JP2002539446A - 化学物質の受動的遠隔センサー - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
手持ち型、モバイル型又は自立型センサーとして使用するための遠隔センサーは、共通バックグランドノイズ成分の作用、光又はその他の放射線源の出力の差及び干渉する種による吸収又は放出を最少にするために、第１（１２）及び第２（１６）の光路、集光光学素子、第１の光路（１２）内に配置されたサンプルフィルタ（１０）アセンブリ、第２の光路（１６）内に配置された基準フィルタ（１４）アセンブリ、濾波された光又は差の他の放射線を検知するための検知器アセンブリ、及びＢＲＤのような検知器出力比較装置を有している。
Description
【０００１】 （発明の分野） 本発明は、化学物質を検知するための受動的な遠隔装置及び方法に関する。よ
り特別には、本発明は、ガス、液体、固体及び吸着剤を含む化学物質を検知する
ために、吸収差放射計（ＤＡＲ）又はノッチフィルタ調整放射計（ＮＦＣＲ）技
術を使用する受動的な遠隔センサー及び方法に関する。
り特別には、本発明は、ガス、液体、固体及び吸着剤を含む化学物質を検知する
ために、吸収差放射計（ＤＡＲ）又はノッチフィルタ調整放射計（ＮＦＣＲ）技
術を使用する受動的な遠隔センサー及び方法に関する。
【０００２】 （発明の背景） 危険なガス及びその他の物質の早期の受動的な遠隔検知ができる装置及び方法
の必要性が継続して存在する。最近は、このような装置の必要性は、化学戦争技
術の広がり及び世界的に増加しつつある数のテロ行為によって高まった。実際に
、危険な物質の本質的な放出は、軍隊だけでなく地域行政にとっても今や深刻な
問題である。
の必要性が継続して存在する。最近は、このような装置の必要性は、化学戦争技
術の広がり及び世界的に増加しつつある数のテロ行為によって高まった。実際に
、危険な物質の本質的な放出は、軍隊だけでなく地域行政にとっても今や深刻な
問題である。
【０００３】 受動的な遠隔検知の発達はまた、産業及び乗物の排気の作用の大きくなりつつ
ある問題のようなその他のファクタのみならず農薬の使用によって生じるものの
ような他の形態の環境汚染によっても進行して来ている。遠隔検知器はまた、こ
れらの原因が理解され且つ処理されるために環境条件における動向を監視し且つ
研究することだけでなく、地域の及び世界の人間の健康に影響を与えるかもしれ
ない日々の条件に関する警告を特定し且つ提供することも必要とされる。
ある問題のようなその他のファクタのみならず農薬の使用によって生じるものの
ような他の形態の環境汚染によっても進行して来ている。遠隔検知器はまた、こ
れらの原因が理解され且つ処理されるために環境条件における動向を監視し且つ
研究することだけでなく、地域の及び世界の人間の健康に影響を与えるかもしれ
ない日々の条件に関する警告を特定し且つ提供することも必要とされる。
【０００４】 主として大気中においてガスの形態の化学物質の受動的な遠隔検知器は、８乃
至１３．３μｍのスペクトル範囲で理想的に作動する。このスペクトル範囲では
、（ａ）約２５℃の標準温度で多くの物質及びガスが強い赤外線（ＩＲ）放出を
有し、（ｂ）大気が長い距離に亘って比較的透明であり、（ｃ）多くの目標種が
それらのバックグランドの特性に対してそれらの温度に依存する強い吸収（又は
放出）を有する。３乃至５μｍのスペクトル範囲は（ｂ）及び（ｃ）の利点を提
供するかもしれないけれども、標準温度で対象物及びガスは大きな放射線を放出
しない。従って、太陽又は人工光のような択一的な放射線源が利用できる３乃至
５μｍのスペクトル範囲においてのみ、遠隔検知器は、一般に有効に機能するか
もしれない。
至１３．３μｍのスペクトル範囲で理想的に作動する。このスペクトル範囲では
、（ａ）約２５℃の標準温度で多くの物質及びガスが強い赤外線（ＩＲ）放出を
有し、（ｂ）大気が長い距離に亘って比較的透明であり、（ｃ）多くの目標種が
それらのバックグランドの特性に対してそれらの温度に依存する強い吸収（又は
放出）を有する。３乃至５μｍのスペクトル範囲は（ｂ）及び（ｃ）の利点を提
供するかもしれないけれども、標準温度で対象物及びガスは大きな放射線を放出
しない。従って、太陽又は人工光のような択一的な放射線源が利用できる３乃至
５μｍのスペクトル範囲においてのみ、遠隔検知器は、一般に有効に機能するか
もしれない。
【０００５】 過去においては、いくつかのタイプの現場に孤立できる又は遠隔のセンサーが
提供されて来た。現在市販されている２つの卓越した現場で測定可能な装置は、
化学薬品監視装置（ＣＡＭ）と、高いＣＡＭ（ＥＣＡＭ）とであり、これらは両
方とも、英国の Ｇｒａｓｅｂｙ Ｄｙｎａｍｉｃｓ Ｌｔｄ．によって製造さ
れ、イオン易動度の原理によって作動する。これらの装置は、両方とも、手持ち
型センサーとして設計されているＥＣＡＭと共に持ち運び可能である。これらの
装置は、測定点の大気の連続的なサンプリングを必要とし、従って、センサーが
大気中に浸漬されている場合にのみ目標ガスを検知することができる。このこと
は、望ましくない制限であり、目標ガスが有害である場合には危険であり得る。
さらに、これらの装置は、化学雲（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｌｏｕｄ）の境界を決
定するのにたくさんの測定が必要とされるポイント形態での測定をすることがで
きるだけである。
提供されて来た。現在市販されている２つの卓越した現場で測定可能な装置は、
化学薬品監視装置（ＣＡＭ）と、高いＣＡＭ（ＥＣＡＭ）とであり、これらは両
方とも、英国の Ｇｒａｓｅｂｙ Ｄｙｎａｍｉｃｓ Ｌｔｄ．によって製造さ
れ、イオン易動度の原理によって作動する。これらの装置は、両方とも、手持ち
型センサーとして設計されているＥＣＡＭと共に持ち運び可能である。これらの
装置は、測定点の大気の連続的なサンプリングを必要とし、従って、センサーが
大気中に浸漬されている場合にのみ目標ガスを検知することができる。このこと
は、望ましくない制限であり、目標ガスが有害である場合には危険であり得る。
さらに、これらの装置は、化学雲（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｌｏｕｄ）の境界を決
定するのにたくさんの測定が必要とされるポイント形態での測定をすることがで
きるだけである。
【０００６】 もう一つの市販により入手できる装置は、表面音波（ＳＡＷ）ミニキャド（ｍ
ｉｎｉｃａｄ）である。ＳＡＷ装置もまた、持ち運び可能であり且つ例外的に０
．２ｍｇ／ｍ3という高い感度を提供するけれども、特異性を欠いており且つガ
スの特定（ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｄｅｎｔｉｆｙ）を規定することができない（
すなわち、ある数のガスのうちのどれかが存在することを判断できるだけである
）。干渉センサーが１３個構築された平らな光導波管チップを使用する更に別の
現場測定装置が提案されてきた（“フォトニックスペクトル（Ｐｈｏｔｏｎｉｃ
Ｓｐｅｃｔｒａ”１９９９年２月の４２を参照）。この装置は、その上に蒸着
されたある種の膜の光学的屈折率の変化を検知する。これらの変化は、膜の各々
が感応する目標ガスが膜によって吸収されるときに起こる。この装置は、ベンゼ
ン、トルエン、キシレン、すべての有害な化学物質の百万分の１００の検知を可
能にする。ＣＡＭのように、この装置は現場測定センサーである。更に、この装
置は、吸収膜が利用できるガスのみを検知することができる。
ｉｎｉｃａｄ）である。ＳＡＷ装置もまた、持ち運び可能であり且つ例外的に０
．２ｍｇ／ｍ3という高い感度を提供するけれども、特異性を欠いており且つガ
スの特定（ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｄｅｎｔｉｆｙ）を規定することができない（
すなわち、ある数のガスのうちのどれかが存在することを判断できるだけである
）。干渉センサーが１３個構築された平らな光導波管チップを使用する更に別の
現場測定装置が提案されてきた（“フォトニックスペクトル（Ｐｈｏｔｏｎｉｃ
Ｓｐｅｃｔｒａ”１９９９年２月の４２を参照）。この装置は、その上に蒸着
されたある種の膜の光学的屈折率の変化を検知する。これらの変化は、膜の各々
が感応する目標ガスが膜によって吸収されるときに起こる。この装置は、ベンゼ
ン、トルエン、キシレン、すべての有害な化学物質の百万分の１００の検知を可
能にする。ＣＡＭのように、この装置は現場測定センサーである。更に、この装
置は、吸収膜が利用できるガスのみを検知することができる。
【０００７】 化学物質の遠隔検知は、２つの群に分類することができる光学技術にほとんど
依存する。この２つの群とは、（ａ）ライダー（光の検知及び範囲に設定）のよ
うな能動的な技術、差動吸収ライダー（ＤＩＡＬ）又はレーザー誘導蛍光発光（
ＬＩＦ）、（ｂ）フーリエ変換ＩＲ分光学（ＦＴＩＲ）又はガスフィルタ対比放
射計（ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｒａｄｉｏｍｅｔｒｙ）（ＧＦＣＲ）のような
マルチスペクトル若しくは超スペクトル技術のような受動的な技術、である。い
くつかの調査グループは、波長に敏感なＣＯ2レーザーを使用する化学薬品（Ｃ
Ａｓ）を検知するＤＩＡＬ技術を開発しつつある。例えば、米国空軍による開発
の下でのレーザー空輸遠隔検知（ＬＡＲＳ）装置は、２１ｋｍの距離からの大気
のパラメータの傾斜した経路検知可能性を実例により示して来た（Ｈｉｇｈｌａ
ｎｄらによる“レーザー長範囲検知プログラムの実験結果（Ｌａｓｅｒ Ｌｏｎ
ｇ−Ｒａｎｇｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｐｒｏｇｒａｍ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ
Ｒｅｓｕｌｔｓ）”ＳＰＩＥ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ、第２５８０巻（１９
９５年）の３０乃至３７）及び２ｋｍの距離におけるＳＦ6及びＮＨ3の例外的な
進行中の試験検知（Ｈｉｇｄｏｎらによる“米国空軍調査研究所の長範囲空輸Ｃ
Ｏ2 ＤＩＡＬ 化学物質検知装置（Ａｉｒ Ｆｏｒｃｅ Ｒｅｓｅａｃｈ Ｌ
ａｂｏｒａｔｒｙ Ｌｏｎｇ−Ｒａｎｇｅ Ａｉｒｂｏｎｅ ＣＯ2 ＤＩＡＬ
Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）”Ｐｒｏｃ．第１９
回国際レーザー・ラダー学会（１９９８年）第６５１乃至５４；Ｓｅｎｆｔらに
よる“ａｉｒｂｏｎｅ ＣＯ２ 差動吸収ライダー装置による地面からの化学物
質検知結果試験（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｒｅｓｕｌｔｓ Ｆ
