JPH0412878B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野 本発明は、暗視野警報装置と測長装置もしくは
速度検出装置とを具備したセンサー装置に関する
ものである。 従来の技術 従来、夜間の警備など暗闇を監視する装置とし
て、赤外線を利用したいわゆる暗視野警報装置が
あつた。すなわち、発光部から照射された赤外線
を遠く離れた受光部が受け、発光部と受光部の間
を何物かがしや断すると受光部でこれを検知する
か、あるいは発光部から照射された赤外線が何物
かに当たつて反射してくる赤外線を受光部で検出
して、警報を発するものである。 この暗視野警報装置においては、発光部として
一般にGaAs発光ダイオード等が用いられ、波長
1μｍ前後の近赤外線が使用されている。また、
受光部で赤外線をとらえる赤外線センサーとし
て、例えばPbTiO₃などの焦電性材料、PbS、
InSbなどの赤外光導材料が用いられているが、
これはゲルマニウム、シリコンなどからなる受光
窓の内側に保護され、赤外線はこの受光窓を透過
して赤外線センサーに到達する。 一方、遠く離れた物体あるいは移動体までの距
離を測定する装置として、マイクロ波を発して物
体からの反射波をとらえ、この反射波の位相から
距離を算出するパルスレーダがある。また、移動
体の検知あるいはその移動速度を検出する装置と
しては、電磁波や超音波を用いたドツプラー効
果、すなわち反射波の周波数変化量から速度を算
出するドツプラーレーダがある。 ところが、近年のレーザ技術の進展、特にエネ
ルギー効率が高く、数十Ｗから数十KWまでの大
出力が得られる炭酸ガスレーザの開発に伴つて、
波長10.6μｍの遠赤外線を用いたパルスレーダお
よびドツプラーレーダが考案されている。 発明が解決しようとする問題点 暗視野警報装置に、パルスレーダが有する測長
機能もしくはドツプラーレーダが有する速度検出
機能が備われば、非常に有効である。ところが、
これらの機能を付加することによつて装置の開口
部が複数設けられ、装置が大型化すれば、その設
置場所や設置方法に制限を受けるという問題を生
じ、さらに装置の移動が困難になるという問題も
生じる。 そこで、暗視野警報と測長あるいは速度検出、
移動体検知の各機能を兼ね備え、かつ小型のセン
サー装置の実現が望まれているが、そのために
は、センサー装置の開口部を一つとし、内部に、
暗視野警報のための近赤外線センサーおよび測
長、速度検出又は移動体検知のためのマイクロ波
あるいは遠赤外線センサーを設置し、開口部に設
けられた窓を通して暗視野警報用の波長1μｍ程
度の近赤外線と、測長あるいは速度検出、移動体
検知用のマイクロ波あるいは遠赤外線を照射又は
受光、受信する必要がある。また、このように異
なる測定に異なる波長の電磁波（光及び電波）を
使用することは、測定用電磁波相互の干渉を防止
するためにも必要である。 しかしながら、従来の暗視野警報装置の受光窓
の材料であつたゲルマニウム、シリコンは、波長
1μｍを含む近赤外域（波長0.76〜2.5μｍ）の透過
率は高いが、炭酸ガスレーザの波長10.6μｍを含
む遠赤外域（波長2.5μｍ以上）の透過率が低く、
またマイクロ波域も通過し難いという透過スペク
トルを有している。そのため、ゲルマニウム、シ
リコンからなる受光窓を用いると、マイクロ波お
よび炭酸ガスレーザ光のエネルギーの大部分が受
光窓で吸収されてしまう。従つて、マイクロ波セ
ンサーおよび遠赤外線用センサーでとらえられる
エネルギーはわずかなものとなるので高感度の測
長あるいは速度検出、移動体検知を行なうことが
困難である。 そこで、本発明の目的は、暗視野警報の機能と
測長もしくは速度検出・移動体検知の機能が備つ
た新しいセンサー装置を提供しようとするもので
あり、高感度の測定、検出を可能とする窓材料を
提供することにある。 問題点を解決するための手段 本発明の第１の特徴によるならば、赤外線域に
ある第１の波長域を最高感度波長とする赤外線セ
ンサーと、マイクロ波域にある第２の波長域を最
高感度波長とするマイクロ波センサーとを備えた
センサー装置は、１つの開口部と、該開口部に設
けられた窓板とを有し、該窓板は、赤外線及びマ
イクロ波を透過するZnSでつくられており、該窓
板の厚さは、前記マイクロ波センサーの使用マイ
