り付け手段によって、互いにそしてスペーサ／ハウジング８７０に結合される。格子８１０の格子ピッチは、前述したように、特定の実施の形態において出現するビーム間の所望の回折角を提供するように、求められる。入射ビーム８０２は、格子８１０によって、入射ビーム８１４と＋／−１次ビーム８１３および８１６に分けられる。ここで述べた先の実施の形態に対し、図１２に示す実施の形態において、格子８１０は、また、０次ビーム８１４を含む結果として生じる８１３，８１４および８１６のそれぞれが全て所望の角度で出現するように、入射ビーム８０２に対して傾けられている。ビーム８１３，８１４および８１６に対して所望の角度を提供するための格子８１０の適当な傾きは、公知の格子式に従って求めることができる。
【００９５】
　１次ビーム８１３は、検出器８５０と８５２から離れて導かれ、様々な実施の形態においては、光学バッフル（図示せず）によって捕らえられる。１次ビーム８１６は、デフレクタ８３０に向かい、デフレクタ８３０は、フィルタ８４０に対して傾けられフィルタにかけられたビーム８３８に対するそれぞれの所望の入射角を提供するための偏向角を介してビームを偏向する。さらに、デフレクタ８３０は、前述したように、そして以下にさらに詳述するように、温度依存である偏向角を提供する。入射ビーム８１４は、デフレクタ８３２に向かい、デフレクタ８３２は、フィルタ８４０に対する傾けられフィルタにかけられたビーム８３４に対するそれぞれの所望の入射角を提供するための偏向角を介してビームを偏向する。さらに、デフレクタ８３２は、前述したように、温度依存である偏向角を提供する。図１２に示す実施の形態において、デフレクタ８３０および８３２は、それぞれのプリズム角８３１および８３３を有するプリズムである。しかしながら、様々な他の実施の形態において、デフレクタ８３０および８３２は、他の公知または後に開発されるビーム偏向素子でもよく、これは、限定されることはないが、ＭＥＭＳデバイスなどの受動光素子と能動ビームステアリング素子を含み、本発明の原理に従って、温度依存である偏向角を提供することができる。傾けられフィルタにかけられたビーム８３４および８３８は、それぞれ、フィルタ８４０を経て検出器８５０および８５２に向かう。
【００９６】
　図１２に示す測定システム８００において、ビーム８１３，８１４および８１６の構成と、温度依存デフレクタ８３０および８３２の構成は、デフレクタ８３０および８３２の温度依存がほぼまたは確実にそれぞれのビーム経路に対してフィルタ８４０の温度影響を補正することができるように、選択される。従って、検出器８５０および８５２からの信号は、ほぼまたは確実に、フィルタ温度特性に起因する温度変動を持つことができない。
【００９７】
　１つの実施の形態において、狭いバンドパスフィルタのフィルタ８４０が、約０．００１ｎｍ／Ｋの温度依存を有する。回折格子８１０は、フィルタ８４０の表面垂線に対してビーム８１４が４π／１８０（rad）の角度分回転され、ビーム８１６が１２π／１８０（rad）の角度分回転されるような、格子ピッチおよび姿勢を有する。デフレクタ８３０および８３２は、図１１を参照して前述したプリズム７３０と同じ材質および光学的性質を有するプリズムである。スネルの法則によると、先に与えられた設計パラメータに関して、３７．４π／１８０（rad）のプリズム角８３１が、約−７．０π／１８０（rad）のフィルタ８４０に対する傾けられフィルタにかけられたビーム８３８に対する入射角を生成し、３３．０π／１８０（rad）のプリズム角８３３が、約−９．３４π／１８０（rad）のフィルタ８４０に対する傾けられフィルタにかけられたビーム８３４に対する入射角を生成するであろう。さらに、デフレクタ８３０および８３２のプリズムの屈折率の温度係数は、式（１）に関連して上述した原理に従って、それぞれ、傾けられフィルタにかけられたビーム８３８および８３４に対する０．００１ｎｍ／Ｋの中心波長温度依存を生成する入射角における温度係数依存変化を生成する。傾けられフィルタにかけられたビーム８３８および８３４に対するこの中心波長温度依存は、フィルタ８４０によって傾けられフィルタにかけられたビーム８３４および８３８のそれぞれに寄与される中心波長温度依存に加えられる。