ｒｏｍ Ｇｒｏｕｎｄ Ｔｅｓｔｓ ｏｆ ａｎ Ａｉｒｂｏｎｅ ＣＯ2 Ｄ
ｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｌｉｄａｒ Ｓｙｓｔｅｍ）
”Ｐｒｏｃ．第１９回国際レーザー・ラダー学会（１９９８年）６５７乃至６０
を参照せよ）。装置の投影された傾斜径路範囲は３０ｋｍである。ＤＩＡＬ及び
その他のライダー装置は、とりわけ、幅が狭く急速に回転可能なレーザー装置に
対する依存性を受ける。結局、これらは、極めて複雑で且つ高価であり、作動の
ための高い訓練を受けた人を必要とし、望ましくない限定された視野（ＦＯＶ）
（レーザービームの発散によるこのような装置において範囲を定められている）
を提供する。これらの不利な点に加えて、米国空軍のＬＡＲＳ ＣＯ2 ＤＩＡ
Ｌ 装置のフィルタ及び検知器要素は、液体窒素雰囲気内で冷却されなければな
らない。
依存する。この２つの群とは、（ａ）ライダー（光の検知及び範囲に設定）のよ
うな能動的な技術、差動吸収ライダー（ＤＩＡＬ）又はレーザー誘導蛍光発光（
ＬＩＦ）、（ｂ）フーリエ変換ＩＲ分光学（ＦＴＩＲ）又はガスフィルタ対比放
射計（ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｒａｄｉｏｍｅｔｒｙ）（ＧＦＣＲ）のような
マルチスペクトル若しくは超スペクトル技術のような受動的な技術、である。い
くつかの調査グループは、波長に敏感なＣＯ2レーザーを使用する化学薬品（Ｃ
Ａｓ）を検知するＤＩＡＬ技術を開発しつつある。例えば、米国空軍による開発
の下でのレーザー空輸遠隔検知（ＬＡＲＳ）装置は、２１ｋｍの距離からの大気
のパラメータの傾斜した経路検知可能性を実例により示して来た（Ｈｉｇｈｌａ
ｎｄらによる“レーザー長範囲検知プログラムの実験結果（Ｌａｓｅｒ Ｌｏｎ
ｇ−Ｒａｎｇｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｐｒｏｇｒａｍ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ
Ｒｅｓｕｌｔｓ）”ＳＰＩＥ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ、第２５８０巻（１９
９５年）の３０乃至３７）及び２ｋｍの距離におけるＳＦ6及びＮＨ3の例外的な
進行中の試験検知（Ｈｉｇｄｏｎらによる“米国空軍調査研究所の長範囲空輸Ｃ
Ｏ2 ＤＩＡＬ 化学物質検知装置（Ａｉｒ Ｆｏｒｃｅ Ｒｅｓｅａｃｈ Ｌ
ａｂｏｒａｔｒｙ Ｌｏｎｇ−Ｒａｎｇｅ Ａｉｒｂｏｎｅ ＣＯ2 ＤＩＡＬ
Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）”Ｐｒｏｃ．第１９
回国際レーザー・ラダー学会（１９９８年）第６５１乃至５４；Ｓｅｎｆｔらに
よる“ａｉｒｂｏｎｅ ＣＯ２ 差動吸収ライダー装置による地面からの化学物
質検知結果試験（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｒｅｓｕｌｔｓ Ｆ
ｒｏｍ Ｇｒｏｕｎｄ Ｔｅｓｔｓ ｏｆ ａｎ Ａｉｒｂｏｎｅ ＣＯ2 Ｄ
ｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ Ｌｉｄａｒ Ｓｙｓｔｅｍ）
”Ｐｒｏｃ．第１９回国際レーザー・ラダー学会（１９９８年）６５７乃至６０
を参照せよ）。装置の投影された傾斜径路範囲は３０ｋｍである。ＤＩＡＬ及び
その他のライダー装置は、とりわけ、幅が狭く急速に回転可能なレーザー装置に
対する依存性を受ける。結局、これらは、極めて複雑で且つ高価であり、作動の
ための高い訓練を受けた人を必要とし、望ましくない限定された視野（ＦＯＶ）
（レーザービームの発散によるこのような装置において範囲を定められている）
を提供する。これらの不利な点に加えて、米国空軍のＬＡＲＳ ＣＯ2 ＤＩＡ
Ｌ 装置のフィルタ及び検知器要素は、液体窒素雰囲気内で冷却されなければな
らない。
【０００８】 ＤＩＡＬ装置のような典型的なＬＩＦ装置としては、波長を調整可能なレーザ
ー及び大口径望遠鏡及び検知装置がある。しかしながら、ＤＩＡＬ装置と異なり
、 ＬＩＦ装置における信号は、レーザーによって励起される目標種の蛍光発光によ
って発生される。従って、この信号は、ＤＩＡＬ装置の信号よりも弱く、範囲は
限定されている。他方、望ましくないバックグランド及び散乱された信号からの
蛍光信号を拒絶するＬＩＦ装置の能力、従って、このような装置の特性は、ＤＩ
ＡＬ装置の特性よりも優れている。ＬＩＦ装置は、一般的には、生物種の検知の
ために使用される（Ｓｕｌｉｇａらによる“米軍化学及び生物防衛司令部の短範
囲生物スタンドオフ検知装置（Ｕ．Ｓ． Ａｒｍｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ａｎｄ
Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｄｅｆｅｎｓｅ Ｃｏｍｍａｎｄ’ｓ Ｓｈｏｒｔ Ｒ
ａｎｇｅ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓｔａｎｄｏｆｆ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｓ
ｙｓｔｅｍ）（ＳＲ−ＢＳＤＳ）”（１９９８年１０月２６−３０日、バージニ
ア州、ウィリアムスバーグにおけるによる化学及び生物の保護のためのスタンド
オフ検知における合同研究会（Ｊｏｉｎｔ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ Ｓｔａｎ
ｄｏｆｆ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ａｎｄ Ｂｉｏｌ
ｏｇｉｃａｌ Ｄｅｆｅｎｓｅ）における第２６５乃至７４頁）を参照）。
ー及び大口径望遠鏡及び検知装置がある。しかしながら、ＤＩＡＬ装置と異なり
、 ＬＩＦ装置における信号は、レーザーによって励起される目標種の蛍光発光によ
って発生される。従って、この信号は、ＤＩＡＬ装置の信号よりも弱く、範囲は
限定されている。他方、望ましくないバックグランド及び散乱された信号からの
蛍光信号を拒絶するＬＩＦ装置の能力、従って、このような装置の特性は、ＤＩ
ＡＬ装置の特性よりも優れている。ＬＩＦ装置は、一般的には、生物種の検知の
ために使用される（Ｓｕｌｉｇａらによる“米軍化学及び生物防衛司令部の短範
囲生物スタンドオフ検知装置（Ｕ．Ｓ． Ａｒｍｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ａｎｄ
Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｄｅｆｅｎｓｅ Ｃｏｍｍａｎｄ’ｓ Ｓｈｏｒｔ Ｒ
ａｎｇｅ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓｔａｎｄｏｆｆ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｓ
ｙｓｔｅｍ）（ＳＲ−ＢＳＤＳ）”（１９９８年１０月２６−３０日、バージニ
ア州、ウィリアムスバーグにおけるによる化学及び生物の保護のためのスタンド
オフ検知における合同研究会（Ｊｏｉｎｔ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏｎ Ｓｔａｎ
ｄｏｆｆ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ａｎｄ Ｂｉｏｌ
ｏｇｉｃａｌ Ｄｅｆｅｎｓｅ）における第２６５乃至７４頁）を参照）。
【０００９】 受動的な遠隔センサーの調査が、“検知及び保護：あなたが知らないものがあ
なたを殺す”ジェインズによる国際保護レビュー（１９９７年）の第３０乃至４
８頁に提供されている。おそらく、現在入手可能な最も注目すべき受動的なセン
サーは、Ｍ２１遠隔検知化学薬品警告（ＲＳＣＡＡＬ）である。この装置は、既
に配置に付けられており且つＦＴＩＲ技術に基づいている。ガスとその周囲との
温度差が４°Ｋであるときに、５ｋｍまでの距離からの有害薬品の雲を高い感度
で検知することができ且つ温度差がより少ないときにはより低い感度で検知する
ことができる。ＲＳＣＡＡＬ装置を含むＦＴＩＲ装置の主な欠点は、これらの装
置が、完全なスペクトルの走査に依存し、その後にスペクトルの詳細な分析がな
されることである。この走査を達成するために、この装置は、野外における用途
のために十分に丈夫にするのが難しい複雑で高度に精密化された機械的調整構造
を必要とする。このような複雑な装置を作動させること及び詳細な出力を分析す
ることは、熟練した人を必要とする。更に、この装置は基本的に全スペクトルを
カバーし、各スペクトル位置で得られる放射線は、全走査の時間中に集められる
放射線のほんの一部分である。
なたを殺す”ジェインズによる国際保護レビュー（１９９７年）の第３０乃至４
８頁に提供されている。おそらく、現在入手可能な最も注目すべき受動的なセン
サーは、Ｍ２１遠隔検知化学薬品警告（ＲＳＣＡＡＬ）である。この装置は、既
に配置に付けられており且つＦＴＩＲ技術に基づいている。ガスとその周囲との
温度差が４°Ｋであるときに、５ｋｍまでの距離からの有害薬品の雲を高い感度
で検知することができ且つ温度差がより少ないときにはより低い感度で検知する
ことができる。ＲＳＣＡＡＬ装置を含むＦＴＩＲ装置の主な欠点は、これらの装
置が、完全なスペクトルの走査に依存し、その後にスペクトルの詳細な分析がな
されることである。この走査を達成するために、この装置は、野外における用途
のために十分に丈夫にするのが難しい複雑で高度に精密化された機械的調整構造
を必要とする。このような複雑な装置を作動させること及び詳細な出力を分析す
ることは、熟練した人を必要とする。更に、この装置は基本的に全スペクトルを
カバーし、各スペクトル位置で得られる放射線は、全走査の時間中に集められる
放射線のほんの一部分である。
【００１０】 遠隔センサー装置においては、像形成技術を提供するために、超スペクトル又
はマルチスペクトルの像形成技術を採用してもよい。超スペクトル像形成分光学
においては、検知のために目標とされた化学物質の分布の二次元像を提供するた
めに、スペクトル的及び空間的に解像された情報が得られる。超スペクトル像が
、ＦＯＶにおける狭い帯が分光計の前方スリットに撮像される像形成分光計によ
って得られる。分光計内の分散要素は、像形成されたラインの各点の完全なスペ
クトルを形成し、それによって、分光計の背景面内の焦点面配列（ＦＰＡ）によ
って記録される二次元パターン（波長対線形空間位置）を形成する。完全な超ス
ペクトルデータキューブ（ｄａｔａ ｃｕｂｅ）は、点毎のスペクトル分布を記
録しつつＦＯＶ内に付加的な帯の像を形成することによって得られる。別の方法
として、データキューブはスペクトルの“スライス”に分割されてもよい。すな