クロ波の該窓板中における波長の半分の整数倍に
ほぼ等しい値であり、前記赤外線センサー及び前
記マイクロ波センサーがそれぞれ前記開口部の内
側に設置されている。 本発明の第２の特徴によれば、赤外線域にある
第１の波長域を最高感度波長とする赤外線センサ
ーと、赤外線域において前記第１の波長域と異な
る第２の波長域を最高感度波長とする炭素ガスレ
ーザ光用センサーとを備えたセンサー装置は、１
つの開口部と、該開口部に設けられた窓板とを有
し、該窓板は、赤外線を透過するZnSでつくられ
ており、前記赤外線センサー及び前記炭素ガスレ
ーザ光用センサーがそれぞれ前記開口部の内側に
設置されている。 作 用 このように構成することによつて、波長1μｍ
程度の近赤外線は赤外線センサーに感知させるこ
とができ、マイクロ波又は遠赤外線はマイクロ波
センサーまたは炭酸ガスレーザ光用センサーにそ
れぞれ感知させることができる。従つて、赤外線
センサーによつて暗視野の監視が可能となり、マ
イクロ波センサーまたは炭酸ガスレーザ光用セン
サーによつて測長もしくは移動体検知、速度検出
が可能となる。 この２つの機能をコンパクトなセンサー装置と
して具備するためには、近赤外線から遠赤外又は
マイクロ波域までを通過させる窓材料が重要であ
る。遠赤外線、特に波長10.6μｍ付近まで通過さ
せ、かつマイクロ波も通過させる材料は、ほとん
ど知られていなかつた。我々の実測からZnSは、
近赤外線からマイクロ波までを効率よく通過させ
ることをはじめて確認した材料である。 第３図に厚さ６mmのZnS板の赤外光域での透過
スペクトルを示す。 この図から明らかなように、ZnSは波長が約
15μｍよりも短い赤外線域を透過させ、特に炭酸
ガスレーザ光の波長10.6μｍ付近では高い透過率
を示している。 また、第１表に３種類の厚さのZnS板の周波数
6GHz、12GHzに対するマイクロ波特性を示す。
ただし、ε_rは比誘電率、tanδは誘電率の損失係数
である。このように各厚さのZnS板とも各周波数
帯において損失係数が小さい、すなわち損失され
るエネルギーが小さいのでマイクロ波が効率よく
透過されることがわかる。

【表】 また、ZnS中における使用マイクロ波の波長λ
は数mm〜数十mmであり、開口部の窓に用いられる
ZnS板の厚さとほぼ同程度であるので干渉の現象
が無視できない。すなわち、第４図においてZnS
板に入射するマイクロ波は上面３５で反射波３１
を生じ、またこの上面３５を透過した波は下面３
４で再び反射して反射波３２となつて返つてく
る。従つて、ZnS板による合成反射波３３はこの
反射波３１と３２の和で表される。いま、上面３
５と下面３４での反射係数は良く知られたように
位相が反転して等振幅逆位相となるので、干渉に
より合成反射波３３が最小になる条件は、反射波
３１と３２との伝播距離の差が波長の整数倍であ
ることであり、次式で与えられる。 2d＝nλ ……(1) ただし、 ｄ：ZnS板の厚さ λ：マイクロ波のZnS中の波長 ｎ：整数 従つて、(1)式よりZnS板の厚さｄがマイクロ波
のZnS中での波長λの半分の整数ｎ倍であるとき
に最も効率よくZnS板がマイクロ波を透過させる
ことになる。 なお、ZnS板内での多重反射を考慮した解析に
おいても同様の条件が得られる。 比誘電率ε_rを用いて周波数6GHz、12GHzにおけ
るZnS中のマイクロ波の半波長λ／２を求める
と、それぞれほぼ9.0mm、4.5mmとなり、第１表の
各試料厚9.0mm、18.0mm、26.9mmは(1)式を満足させ
る値に設定されている。 なお、ZnS板の厚さｄの変化による赤外線の透
過スペクトルはあまり変化しない。したがつて
ZnS板の厚さｄは、使用マイクロ波の周波数ｆに
よつて決定される。すなわち、測長もしくは移動
体検知、検出として炭酸ガスレーザ光を用いる場
合にはZnS板の厚さｄは任意の値でよい。 実施例 以下、本発明の実施例について図面を参照して
説明する。 実施例 １ 第１図は本発明の一実施例にかかるセンサー装
置の開口部の構成図である。窓１はZnSからな
り、赤外線およびマイクロ波を透過するとともに
赤外線センサー２、マイクロ波センサー３を保護
する。そして、その厚さは約9.0mmである。赤外
線センサー２として電荷結合素子（CCD）を用