従って、デフレクタ８３０および８３２は、フィルタ８４０の温度影響に対してほぼまたは確実に補正されるそれぞれのフィルタ経路を提供するための、温度依存である偏向角を提供する。よって、検出器８５０および８５２からの信号は、ほぼまたは確実にフィルタ温度特性に起因する温度変動を持つことができない。よって、様々な実施の形態において、検出器８５０および８５２からの信号は、前述したように、パワー変動を補正するのに用いられ、そして、検出器８５０および８５２からのパワー補正された信号は、名目上、温度誤差を持たない非常に正確な波長測定を提供する。
【００９８】
　先の記述は、本発明の原理に従って、実質的に同じフィルタを経た異なる入射角を有するビーム経路から生じる少なくとも２つの波長測定信号を最も便利にかつ確実に提供するために、同じフィルタ構造を経てビームを導く実施の形態を強調する。そのような実施の形態において、実質的に同じフィルタは、それらが同様の構造とアライメントの単一のフィルタの一部であるので、より、完全に同じである傾向がある。しかしながら、より一般に、様々な他の実施の形態において、ビームは、本発明の原理による波長測定信号を提供するために、多少物理的に分離されている実質的に同一のフィルタ構造を経て異なる入射角度で導かれ、そして、本発明による多くの利点が保持される。実質的に同一のフィルタ間の物理的分離が減少して排除されるとき、本発明による最大限の利点がそれ相応に得られる。従って、発明の好ましい実施の形態が図示されて述べられているが、発明の精神と範囲から逸脱することなく、様々な変更を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】（ａ）は光学バンドパスフィルタを使用する波長変化を測定するための簡単な測定システム１０を示す図、（ｂ）はバンドパスフィルタ１４に対する透過スペクトルを示す図である。
【図２】図１（ａ）の測定システムを超えるある種の改良を提供する測定システム３０を示す図である。
【図３】（ａ）は波長変化を測定するための代替構成を提供する測定システム５０を示す図、（ｂ）はフィルタ５８および６６にそれぞれ対応する２つのフィルタ曲線８０および８２を示す図である。
【図４】本発明に従って形成された測定システム１００を示す図である。
【図５】本発明の代替例を表す測定システム２００を示す図である。
【図６】本発明の原理によるバンドパスフィルタ構造から信号を供給する１つの実施の形態に対応する透過スペクトルダイアグラムである。
【図７】本発明の原理によるバンドパスフィルタ構造から信号を供給するための第２実施の形態を示す透過スペクトルダイアグラムである。
【図８】本発明の第２の代替実施の形態を示す測定システム３００のブロック図である。
【図９】本発明の第３の代替実施の形態を示す測定システム４００を示す図である。
【図１０】（ａ）は選択された温度依存に従ったフィルタ５４０の１つの全体構成に一例を示す図、（ｂ）は図１０（ａ）の多層誘電体バンドパスフィルタ５８４の構成の一例を示す図である。
【図１１】単一のフィルタ構造から３つのフィルタ経路信号を供給する本発明の原理による測定システムの第４の代替実施の形態を示すブロック図である
【図１２】本発明の原理による単一のフィルタ構造からの２つの温度補正されたフィルタ経路信号を提供する本発明による測定システムの第５の代替実施の形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
【０１００】
　１００，２００，３００，４００，７００，８００　測定システム
　１２０，２２０，３２０，４４０，４４５，７４０，８４０　フィルタ
　１５０，１５５，２５０，２５５，３５０　検出器
　１６０，２６０，３６０　信号処理回路
　３６５　温度検知素子
　４５０，４５１，４５２，４５３，７５０，７５１，７５２，８５０，８５２　光検出器
　７３０，８３０　ビームデフレクタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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