わち、二次元ＦＯＶが、一時に一色を伝播する調整可能なバンドパスフィルタを
介してみることができる。二次元対象物の単色像が連続的に記録されて、異なる
波長毎に同じ対象物の像のスタックが得られる。
はマルチスペクトルの像形成技術を採用してもよい。超スペクトル像形成分光学
においては、検知のために目標とされた化学物質の分布の二次元像を提供するた
めに、スペクトル的及び空間的に解像された情報が得られる。超スペクトル像が
、ＦＯＶにおける狭い帯が分光計の前方スリットに撮像される像形成分光計によ
って得られる。分光計内の分散要素は、像形成されたラインの各点の完全なスペ
クトルを形成し、それによって、分光計の背景面内の焦点面配列（ＦＰＡ）によ
って記録される二次元パターン（波長対線形空間位置）を形成する。完全な超ス
ペクトルデータキューブ（ｄａｔａ ｃｕｂｅ）は、点毎のスペクトル分布を記
録しつつＦＯＶ内に付加的な帯の像を形成することによって得られる。別の方法
として、データキューブはスペクトルの“スライス”に分割されてもよい。すな
わち、二次元ＦＯＶが、一時に一色を伝播する調整可能なバンドパスフィルタを
介してみることができる。二次元対象物の単色像が連続的に記録されて、異なる
波長毎に同じ対象物の像のスタックが得られる。
【００１１】 超スペクトル技術は、広いスペクトル範囲をカバーする２００以下のこのよう
な像を必要とするかもしれない。他方において、マルチスペクトル技術は、典型
的には、対象物毎に２０のスペクトル片をカバーする。疑いもなく、超スペクト
ル技術を採用している装置は、よりたくさんの分光の詳細を提供し、従って、よ
り高い特異性（すなわち、検知のために目標とされない種による干渉を拒絶する
能力）を有している。しかしながら、これらの装置もまた、マルチスペクトルを
基本とする装置よりも、より長い走査、より大きなデータ記憶及び処理能力を必
要とし、従って、熟練していない人による操作又は速く動くブラットホームから
の操作に対して有用性が少ない。
な像を必要とするかもしれない。他方において、マルチスペクトル技術は、典型
的には、対象物毎に２０のスペクトル片をカバーする。疑いもなく、超スペクト
ル技術を採用している装置は、よりたくさんの分光の詳細を提供し、従って、よ
り高い特異性（すなわち、検知のために目標とされない種による干渉を拒絶する
能力）を有している。しかしながら、これらの装置もまた、マルチスペクトルを
基本とする装置よりも、より長い走査、より大きなデータ記憶及び処理能力を必
要とし、従って、熟練していない人による操作又は速く動くブラットホームから
の操作に対して有用性が少ない。
【００１２】 化学物質の遠隔検知のためのいくつかの超スペクトル及びマルチスペクトル像
形成技術が提案されて来た。正確な超スペクトル検知技術のうちの一つは、３ｃ
ｍ-1の帯域幅で８−１２μｍの範囲の調整可能な音波−光フィルタ（ＡＯＴＦ）
の使用を含んでいる（Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．の第３７巻、Ｎｏ．１２（１９９８年
）の第２３４０−４５頁におけるＳｕｈｒｅらによる“３ｃｍ-1透過帯域の音波
−光の調整可能フィルタを備えた８−１２μｍ領域のための像形成分光放射計（
Ｉｍａｇｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｏｒｏｒａｄｉｏｍｅｔｅｒ ｆｏｒ ｔｈｅ
８−１２μｍ Ｒｅｇｉｏｎ ｗｉｔｈ ａ ３ｃｍ-1 ｐａｓｓｂａｎｄ Ａ
ｃｏｕｓｔｉｃ−Ｏｐｔｉｃ Ｔｕｎａｂｌｅ Ｆｉｌｔｅｒ）”を参照）。し
かしながら、調整過程中に音波−光要素を付勢することによって、像が若干シフ
トせしめられ、それによって、異なる波長において得られた像同士の間の相関関
係を複雑にする。調整可能なファブリ−ペローのエタロンを使用した独特の技術
もまた、化学薬品の超スペクトル像形成のために開発されつつある（Ｓｅｎｓｏ
ｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ Ａ ４６−４７（１９９５年）の第４１３
−１６頁における“赤外線分光学に使用するための調整可能な波長選択性を有す
るシリコンの微細機械加工された赤外線センサー（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｍｉｃｒｏ
ｍａｃｈｉｎｅｄ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｓｅｎｓｏｒ ｗｉｔｈ Ｔｕｎａｂｌ
ｅ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ ｆｏｒ Ａｐｐｌｉｃａ
ｔｉｏｎ ｉｎ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）”を参照）。
しかしながら、ファブリ−ペローのフィルタは、移動しつつあるミラー間の良好
な整合及び間隔制御の必要性によって複雑化されている。最後に、ガス状の化学
物質の像形成のための調整可能な要素として回折レンズを使用することが提案さ
れた（参照番号を記すことによって本明細書に組み入れられている、１９９５年
１２月２６日に発行されたＨｉｎｎｒｉｃｈｓらに付与された米国特許第５，４
７９，２５８号を参照）。しかしながら、スペクトル像間のクロストークが、こ
の技術の特異性を弱めている。
形成技術が提案されて来た。正確な超スペクトル検知技術のうちの一つは、３ｃ
ｍ-1の帯域幅で８−１２μｍの範囲の調整可能な音波−光フィルタ（ＡＯＴＦ）
の使用を含んでいる（Ａｐｐｌ．Ｏｐｔ．の第３７巻、Ｎｏ．１２（１９９８年
）の第２３４０−４５頁におけるＳｕｈｒｅらによる“３ｃｍ-1透過帯域の音波
−光の調整可能フィルタを備えた８−１２μｍ領域のための像形成分光放射計（
Ｉｍａｇｉｎｇ Ｓｐｅｃｔｏｒｏｒａｄｉｏｍｅｔｅｒ ｆｏｒ ｔｈｅ
８−１２μｍ Ｒｅｇｉｏｎ ｗｉｔｈ ａ ３ｃｍ-1 ｐａｓｓｂａｎｄ Ａ
ｃｏｕｓｔｉｃ−Ｏｐｔｉｃ Ｔｕｎａｂｌｅ Ｆｉｌｔｅｒ）”を参照）。し
かしながら、調整過程中に音波−光要素を付勢することによって、像が若干シフ
トせしめられ、それによって、異なる波長において得られた像同士の間の相関関
係を複雑にする。調整可能なファブリ−ペローのエタロンを使用した独特の技術
もまた、化学薬品の超スペクトル像形成のために開発されつつある（Ｓｅｎｓｏ
ｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ Ａ ４６−４７（１９９５年）の第４１３
−１６頁における“赤外線分光学に使用するための調整可能な波長選択性を有す
るシリコンの微細機械加工された赤外線センサー（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｍｉｃｒｏ
ｍａｃｈｉｎｅｄ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｓｅｎｓｏｒ ｗｉｔｈ Ｔｕｎａｂｌ
ｅ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ ｆｏｒ Ａｐｐｌｉｃａ
ｔｉｏｎ ｉｎ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）”を参照）。
しかしながら、ファブリ−ペローのフィルタは、移動しつつあるミラー間の良好
な整合及び間隔制御の必要性によって複雑化されている。最後に、ガス状の化学
物質の像形成のための調整可能な要素として回折レンズを使用することが提案さ
れた（参照番号を記すことによって本明細書に組み入れられている、１９９５年
１２月２６日に発行されたＨｉｎｎｒｉｃｈｓらに付与された米国特許第５，４
７９，２５８号を参照）。しかしながら、スペクトル像間のクロストークが、こ
の技術の特異性を弱めている。
【００１３】 ここに記載された三つの超スペクトル技術は全て、高いスペクトル分解能、広
いスペクトル走査能力及び優れた発光処理量を提供する。しかしながら、潜在的
な利点から利益を得るためには、別個の波長毎に最大限の像が記録されなければ
ならない。これらの技術が均一に１０ｃｍ-1の帯域幅を提供することができると
仮定すると、関心のある多くの化学物質が分光的に活性である８−１３．１μｍ
の範囲（１２５０ないし７５２ｃｍ-1）の全範囲をカバーするためには４２の別
個の像が必要であろう。これらの像を得るのに必要とされる時間は、通常は、≦
５０Ｈｚで現在のところ有効である入手可能なＦＰＡの最大の像形成効率によっ
て制限される。従って、完全なデータキューブを記録するためには、ほぼ一秒（
又は帯域幅がより狭いときにはより長い）必要である。
いスペクトル走査能力及び優れた発光処理量を提供する。しかしながら、潜在的
な利点から利益を得るためには、別個の波長毎に最大限の像が記録されなければ
ならない。これらの技術が均一に１０ｃｍ-1の帯域幅を提供することができると
仮定すると、関心のある多くの化学物質が分光的に活性である８−１３．１μｍ
の範囲（１２５０ないし７５２ｃｍ-1）の全範囲をカバーするためには４２の別
個の像が必要であろう。これらの像を得るのに必要とされる時間は、通常は、≦
５０Ｈｚで現在のところ有効である入手可能なＦＰＡの最大の像形成効率によっ
て制限される。従って、完全なデータキューブを記録するためには、ほぼ一秒（
又は帯域幅がより狭いときにはより長い）必要である。
【００１４】 超スペクトル像形成技術と対照的に、ＧＦＣＲ、ＤＡＲ又はＮＦＣＲ装置によ
って採用されているようなマルチスペクトル技術は、選択された目標種を検知す
るのに必要とされるスペクトル領域のみをカバーする。典型的なＧＦＣＲは、目
標種を含んでいるサンプルセルと基準真空セルとを含んでいる。サンプルセルと
基準セルとは、検知器内へ及び検知器から外へ機械的に動かされる（Ａｐｐ．
Ｏｐｔ．１５（１９７６年）の第１２２２−２８頁におけるＨｅｒｇｅｔらによ
る“ガス状の汚染物質濃度の現場測定のための赤外線ガス−フィルタ対比装置（
Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｇａｓ−ｆｉｌｔｅｒ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ Ｉｎｓｔ
ｒｕｍｅｎｔ ｆｏｒ Ｉｎ−Ｓｉｔｕ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｇａ
ｓｅｏｕｓ Ｐｏｌｌｕｔａｎｔ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ）”を参照）
。このような装置は、スタックを横切るＩＲ発生源からの放射線の吸収によって
ＣＯ、ＮＯ、ＳＯ2、ＨＣｌ及びＨＦのような煙突による汚染物質を監視するた
めに使用されて来た。これらの種の多くに対して、１０−５０００ｐｐｍ−ｍの
検知範囲が達成されて来た。ＣＨ4、Ｃ2Ｈ6、ＨＣｌ及びＣＯを検知するために