いた。ホルダー４は窓１の支持用部材である。
GaAs発光ダイオードによる波長1μｍ程度の赤外
線および6GHzのマイクロ波を用いて実験した結
果、夜間100ｍ離れた物体を赤外線センサーによ
つて感知し、この100ｍの距離をマイクロ波セン
サー３によつて測定することができた。 実施例 ２ 第２図は第２の実施例の開口部の構成図であ
る。この第２の実施例は第１図の実施例において
マイクロ波センサー３の代わりに炭酸ガスレーザ
光用センサー５を設置したものである。炭酸ガス
レーザ光用センサー５は波長10.6μｍ付近に特に
高い感度を有している。炭酸ガスレーザによる波
長10.6μｍの赤外域レーザ光およびGaAs発光ダイ
オードによる波長1μｍ程度の赤外線を用いて実
験した結果、夜間100ｍ程度離れた物体を赤外線
センサー２によつて感知し、この100ｍの距離を
炭酸ガスレーザ光用センサー５によつて測定する
ことが可能であつた。 なお、上記実施例１、２ではマイクロ波あるい
は炭酸ガスレーザ光を用いて距離測定を行なつた
が、速度検出、移動体検知を行なつても同様の効
果が得られる。 また、上記実施例では、暗視野警報用赤外線セ
ンサーのためにGaAs発光ダイオードを使用した
が、InP発光ダイオード、GaSb発光ダイオード、
CdSnP₂発光ダイオードなどの発光波長の異なる
発光ダイオードを使用することもできる。 更に、距離測定等に使用するマイクロ波は、Ｇ
Hz帯を使用しているが、他の波長域も使用可能で
ある。ただし、マイクロ波の波長が長くなると、
窓板の厚さを厚くしなければならないので、それ
に伴い減衰も大きくなる。そこで、窓板が余りに
厚くならない範囲で使用マイクロ波を決定する。 また、距離測定等に使用する遠赤外線レーザ
は、炭酸ガスレーザに限らず、N₂O、CN、NH₃
などの気体ガスレーザやPbSnSeTeやPbSnSSe
などの半導体レーザも使用することができる。 更に、上記実施例の１つでは、暗視野警報用に
近赤外光を使用し、距離測定等に遠赤外光を使用
しているが、それを逆にして、暗視野警報に遠赤
外光を使用し、距離測定等に近赤外光を使用して
もよい。 発明の効果 以上説明したように本発明によれば、暗視野警
報の機能とともに、対象物までの距離あるいは移
動体の速度を高感度で測定、検出できる機能を有
し、かつ小型のセンサー装置が実現される。 従つて、本発明によるセンサー装置を夜間の暗
視野警報装置に応用してビル管理などを行なえば
非常に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例にかかるセンサー装
置の開口部の構成図、第２図は他の実施例の構成
図、第３図はZnSの透過スペクトル、第４図は
ZnS板によるマイクロ波の干渉を説明する図であ
る。 （主な参照番号）、１……窓、２……赤外線セ
ンサー、３……マイクロ波センサー、４……ホル
ダー、５……炭酸ガスレーザ光用センサー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 赤外線域にある第１の波長域を最高感度波長
   とする赤外線センサーと、マイクロ波域にある第
   ２の波長域を最高感度波長とするマイクロ波セン
   サーとを備えたセンサー装置において、 １つの開口部と、該開口部に設けられた窓板と
   を有し、該窓板は、赤外線及びマイクロ波を透過
   するZnSでつくられており、該窓板の厚さは、前
   記マイクロ波センサーの使用マイクロ波の該窓板
   中における波長の半分の整数倍にほぼ等しい値で
   あり、前記赤外線センサー及び前記マイクロ波セ
   ンサーがそれぞれ前記開口部の内側に設置されて
   いることを特徴とするセンサー装置。 ２ 赤外線域にある第１の波長域を最高感度波長
   とする赤外線センサーと、赤外線域において前記
   第１の波長域と異なる第２の波長域を最高感度波
   長とする炭素ガスレーザ光用センサーとを備えた
   センサー装置において、 １つの開口部と、該開口部に設けられた窓板と
   を有し、該窓板は、赤外線を透過するZnSでつく
   られており、前記赤外線センサー及び前記炭素ガ
   スレーザ光用センサーがそれぞれ前記開口部の内
   側に設置されていることを特徴とするセンサー装
   置。