は、自然ＩＲ放射の極微量の大気中の種による吸収又は検知されたガス自体によ
る放射の検知のための代替的なＧＦＣＲ方法が使用されて来た（Ａｐｐ． Ｏｐ
ｔ．１４（１９７５年）の第２８９６−９０４頁におけるＷａｒｄらによる“ガ
スセル対比分光計（Ｇａｓ Ｃｅｌｌ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒ
ｏｍｅｔｅｒ）：ＧＡＳＰＥＣ”を参照）。この装置は、３００ｍ以下の大気経
路内の上方監視方法及び天底監視方法の両方において使用されて来た。この装置
の特異性は、ＣＯ2のバックグランド負荷量内の１０００ｐｐｍ−ｍの変化が４
００ｐｐｍ−ｍのＣＯの検知のノイズ等価量を形成したことを実験的に示すこと
によって実証されて来た。
って採用されているようなマルチスペクトル技術は、選択された目標種を検知す
るのに必要とされるスペクトル領域のみをカバーする。典型的なＧＦＣＲは、目
標種を含んでいるサンプルセルと基準真空セルとを含んでいる。サンプルセルと
基準セルとは、検知器内へ及び検知器から外へ機械的に動かされる（Ａｐｐ．
Ｏｐｔ．１５（１９７６年）の第１２２２−２８頁におけるＨｅｒｇｅｔらによ
る“ガス状の汚染物質濃度の現場測定のための赤外線ガス−フィルタ対比装置（
Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｇａｓ−ｆｉｌｔｅｒ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ Ｉｎｓｔ
ｒｕｍｅｎｔ ｆｏｒ Ｉｎ−Ｓｉｔｕ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｇａ
ｓｅｏｕｓ Ｐｏｌｌｕｔａｎｔ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ）”を参照）
。このような装置は、スタックを横切るＩＲ発生源からの放射線の吸収によって
ＣＯ、ＮＯ、ＳＯ2、ＨＣｌ及びＨＦのような煙突による汚染物質を監視するた
めに使用されて来た。これらの種の多くに対して、１０−５０００ｐｐｍ−ｍの
検知範囲が達成されて来た。ＣＨ4、Ｃ2Ｈ6、ＨＣｌ及びＣＯを検知するために
は、自然ＩＲ放射の極微量の大気中の種による吸収又は検知されたガス自体によ
る放射の検知のための代替的なＧＦＣＲ方法が使用されて来た（Ａｐｐ． Ｏｐ
ｔ．１４（１９７５年）の第２８９６−９０４頁におけるＷａｒｄらによる“ガ
スセル対比分光計（Ｇａｓ Ｃｅｌｌ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒ
ｏｍｅｔｅｒ）：ＧＡＳＰＥＣ”を参照）。この装置は、３００ｍ以下の大気経
路内の上方監視方法及び天底監視方法の両方において使用されて来た。この装置
の特異性は、ＣＯ2のバックグランド負荷量内の１０００ｐｐｍ−ｍの変化が４
００ｐｐｍ−ｍのＣＯの検知のノイズ等価量を形成したことを実験的に示すこと
によって実証されて来た。
【００１５】 ＧＦＣＲの第一の欠点は、センサーが、同センサーが取り扱いが難しい有害化
学物質又は化学物質の検知のために使用されるときに、危険性を付与するかもし
れないサンプル種を含むセルを含む必要があることである。更に、各目標化学物
質のための別個のセルのための要件によって嵩の高い検知器となる。更に、セル
をＦＯＶへと及びＦＯＶから機械的に切り換える必要性によって、装置の信頼性
及び速度が著しく低下し、連続した像同士の間での整合が失われることにより、
ガス雲又は液体汚染のような急増した化学物質の像形成を阻止するかもしれない
。
学物質又は化学物質の検知のために使用されるときに、危険性を付与するかもし
れないサンプル種を含むセルを含む必要があることである。更に、各目標化学物
質のための別個のセルのための要件によって嵩の高い検知器となる。更に、セル
をＦＯＶへと及びＦＯＶから機械的に切り換える必要性によって、装置の信頼性
及び速度が著しく低下し、連続した像同士の間での整合が失われることにより、
ガス雲又は液体汚染のような急増した化学物質の像形成を阻止するかもしれない
。
【００１６】 参照番号を記すことによって全体が本明細書に組み入れられる１９９２年７月
７日に発行されたＳａｃｈｓｅらに付与された米国特許第５，１２８，７９７号
は、装置の光路の間で切り換えるために光学的偏光変調を使用する非機械的なＧ
ＦＣＲ及びＤＡＲを提案している（ユタ州ソルトレイクシティーにおける大気の
光学的遠隔検知会議（１９９３年３月８−１２日）におけるＷａｎｇらによる“
２．３ミクロンでのＣＨ４の測定による新規なＧＦＣＲ方法の実証（Ｄｅｍｏｎ
ｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｎｅｗ ＧＦＣＲ Ｍｅｔｈｏｄ ｗｉｔｈ ＣＨ４
Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ａｔ ２．３Ｍｉｃｒｏｎｓ）”を参照）。この
方法はセル間における機械的な切り換えに伴う信頼性の欠如を避けているけれど
も、偏光変調器、二つの偏光ビームスプリッタ及び波長板を必要として複雑で高
価であるので望ましくない。更に、入手可能な８−１３．３μｍのスペクトル範
囲でのビームスプリッタの性能は、現在のところ、８−１３．３μｍの範囲での
使用のための上記‘７９７特許の設計の検知器を開発するには十分でない。
７日に発行されたＳａｃｈｓｅらに付与された米国特許第５，１２８，７９７号
は、装置の光路の間で切り換えるために光学的偏光変調を使用する非機械的なＧ
ＦＣＲ及びＤＡＲを提案している（ユタ州ソルトレイクシティーにおける大気の
光学的遠隔検知会議（１９９３年３月８−１２日）におけるＷａｎｇらによる“
２．３ミクロンでのＣＨ４の測定による新規なＧＦＣＲ方法の実証（Ｄｅｍｏｎ
ｓｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｎｅｗ ＧＦＣＲ Ｍｅｔｈｏｄ ｗｉｔｈ ＣＨ４
Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ａｔ ２．３Ｍｉｃｒｏｎｓ）”を参照）。この
方法はセル間における機械的な切り換えに伴う信頼性の欠如を避けているけれど
も、偏光変調器、二つの偏光ビームスプリッタ及び波長板を必要として複雑で高
価であるので望ましくない。更に、入手可能な８−１３．３μｍのスペクトル範
囲でのビームスプリッタの性能は、現在のところ、８−１３．３μｍの範囲での
使用のための上記‘７９７特許の設計の検知器を開発するには十分でない。
【００１７】 参照番号を記すことによって全体が本明細書に組み入れられる１９９９年３月
１８日に発行されたＢｕｔｌｅｒらに付与された米国特許第５，９０５，５７１
号は、ＧＦＣＲのサンプルセルによって形成される吸収スペクトルと類似したス
ペクトルを形成するために微細機械加工された回折格子を使用している新しいＧ
ＦＣＲのような装置を開示している。上記‘５７１特許によれば、各々一つの化
学種のサンプルセルを真似ている格子の列を準備することができるかも知れない
。格子を単一の検知器又は検知器の列の前方に配置することによって、ＧＦＣＲ
自体の測定と比較できるほど共通点があるがサンプルセルを使用するという本来
的な欠点のない測定法が形成される。しかしながら、この’５７１特許の格子を
基本とした設計は、この欠点を処理することを試みているけれども、たくさんの
付加的な欠点を導入している。標準的なＧＦＣＲとは異なり、格子を基本とした
ＧＦＣＲは、所望の特性を有していない放射線から所望の分光特性を有する格子
によって導かれる放射線を分離するために、格子と検知器との間に狭いスリット
が配置されることを必要とする。このスリットはまた、格子を基本とする装置が
特に受け易い迷光による干渉を減じるためにも使用される。このようなスリット
が無いと、この装置はスペクトル分解能のいくつかを喪失する。検知器自体は比
較的広いスリットとして使用されてもよいが、装置のスペクトル分解能は著しく
低下する。結局、格子を基本とするＧＦＣＲ装置の集光能力又はＦＯＶは、スリ
ットの幅によって限定される。従って、二つの対立する要件、すなわち、広いス
リットを必要とする大きい信号若しくは大きいＦＯＶ又はスリットが狭いことを
必要とする高いスペクトル分解能との間での妥協がなされなければならない。
１８日に発行されたＢｕｔｌｅｒらに付与された米国特許第５，９０５，５７１
号は、ＧＦＣＲのサンプルセルによって形成される吸収スペクトルと類似したス
ペクトルを形成するために微細機械加工された回折格子を使用している新しいＧ
ＦＣＲのような装置を開示している。上記‘５７１特許によれば、各々一つの化
学種のサンプルセルを真似ている格子の列を準備することができるかも知れない
。格子を単一の検知器又は検知器の列の前方に配置することによって、ＧＦＣＲ
自体の測定と比較できるほど共通点があるがサンプルセルを使用するという本来
的な欠点のない測定法が形成される。しかしながら、この’５７１特許の格子を
基本とした設計は、この欠点を処理することを試みているけれども、たくさんの
付加的な欠点を導入している。標準的なＧＦＣＲとは異なり、格子を基本とした
ＧＦＣＲは、所望の特性を有していない放射線から所望の分光特性を有する格子
によって導かれる放射線を分離するために、格子と検知器との間に狭いスリット
が配置されることを必要とする。このスリットはまた、格子を基本とする装置が
特に受け易い迷光による干渉を減じるためにも使用される。このようなスリット
が無いと、この装置はスペクトル分解能のいくつかを喪失する。検知器自体は比
較的広いスリットとして使用されてもよいが、装置のスペクトル分解能は著しく
低下する。結局、格子を基本とするＧＦＣＲ装置の集光能力又はＦＯＶは、スリ
ットの幅によって限定される。従って、二つの対立する要件、すなわち、広いス
リットを必要とする大きい信号若しくは大きいＦＯＶ又はスリットが狭いことを
必要とする高いスペクトル分解能との間での妥協がなされなければならない。
【００１８】 上記‘５７１特許によって必要とされるスリットもまた、化学雲の空間分布の
像を形成する可能性を阻止する。更に、スリットに当たる光は集光され無ければ
ならないのに対して、格子上に当たる光は平行にされなければならないので、格
子を基本とするＧＦＣＲは、コリメーションレンズ及び集光綸子からなる光学要
素の列を有しなければならない。必要とされる光学系が与えられるとすれば、装
置は、格子とスリットとの間の光学的アライメントに感応し及び装置が適正な格
子による散乱のための十分な光路を作り出す必要があり（これは、格子とスリッ
トとの間に数センチメートル以下の距離を必要とするかもとれない）、格子を基
本とするＧＦＣＲ装置は、明らかに小型化することができない。
像を形成する可能性を阻止する。更に、スリットに当たる光は集光され無ければ
ならないのに対して、格子上に当たる光は平行にされなければならないので、格
子を基本とするＧＦＣＲは、コリメーションレンズ及び集光綸子からなる光学要
素の列を有しなければならない。必要とされる光学系が与えられるとすれば、装
置は、格子とスリットとの間の光学的アライメントに感応し及び装置が適正な格
子による散乱のための十分な光路を作り出す必要があり（これは、格子とスリッ
トとの間に数センチメートル以下の距離を必要とするかもとれない）、格子を基
本とするＧＦＣＲ装置は、明らかに小型化することができない。
【００１９】 参照番号を記すことによって全体が本明細書に組み入れられる１９７６年５月
１１日に発行されたＫｎｉｇｈｔらに付与された米国特許第３，９５５，８９１
号は、同様の分散対比技術を開示している。この‘８９１特許の設計は、入射光
を種々のスペクトル成分に分散させるために凹状の格子を採用しており、次いで
、所望のスペクトルによって形成されたパターンと相関する形状とされた空間フ
ィルタを格子の焦点面に配置することによって所望の構成要素を選択する。この
装置は、格子を基本とするＧＦＣＲの特徴及び欠点の多くを有している。しかし
ながら、付加的な欠点は、凹状格子と空間フィルタのアセンブリとの組み合わせ
を必要とすることにより、装置を複雑で煩わしいものとすることである。
１１日に発行されたＫｎｉｇｈｔらに付与された米国特許第３，９５５，８９１
号は、同様の分散対比技術を開示している。この‘８９１特許の設計は、入射光
を種々のスペクトル成分に分散させるために凹状の格子を採用しており、次いで
、所望のスペクトルによって形成されたパターンと相関する形状とされた空間フ
ィルタを格子の焦点面に配置することによって所望の構成要素を選択する。この
装置は、格子を基本とするＧＦＣＲの特徴及び欠点の多くを有している。しかし
ながら、付加的な欠点は、凹状格子と空間フィルタのアセンブリとの組み合わせ
を必要とすることにより、装置を複雑で煩わしいものとすることである。
【００２０】 参照番号を記すことによって全体が本明細書に組み入れられる１９８８年１２
月１３日に発行されたＣｌａｒｋｅに付与された米国特許第４，７９０，６５４
号は、像の線状の焦点を形成し、この線状の焦点が次いで平面状の回折格子に投
影される円柱レンズがそれに引き続いて使用される像形成装置を使用している代
替的な分散マルチスペクトル技術を開示している。格子によって回折された放射
線は、各々異なる色で且つ若干異なる角度で進むたくさんの縞によって作られる
。 この放射線をセグメント化されたミラーによって遮ることによって、各色の構成
要素をその他の色と独立して制御することができる。例えば、あるミラーセグメ
ントの反射率を制御することによって、選択したスペクトル成分を像から取り出
すことができる。この‘６５４特許の技術は、予めプログラムされた種の像を形
成することができるばかりでなく、良好に規定された分光特性を提供することを
意図しているけれども、この装置は、とりわけ複雑であり且つスペクトル分解能
と、種自体を表すように設計された像とその像のバックグランドを示す像との間
の整合に影響を及ぼす細かい光学的アライメントを大きく依存する。
月１３日に発行されたＣｌａｒｋｅに付与された米国特許第４，７９０，６５４
号は、像の線状の焦点を形成し、この線状の焦点が次いで平面状の回折格子に投
影される円柱レンズがそれに引き続いて使用される像形成装置を使用している代
替的な分散マルチスペクトル技術を開示している。格子によって回折された放射
線は、各々異なる色で且つ若干異なる角度で進むたくさんの縞によって作られる
。 この放射線をセグメント化されたミラーによって遮ることによって、各色の構成
要素をその他の色と独立して制御することができる。例えば、あるミラーセグメ
ントの反射率を制御することによって、選択したスペクトル成分を像から取り出
すことができる。この‘６５４特許の技術は、予めプログラムされた種の像を形
成することができるばかりでなく、良好に規定された分光特性を提供することを
意図しているけれども、この装置は、とりわけ複雑であり且つスペクトル分解能
と、種自体を表すように設計された像とその像のバックグランドを示す像との間
の整合に影響を及ぼす細かい光学的アライメントを大きく依存する。
【００２１】 １９９１年のＯｐｔ． Ｅｎｇ．における第１７２５−３３頁のＡｌｔｈｏｕ
ｓｅらによる“マルチスペクトルの熱による像形成装置による化学物質の蒸気の
検知（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ａ Ｍ
ｕｌｔｉｓｐｅｃｔｒａｌ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｉｍａｇｅｒ）”は、８−１３．
３μｍの範囲をカバーするために、８個以下の０．５μｍの帯域幅（又は３５−
７０ｃｍ-1）のバンドパス光学フィルタの縞を含んでいる縞状フィルタを採用し
ているマルチスペクトル技術を開示している。しかしながら、この方法は、望ま
しくない低い特異性をもたらすとりわけ広い帯域幅に依存するので不利である。
これは、全スペクトル範囲がたったの８つのバンドパスフィルタによってカバー
されているからである。更に、Ａｌｔｈｏｕｓｅらの設計は、バックグランドの
差し引き及び標準化技術の必要性を認識することを怠っているので、望ましくな
い低い感度を有する。Ａｌｔｈｏｕｓｅらは、極低温に冷却されたフィルタの使
用及びこのようなフィルタを検知器から十分に遠く離して配置して同フィルタか
らの放射線によるノイズの分布自体が許容可能なレベルまで減じられるようにす
ることを推奨している。
ｓｅらによる“マルチスペクトルの熱による像形成装置による化学物質の蒸気の
検知（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ａ Ｍ
ｕｌｔｉｓｐｅｃｔｒａｌ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｉｍａｇｅｒ）”は、８−１３．
３μｍの範囲をカバーするために、８個以下の０．５μｍの帯域幅（又は３５−
７０ｃｍ-1）のバンドパス光学フィルタの縞を含んでいる縞状フィルタを採用し
ているマルチスペクトル技術を開示している。しかしながら、この方法は、望ま
しくない低い特異性をもたらすとりわけ広い帯域幅に依存するので不利である。
これは、全スペクトル範囲がたったの８つのバンドパスフィルタによってカバー
されているからである。更に、Ａｌｔｈｏｕｓｅらの設計は、バックグランドの
差し引き及び標準化技術の必要性を認識することを怠っているので、望ましくな
い低い感度を有する。Ａｌｔｈｏｕｓｅらは、極低温に冷却されたフィルタの使
用及びこのようなフィルタを検知器から十分に遠く離して配置して同フィルタか
らの放射線によるノイズの分布自体が許容可能なレベルまで減じられるようにす
ることを推奨している。
【００２２】 フォトニクス設計及び用法ハンドブック（Ｔｈｅ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｄｅ
ｓｉｇｎ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃｔｉｏｎｓ Ｈａｎｄｂｏｏｋ）Ｈ−２１２−
２１７（１９９７）におけるＷｉｍｍｅｒｓらによる“焦点面アレイ：新しい用
途のためのより良く且つより小さいＩＲ像（Ｆｏｃａｌ Ｐｌａｎｅ Ａｒｒａ
ｙｓ： Ｂｅｔｔｅｒ， Ｓｍａｌｌ ＩＲ Ｉｍａｇｅｓ ｆｏｒ Ｎｅｗ
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）”は、バンドパスフィルタを使用している３−５μ
ｍ範囲内のガス状化学物質を検知するための技術を開示している。４つのバンド
パスフィルタが、四位置フィルタホイールに取り付けられ且つ検知器の前方で回
転せしめられる。典型的には、各フィルタは、ある種のガス種の吸収スペクトル
に適合する透過帯域を有するように選択される。こようなフィルタを通してＦＯ
Ｖの像を形成することによって、対応するフィルタの透過に適合する吸収を有す
るガス種の像を得ることができる。不利なことに、この設計は、フィルタが極低
温に冷却されることを必要とする。更に、この設計は、バックグランドの放射線
若しくは放出の作用又は大気若しくはその他のバックグランド種による吸収を補
正する方法を準備していない。更に、フィルタ間で切り換えるために機械的なフ
ィルタホイールを使用していることにより、装置の信頼性が低下し且つ小型化が
阻止される。更に、動くフィルタを使用することにより、本来的に、2つの異な
るフィルタによって得られる像間の整合の喪失につながり、それによって、一つ
の像を他の像から差し引くことができない。Ｗｉｍｍｅｒｓらの方法もまた、バ
ックグランドの干渉を補正することを考慮していない。
ｓｉｇｎ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃｔｉｏｎｓ Ｈａｎｄｂｏｏｋ）Ｈ−２１２−
２１７（１９９７）におけるＷｉｍｍｅｒｓらによる“焦点面アレイ：新しい用
途のためのより良く且つより小さいＩＲ像（Ｆｏｃａｌ Ｐｌａｎｅ Ａｒｒａ
ｙｓ： Ｂｅｔｔｅｒ， Ｓｍａｌｌ ＩＲ Ｉｍａｇｅｓ ｆｏｒ Ｎｅｗ
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ）”は、バンドパスフィルタを使用している３−５μ
ｍ範囲内のガス状化学物質を検知するための技術を開示している。４つのバンド
パスフィルタが、四位置フィルタホイールに取り付けられ且つ検知器の前方で回
転せしめられる。典型的には、各フィルタは、ある種のガス種の吸収スペクトル
に適合する透過帯域を有するように選択される。こようなフィルタを通してＦＯ
Ｖの像を形成することによって、対応するフィルタの透過に適合する吸収を有す
るガス種の像を得ることができる。不利なことに、この設計は、フィルタが極低
温に冷却されることを必要とする。更に、この設計は、バックグランドの放射線
若しくは放出の作用又は大気若しくはその他のバックグランド種による吸収を補
正する方法を準備していない。更に、フィルタ間で切り換えるために機械的なフ
ィルタホイールを使用していることにより、装置の信頼性が低下し且つ小型化が
阻止される。更に、動くフィルタを使用することにより、本来的に、2つの異な
るフィルタによって得られる像間の整合の喪失につながり、それによって、一つ
の像を他の像から差し引くことができない。Ｗｉｍｍｅｒｓらの方法もまた、バ
ックグランドの干渉を補正することを考慮していない。
【００２３】 Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ Ａ，３７−３８（１９９３）
の第５０２−０６頁におけるＬｏｐｅｚらによる“マルチスペクトル干渉フィル
タ及び汚染制御のためのコンパクトな非分散型赤外線ガス分析器の設計への応用
（Ｍｕｌｔｉｓｐｅｃｔｒａｌ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｆｉｌｔｅｒｓ
ａｎｄ Ｔｈｅｉｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｔｏ ｔｈｅ Ｄｅｓｉｇｎ
ｏｆ Ｃｏｍｐａｃｔ Ｎｏｎ−Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｇ
ａｓ Ａｎａｌａｙｓｅｒｓ ｆｏｒ Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）
”は、複数種の同時検知を可能にするバンドパスフィルタに基づく方法を開示し
ている。この技術においては、単一の基材が複数の屈折層によってコーティング
され、次いで、エッチングされて、同基材の異なる位置のたくさんのバンドパス
フィルタが形成される。このフィルタは、種々のバンドパスフィルタの直線状の
アレイとして設計されるのが好ましい。各フィルタの透過線−中心は、選択され
た種の吸収及び放出と合致するように選択することができる。このバンドパスフ
ィルタ構造を線形検知器アレイの前方に配置することによって、複数の種による
吸収又は放出の同時測定が確保される。しかしながら、Ｌｏｐｅｚらは、強度の
値の直接的な測定のみを考慮しているフィルタの構造概念にのみ焦点を絞ってい
る。Ｌｏｐｅｚらは、バックグランドの干渉の補正の必要性又はこのような補正
が如何にすれば最も良く達成されるかということについて考えていない。
の第５０２−０６頁におけるＬｏｐｅｚらによる“マルチスペクトル干渉フィル
タ及び汚染制御のためのコンパクトな非分散型赤外線ガス分析器の設計への応用
（Ｍｕｌｔｉｓｐｅｃｔｒａｌ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ Ｆｉｌｔｅｒｓ
ａｎｄ Ｔｈｅｉｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｔｏ ｔｈｅ Ｄｅｓｉｇｎ
ｏｆ Ｃｏｍｐａｃｔ Ｎｏｎ−Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｇ
ａｓ Ａｎａｌａｙｓｅｒｓ ｆｏｒ Ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）
”は、複数種の同時検知を可能にするバンドパスフィルタに基づく方法を開示し
ている。この技術においては、単一の基材が複数の屈折層によってコーティング
され、次いで、エッチングされて、同基材の異なる位置のたくさんのバンドパス
フィルタが形成される。このフィルタは、種々のバンドパスフィルタの直線状の
アレイとして設計されるのが好ましい。各フィルタの透過線−中心は、選択され
た種の吸収及び放出と合致するように選択することができる。このバンドパスフ
ィルタ構造を線形検知器アレイの前方に配置することによって、複数の種による
吸収又は放出の同時測定が確保される。しかしながら、Ｌｏｐｅｚらは、強度の
値の直接的な測定のみを考慮しているフィルタの構造概念にのみ焦点を絞ってい
る。Ｌｏｐｅｚらは、バックグランドの干渉の補正の必要性又はこのような補正
が如何にすれば最も良く達成されるかということについて考えていない。
【００２４】 従って、バックグランド、その成分及びその照度が急激に変化するときでも、
ガス状、液体、固体又は吸着した化学物質を遠隔的に検出し、好ましくは、その
像を形成することのできるセンサーが必要とされている。かかるセンサーは、コ
ンパクトで、堅牢、経済的で，非熟練者が使用し且つ解釈するのが容易であるの
に十分簡単な設計であることが好ましい。例えば、バックグランド放射線又は放
出及びバックグランドの大気又はその他の種による吸収効果を補正するのに満足
し得る感度、特定化、能力を有し、また、高像形成又は空間的分解能を有する一
方にて、手持ち型の化学的検出器としての形態とされ且つ使用するのに十分にコ
ンパクトで且つ堅牢なセンサーを有することが望ましい。また、かかるセンサー
は、代替的に、大きいカバー面積となるように大きいＦＯＶを有し且つ長時間に
亘る独立した作動に有用である十分なエネルギ効率を有することも望ましい。か
かるセンサーは、塵、大気中の排出物、汚染物質、殺虫剤の蒸気、自然発生の大
気中のガス（例えば、Ｈ2Ｏ，ＣＯ2，Ｏ3,Ｎ2Ｏ，ＮＯX及びＣＯガス）、漏洩ガ
ス、流出液体、水素及び炭化水素の火、表面の不純物、プラズマ又は電気放電の
ようなガス状化学物質を検出し且つ好ましくはその像を形成することができるも
のであることが好ましい。かかるセンサーは、また、例外的に大きい信号対ノイ
ズ比を有し、これにより、手持ち型の適用例においてＩＲ又はより小型の像形成
レンズ内で非冷却の検出器の使用を許容するのも好ましい。
ガス状、液体、固体又は吸着した化学物質を遠隔的に検出し、好ましくは、その
像を形成することのできるセンサーが必要とされている。かかるセンサーは、コ
ンパクトで、堅牢、経済的で，非熟練者が使用し且つ解釈するのが容易であるの
に十分簡単な設計であることが好ましい。例えば、バックグランド放射線又は放
出及びバックグランドの大気又はその他の種による吸収効果を補正するのに満足
し得る感度、特定化、能力を有し、また、高像形成又は空間的分解能を有する一
方にて、手持ち型の化学的検出器としての形態とされ且つ使用するのに十分にコ
ンパクトで且つ堅牢なセンサーを有することが望ましい。また、かかるセンサー
は、代替的に、大きいカバー面積となるように大きいＦＯＶを有し且つ長時間に
亘る独立した作動に有用である十分なエネルギ効率を有することも望ましい。か
かるセンサーは、塵、大気中の排出物、汚染物質、殺虫剤の蒸気、自然発生の大
気中のガス（例えば、Ｈ2Ｏ，ＣＯ2，Ｏ3,Ｎ2Ｏ，ＮＯX及びＣＯガス）、漏洩ガ
ス、流出液体、水素及び炭化水素の火、表面の不純物、プラズマ又は電気放電の
ようなガス状化学物質を検出し且つ好ましくはその像を形成することができるも
のであることが好ましい。かかるセンサーは、また、例外的に大きい信号対ノイ
ズ比を有し、これにより、手持ち型の適用例においてＩＲ又はより小型の像形成
レンズ内で非冷却の検出器の使用を許容するのも好ましい。
【００２５】 （発明の概要） 本発明は、従来の化学的遠隔検出技術の幾つかの短所及び不利益な点を課題と
するものである。全体として、本発明のセンサーは、第一の光路と、第二の光路
と、該第一及び第二の光路に沿って伝播し又は放出すべき光又はその他の放射線
を集める形態とされた集光光学素子と、第一の光路内で該集光光学素子の後に配
置されたサンプルフィルタアセンブリとを備えている。以下に詳細に説明するよ
うに、センサーは、第二の光路内で集光光学素子の後に配置された基準フィルタ
アセンブリを更に備えている。サンプルフィルタアセンブリ及び基準フィルタア
センブリを通じて伝播された光又はその他の放射線を検出するために一つ以上の
検出器アセンブリを使用することができ、また、サンプル及び基準出力信号を比
較し且つ好ましくは基準化するために一つ以上の関係した検出器の出力比較装置
が使用される。サンプル及び基準出力を比較するとき、出力比較装置は、一つの
出力信号を他方の出力信号から減算することが好ましい。サンプル及び基準出力
を基準化するとき、出力比較装置は、サンプルと基準出力との差をサンプル出力
又は基準出力で割ることが好ましい。
するものである。全体として、本発明のセンサーは、第一の光路と、第二の光路
と、該第一及び第二の光路に沿って伝播し又は放出すべき光又はその他の放射線
を集める形態とされた集光光学素子と、第一の光路内で該集光光学素子の後に配
置されたサンプルフィルタアセンブリとを備えている。以下に詳細に説明するよ
うに、センサーは、第二の光路内で集光光学素子の後に配置された基準フィルタ
アセンブリを更に備えている。サンプルフィルタアセンブリ及び基準フィルタア
センブリを通じて伝播された光又はその他の放射線を検出するために一つ以上の
検出器アセンブリを使用することができ、また、サンプル及び基準出力信号を比
較し且つ好ましくは基準化するために一つ以上の関係した検出器の出力比較装置
が使用される。サンプル及び基準出力を比較するとき、出力比較装置は、一つの
出力信号を他方の出力信号から減算することが好ましい。サンプル及び基準出力
を基準化するとき、出力比較装置は、サンプルと基準出力との差をサンプル出力
又は基準出力で割ることが好ましい。
【００２６】 一つの実施の形態においては、サンプルフィルタアセンブリ及び基準フィルタ
アセンブリの双方が使用され、その各々がバンドパスフィルタを有している。サ
ンプルのためのバンドパスフィルタは、目標種の吸収又は放出線（好ましくは、
強力な吸収線又は放出線）と一致する周波数の光を伝播させることができる形態
とすることができ、サンプルのためのバンドパスフィルタは、目標種のスペクト
ル線と一致していない周波数を伝播させ得る形態とされた基準バンドパスフィル
タと釣合わせることができる。このように、検出器の出力比較装置の出力は、目
標種のトータルの吸収又は放出を示すものであり、全体の照明レベルの変化とは
独立していることが好ましい。好ましくは、サンプルバンドパスフィルタアセン
ブリのバンドパス周波数が大気中のＨ2Ｏ、ＣＯ2、Ｏ3、Ｎ2Ｏ、ＮＯX又はＣＯ
ガス、又は大気中に見ることのできる別のガス又はエアーゾルのような非目標種
の吸収又は放出線と一致するとき、基準バンドパスフィルタアセンブリは、サン
プルフィルタアセンブリにより伝播される非目標種のスペクトル線と一致する周
波数にて伝播され、又は非目標種による吸収又は放出がサンプルのスペクトル線
にて非目標種による吸収又は放出と大きさの点にて同一又は比較可能である、非
目標種の別のスペクトル線と一致する周波数にて伝播させる形態とされる。かか
る形態を使用するならば、検出器の出力比較装置の出力は、大気中のガスのよう
な選択されたバックグランド成分の効果に対し補正された目標種のトータルの吸
収又は放出を示す。
アセンブリの双方が使用され、その各々がバンドパスフィルタを有している。サ
ンプルのためのバンドパスフィルタは、目標種の吸収又は放出線（好ましくは、
強力な吸収線又は放出線）と一致する周波数の光を伝播させることができる形態
とすることができ、サンプルのためのバンドパスフィルタは、目標種のスペクト
ル線と一致していない周波数を伝播させ得る形態とされた基準バンドパスフィル
タと釣合わせることができる。このように、検出器の出力比較装置の出力は、目
標種のトータルの吸収又は放出を示すものであり、全体の照明レベルの変化とは
独立していることが好ましい。好ましくは、サンプルバンドパスフィルタアセン
ブリのバンドパス周波数が大気中のＨ2Ｏ、ＣＯ2、Ｏ3、Ｎ2Ｏ、ＮＯX又はＣＯ
ガス、又は大気中に見ることのできる別のガス又はエアーゾルのような非目標種
の吸収又は放出線と一致するとき、基準バンドパスフィルタアセンブリは、サン
プルフィルタアセンブリにより伝播される非目標種のスペクトル線と一致する周
波数にて伝播され、又は非目標種による吸収又は放出がサンプルのスペクトル線
にて非目標種による吸収又は放出と大きさの点にて同一又は比較可能である、非
目標種の別のスペクトル線と一致する周波数にて伝播させる形態とされる。かか
る形態を使用するならば、検出器の出力比較装置の出力は、大気中のガスのよう
な選択されたバックグランド成分の効果に対し補正された目標種のトータルの吸
収又は放出を示す。
【００２７】 本発明の遠隔センサーの別の実施の形態においては、サンプルフィルタアセン
ブリは、第一の光路内に配置され、サンプルフィルタアセンブリは、ノッチフィ
ルタ（一つの周波数又はある範囲の周波数を遮断するが、他のスペクトルは伝播
させるフィルタ）を有している。サンプルノッチフィルタは、目標種の選択され
たスペクトル線と一致する周波数を減衰する形態とすることができ、第二の光路
は、フィルタを全く備えず、このため、全く減衰しない。これと代替的に、第二
の光路内にブランクを配置することにより精度を向上させてもよく、このブラン
クは、サンプルノッチフィルタの基材によって形成される。更に、サンプルのノ
ッチフィルタと一致する中心周波数を有するバンドパスフィルタは、サンプルノ
ッチフィルタ及びブランクの前の第一及び第二の光路の双方の前方に、又はサン
プルノッチフィルタ及びブランクの双方の後に配置することができる。
ブリは、第一の光路内に配置され、サンプルフィルタアセンブリは、ノッチフィ
ルタ（一つの周波数又はある範囲の周波数を遮断するが、他のスペクトルは伝播
させるフィルタ）を有している。サンプルノッチフィルタは、目標種の選択され
たスペクトル線と一致する周波数を減衰する形態とすることができ、第二の光路
は、フィルタを全く備えず、このため、全く減衰しない。これと代替的に、第二
の光路内にブランクを配置することにより精度を向上させてもよく、このブラン
クは、サンプルノッチフィルタの基材によって形成される。更に、サンプルのノ
ッチフィルタと一致する中心周波数を有するバンドパスフィルタは、サンプルノ
ッチフィルタ及びブランクの前の第一及び第二の光路の双方の前方に、又はサン
プルノッチフィルタ及びブランクの双方の後に配置することができる。
【００２８】 サンプルフィルタアセンブリ及び基準フィルタアセンブリは、幾つかの組のサ
ンプルフィルタ及び基準フィルタから成るものとすることができる。サンプルフ
ィルタ及び基準フィルタは、複数の目標種を同時に検出するために、複数のフィ
ルタの繰り返しの配列を有する一つ以上の縞状フィルタを含むことができる。縞
状フィルタを使用することは、本発明の遠隔センサーに対し測定可能な像形成能
力を提供することになる。複数対のフィルタが使用される場合、これに相応する
複数の検出器又は検出器アレイを使用することができる。
ンプルフィルタ及び基準フィルタから成るものとすることができる。サンプルフ
ィルタ及び基準フィルタは、複数の目標種を同時に検出するために、複数のフィ
ルタの繰り返しの配列を有する一つ以上の縞状フィルタを含むことができる。縞
状フィルタを使用することは、本発明の遠隔センサーに対し測定可能な像形成能
力を提供することになる。複数対のフィルタが使用される場合、これに相応する
複数の検出器又は検出器アレイを使用することができる。
【００２９】 検出器の出力比較装置は、一般的なバックグランドノイズ成分、光又はその他
の放射線源の出力の差、干渉種による吸収又は放出を最少にし又は排除する形態
とすることができる。検出器の出力比較装置は、サンプル信号及び基準信号を減
算し且つ／又は基準化するため、コンピュータ、ロックイン増幅器又はその他の
適当な装置又はその組み合わせを備えることができる。該当するならば、この装
置は、この目的のために、一つ以上の釣合った比較計量検出器（ＢＲＤ）アセン
ブリのようなノイズ消去回路を含むことが好ましい。
の放射線源の出力の差、干渉種による吸収又は放出を最少にし又は排除する形態
とすることができる。検出器の出力比較装置は、サンプル信号及び基準信号を減
算し且つ／又は基準化するため、コンピュータ、ロックイン増幅器又はその他の
適当な装置又はその組み合わせを備えることができる。該当するならば、この装
置は、この目的のために、一つ以上の釣合った比較計量検出器（ＢＲＤ）アセン
ブリのようなノイズ消去回路を含むことが好ましい。
【００３０】 本発明の遠隔センサーが第一及び第二の光路の双方に対し単一の検出器アセン
ブリを採用する実施の形態においては、センサーは、光又はその他の放射線の第
一の部分を第一の光路に沿って伝播し且つ光又はその他の放射線の第二の部分を
第二の光路に沿って反射する形態とされた第一のビームスプリッタを含むことが
できる。かかる形態において、サンプルフィルタアセンブリは、第一のビームス
プリッタの後方にて第一の光路内に配置され、基準フィルタアセンブリは、第二
の光路内において第一のビームスプリッタの後方に配置されている。単一の検出
器アセンブリは、サンプルフィルタアセンブリ及び基準フィルタアセンブリの後
方に配置され、光又は放射線の第一の部分及び第二の部分を検出器アセンブリへ
と向ける手段がサンプルフィルタアセンブリ及び基準フィルタアセンブリと検出
器アセンブリとの間に配置される。この指向手段は、光又は光線の第一の部分及
び第二の部分の方向を所望に応じて変更する手段及び／又は第二のビームスプリ
ッタを備えることができる。ミラー及び第二のビームスプリッタに加えて又はこ
れらに代えて、この指向手段は、スイッチング装置を備えることができ、このス
イッチング装置は、択一的に、光又はその他の放射線の第二の部分が検知器アセ
ンブリに達するのを防止しつつ、その第一の部分が検知器アセンブリに達するの
を許容するか、光又はその他の放射線の第一の部分が検知器アセンブリに達する
のを防止しつつ、その第二の部分が検知器アセンブリに達するのを許容する。か
かる指向手段が使用されるならば、検出器の出力比較装置は、記憶装置及び／又
はコンピュータ又はその他のデータ処理装置を備えることができ、スイッチング
装置が光又はその他の放射線の第一の部分を検出器アセンブリに向けるときに発
生された検出器アセンブリの第一の出力を記憶し、このため、かかる第一の出力
を後続の第二の出力と比較することができる。このスイッチング装置は、任意の
適当な装置とすることができ、また、簡単で且つ堅牢な機械的なシャッタ装置又
はスロット付きのチョッパーホイール装置を備えることが好ましい。
ブリを採用する実施の形態においては、センサーは、光又はその他の放射線の第
一の部分を第一の光路に沿って伝播し且つ光又はその他の放射線の第二の部分を
第二の光路に沿って反射する形態とされた第一のビームスプリッタを含むことが
できる。かかる形態において、サンプルフィルタアセンブリは、第一のビームス
プリッタの後方にて第一の光路内に配置され、基準フィルタアセンブリは、第二
の光路内において第一のビームスプリッタの後方に配置されている。単一の検出
器アセンブリは、サンプルフィルタアセンブリ及び基準フィルタアセンブリの後
方に配置され、光又は放射線の第一の部分及び第二の部分を検出器アセンブリへ
と向ける手段がサンプルフィルタアセンブリ及び基準フィルタアセンブリと検出
器アセンブリとの間に配置される。この指向手段は、光又は光線の第一の部分及
び第二の部分の方向を所望に応じて変更する手段及び／又は第二のビームスプリ
ッタを備えることができる。ミラー及び第二のビームスプリッタに加えて又はこ
れらに代えて、この指向手段は、スイッチング装置を備えることができ、このス
イッチング装置は、択一的に、光又はその他の放射線の第二の部分が検知器アセ
ンブリに達するのを防止しつつ、その第一の部分が検知器アセンブリに達するの
を許容するか、光又はその他の放射線の第一の部分が検知器アセンブリに達する
のを防止しつつ、その第二の部分が検知器アセンブリに達するのを許容する。か
かる指向手段が使用されるならば、検出器の出力比較装置は、記憶装置及び／又
はコンピュータ又はその他のデータ処理装置を備えることができ、スイッチング
装置が光又はその他の放射線の第一の部分を検出器アセンブリに向けるときに発
生された検出器アセンブリの第一の出力を記憶し、このため、かかる第一の出力
を後続の第二の出力と比較することができる。このスイッチング装置は、任意の
適当な装置とすることができ、また、簡単で且つ堅牢な機械的なシャッタ装置又
はスロット付きのチョッパーホイール装置を備えることが好ましい。
【００３１】 本発明のセンサーは、集光光学素子と、サンプルフィルタアセンブリ及び基準
フィルタアセンブリと、センサーを遠隔センサーとして使用することができるよ
うな形態とされた一つ以上の検出器アセンブリ及び検出器の出力比較装置とを備
えることが好ましい。手持ちで使用できるように、カメラの形状、銃の形状、ヘ
ッドホーン又は双眼鏡形態（例えば、一方の「眼」がセンサーを保持し、他方の
「眼」が視覚的テレスコープを保持するような）のような使用するための任意の
形態、地上又は海上に配置するのに有用な形態又は航空機に取り付けるのに有用
な形態のような任意の形態にてセンサーを形成することができる。好ましくは、
センサーは、１２Ｖバッテリのような低電力の直流電源にて使用可能な形態とす
る。
フィルタアセンブリと、センサーを遠隔センサーとして使用することができるよ
うな形態とされた一つ以上の検出器アセンブリ及び検出器の出力比較装置とを備
えることが好ましい。手持ちで使用できるように、カメラの形状、銃の形状、ヘ
ッドホーン又は双眼鏡形態（例えば、一方の「眼」がセンサーを保持し、他方の
「眼」が視覚的テレスコープを保持するような）のような使用するための任意の
形態、地上又は海上に配置するのに有用な形態又は航空機に取り付けるのに有用
な形態のような任意の形態にてセンサーを形成することができる。好ましくは、
センサーは、１２Ｖバッテリのような低電力の直流電源にて使用可能な形態とす
る。
【００３２】 本発明はまた、目標種の存在、濃度及び／又は光学的濃度を測定する方法をも
含むものである。この方法は、目標種により吸収され又は目標種から放出された
光又は放射線を受け取るステップと、一方がサンプルフィルタアセンブリを通り
、他方が基準フィルタを通り、又は選択的に、フィルタブランクを通り又はフィ
ルタを全く通らない２つの光路に沿って光又はその他の放射線を導くステップと
、サンプルフィルタアセンブリから検出器アセンブリまで第一の経路に沿って光
又はその他の放射線を導き且つ検出器アセンブリを使用してその強さを検出する
ステップと、基準フィルタアセンブリから検出器アセンブリまで第一の経路に沿
って光又はその他の放射線を導き且つ検出器アセンブリを使用してその強さを検
出するステップと、サンプル信号を基準信号と比較し且つ目標種による光又は放
射線の吸収又は放出を示す信号を発生させるため、一つ以上のＢＲＤのような検
出器の出力比較装置を使用するステップとを備えている。
含むものである。この方法は、目標種により吸収され又は目標種から放出された
光又は放射線を受け取るステップと、一方がサンプルフィルタアセンブリを通り
、他方が基準フィルタを通り、又は選択的に、フィルタブランクを通り又はフィ
ルタを全く通らない２つの光路に沿って光又はその他の放射線を導くステップと
、サンプルフィルタアセンブリから検出器アセンブリまで第一の経路に沿って光
又はその他の放射線を導き且つ検出器アセンブリを使用してその強さを検出する
ステップと、基準フィルタアセンブリから検出器アセンブリまで第一の経路に沿
って光又はその他の放射線を導き且つ検出器アセンブリを使用してその強さを検
出するステップと、サンプル信号を基準信号と比較し且つ目標種による光又は放
射線の吸収又は放出を示す信号を発生させるため、一つ以上のＢＲＤのような検
出器の出力比較装置を使用するステップとを備えている。
【００３３】 この方法は、検出のために、光又はその他の放射線の単一のビームを使用する
ことが望しい場合に、目標種により吸収され又はその目標種により放出された、
かかる光又は放射線のビームを受け取ることと、光又はその他の放射線を第一の
部分及び第二の部分に分割することと、同第一の部分を第一の光路に沿って且つ
サンプルフィルタアセンブリ内へと導き、同第二の部分を第二の光路に沿って且
つ基準フィルタアセンブリ内へと導くことと、第一の部分及び第二の部分をサン
プルフィルタアセンブリから検出器アセンブリへと導くことと、検知器アセンブ
リを使用して濾波した光又はその他の放射線の第一の部分及び第二の部分の強さ
を検出することと、サンプル信号を基準信号と比較し且つ目標種による光又は光
線の吸収又は放出を示す信号を発生するために、検出器の出力比較装置を使用す
ることとを備えている。本発明の方法は、本発明の遠隔センサー又は該遠隔セン
サーの色々な構成要素を使用して実施することができる。
ことが望しい場合に、目標種により吸収され又はその目標種により放出された、
かかる光又は放射線のビームを受け取ることと、光又はその他の放射線を第一の
部分及び第二の部分に分割することと、同第一の部分を第一の光路に沿って且つ
サンプルフィルタアセンブリ内へと導き、同第二の部分を第二の光路に沿って且
つ基準フィルタアセンブリ内へと導くことと、第一の部分及び第二の部分をサン
プルフィルタアセンブリから検出器アセンブリへと導くことと、検知器アセンブ
リを使用して濾波した光又はその他の放射線の第一の部分及び第二の部分の強さ
を検出することと、サンプル信号を基準信号と比較し且つ目標種による光又は光
線の吸収又は放出を示す信号を発生するために、検出器の出力比較装置を使用す
ることとを備えている。本発明の方法は、本発明の遠隔センサー又は該遠隔セン
サーの色々な構成要素を使用して実施することができる。
【００３４】 本発明は、多分、その最も有用な適用例であると考えられるガスの検知に関し
て説明するが、ガスのみならず、インターフェースに吸着された液体、固体、化
学薬剤、プラズマ及びその他の組み合わせの検出及び評価のために採用すること
もできる。
て説明するが、ガスのみならず、インターフェースに吸着された液体、固体、化
学薬剤、プラズマ及びその他の組み合わせの検出及び評価のために採用すること
もできる。
【００３５】 従って、本発明の遠隔センサー及び化学的検出方法は、塵、ＣＯ2、Ｏ3、ＣＨ 4 、プロパン、Ｎ2Ｏ、ＮＯX、ＣＯ、水素及び炭化水素の発火、排出液体及びプ
ラズマのような、対象とするあらゆるガス状媒体の存在、濃度及び光学的濃度を
遠隔的に検出し且つ測定するために使用することができる。
ラズマのような、対象とするあらゆるガス状媒体の存在、濃度及び光学的濃度を
遠隔的に検出し且つ測定するために使用することができる。
【００３６】 本発明の上記及びその他の特徴、目的及び有利な点は、添付図面に関する以下
の詳細な説明から明らかになるであろうし、本発明の範囲は特許請求の範囲に記
載されている。
の詳細な説明から明らかになるであろうし、本発明の範囲は特許請求の範囲に記
載されている。
【００３７】 本明細書に含まれ且つ本明細書の一部を掲載する添付図面は本発明の幾つかの
特徴及び実施の形態を示すものであり、本明細書の説明と共に、本発明の原理を
説明する機能を果たすものである。図面は本発明の好ましい実施の形態を示すこ
とのみを目的とするものであり、本発明を限定するものと解釈されるべきではな
い。
特徴及び実施の形態を示すものであり、本明細書の説明と共に、本発明の原理を
説明する機能を果たすものである。図面は本発明の好ましい実施の形態を示すこ
とのみを目的とするものであり、本発明を限定するものと解釈されるべきではな
い。
【００３８】 （詳細な説明） 図１に概略図的に図示するように、本発明のセンサーは、全体として、第一の
光路１２内に配置された第一のフィルタアセンブリ１０と、第二の光路１６内に
配置された第二のフィルタアセンブリ１４とを備えている。第一及び第二の光路
１２、１６は、図１に図示するように入射光１８、２０の完全に分離した第一及
び第二のビームに相応し、又は図２に実施の形態に関して図示するように、単一
の入射ビーム２２から得られたビームに相応するものとすることができる。本出
願の全体を通じて使用する「光」という語は、その発生源に関係無く、スペクト
ルの紫外領域（ＵＶ）から赤外領域（ＩＲ）の範囲に亙る光線の任意の波長を含
むことを意図するものである。
光路１２内に配置された第一のフィルタアセンブリ１０と、第二の光路１６内に
配置された第二のフィルタアセンブリ１４とを備えている。第一及び第二の光路
１２、１６は、図１に図示するように入射光１８、２０の完全に分離した第一及
び第二のビームに相応し、又は図２に実施の形態に関して図示するように、単一
の入射ビーム２２から得られたビームに相応するものとすることができる。本出
願の全体を通じて使用する「光」という語は、その発生源に関係無く、スペクト
ルの紫外領域（ＵＶ）から赤外領域（ＩＲ）の範囲に亙る光線の任意の波長を含
むことを意図するものである。
【００３９】 通常、検出すべき入射光ビームは、典型的には、目標化学種による吸収又は放
出のスペクトルの生成物である。吸収の場合、ランプ、レーザ、グロー放電バー
、発光ダイオード、黒体放射源のような人工光源又は太陽のような自然光源又は
地面、建物又は生物のような遠赤外線源からの放射線は目標種の中を通過する。
目標種がその周囲温度よりも高温であるとき、例えば、空に向けた遠赤外線検出
器により化学汚染物質の雲を検出するようなとき、放出スペクトルが得られる。
目標種により放出され、又は自然光源又は人工光源から目標種の中を通過する放
射線により入射光又は放射線のビームが形成される。
出のスペクトルの生成物である。吸収の場合、ランプ、レーザ、グロー放電バー
、発光ダイオード、黒体放射源のような人工光源又は太陽のような自然光源又は
地面、建物又は生物のような遠赤外線源からの放射線は目標種の中を通過する。
目標種がその周囲温度よりも高温であるとき、例えば、空に向けた遠赤外線検出
器により化学汚染物質の雲を検出するようなとき、放出スペクトルが得られる。
目標種により放出され、又は自然光源又は人工光源から目標種の中を通過する放
射線により入射光又は放射線のビームが形成される。
【００４０】 図１の二重ビームの実施の形態において、第一のフィルタアセンブリ１０は、
「サンプル」フィルタアセンブリ１０と称し、第二のフィルタアセンブリ１４は
、「基準」フィルタアセンブリ１４と称することができる。第一の入射光又は放
射線ビーム１８及び第二の入射光又は放射線ビーム２０は、例えば、レンズ、ホ
ログラフィックレンズ、ミラー、光ファイバ、光フィルタ、スリット、開口等の
ような当該技術分野で公知の一つ以上の光学的要素を含むことができる適当な集
光光学素子２４により集められる。ひとたび第一及び第二の入射ビーム１８、２
０が集光光学素子２４により集められたならば、光はフィルタアセンブリ１０、
１４を通って進む。以下に詳細に説明するように、サンプルフィルタアセンブリ
及び基準フィルタアセンブリ１０、１４はバンドパスフィルタ又はノッチフィル
タとすることができる。ノッチフィルタとする場合（又は以下に説明するように
、サンプルフィルタアセンブリ１０がノッチフィルタであり、基準フィルタアセ
ンブリ１４が含まれていない場合）、一つ以上のバンドパスフィルタを含むこと
のできる付加的なバンドパスフィルタアセンブリ２５を、サンプルフィルタアセ
ンブリ及び基準フィルタアセンブリ１０、１４を透過するバックグランド光線を
減少させ得るように第一及び第二の光路１２、１６内に配置する。バンドパスフ
ィルタアセンブリ２５は、第一及び第二の光路１２、１６内の任意の位置に配置
することができ、好ましくは、サンプルフィルタの中心付近に線中心を有し、僅
かにより大きい帯域幅を有することが好ましい。
「サンプル」フィルタアセンブリ１０と称し、第二のフィルタアセンブリ１４は
、「基準」フィルタアセンブリ１４と称することができる。第一の入射光又は放
射線ビーム１８及び第二の入射光又は放射線ビーム２０は、例えば、レンズ、ホ
ログラフィックレンズ、ミラー、光ファイバ、光フィルタ、スリット、開口等の
ような当該技術分野で公知の一つ以上の光学的要素を含むことができる適当な集
光光学素子２４により集められる。ひとたび第一及び第二の入射ビーム１８、２
０が集光光学素子２４により集められたならば、光はフィルタアセンブリ１０、
１４を通って進む。以下に詳細に説明するように、サンプルフィルタアセンブリ
及び基準フィルタアセンブリ１０、１４はバンドパスフィルタ又はノッチフィル
タとすることができる。ノッチフィルタとする場合（又は以下に説明するように
、サンプルフィルタアセンブリ１０がノッチフィルタであり、基準フィルタアセ
ンブリ１４が含まれていない場合）、一つ以上のバンドパスフィルタを含むこと
のできる付加的なバンドパスフィルタアセンブリ２５を、サンプルフィルタアセ
ンブリ及び基準フィルタアセンブリ１０、１４を透過するバックグランド光線を
減少させ得るように第一及び第二の光路１２、１６内に配置する。バンドパスフ
ィルタアセンブリ２５は、第一及び第二の光路１２、１６内の任意の位置に配置
することができ、好ましくは、サンプルフィルタの中心付近に線中心を有し、僅
かにより大きい帯域幅を有することが好ましい。
【００４１】 光又は放射線の強さは、サンプル検知器アセンブリ２６及び基準検出器アセン
ブリ２８によりそれぞれ検出される。サンプル検出器及び基準検出器アセンブリ
２６、２８は、サンプルフィルタアセンブリ及び基準フィルタアセンブリ１０、
１４を透過する入射ビーム１８、２０の強さを表示するサンプル信号及び基準信
号をそれぞれ発生させる。サンプル信号及び基準信号を同時に検出することはバ
ックグランドをより現実的に差し引き且つより高検出感度を実現するから、第二
の入射光又は放射線のビーム２０の検出は第一の入射光又は光線ビーム１８の検
出と同時に行われることが好ましい。サンプル検出器アセンブリ２６及び基準検
出器アセンブリ２８を含む、本発明と共に使用される検出器は、例えば、赤外線
検出器又は赤外線焦点面アレイ（ＦＰＡ）、フォトダイオード、アバランシェフ
ォトダイオード、光電子増倍管、半導体検出器（例えば、シリコン、ゲルマニウ
ム、砒化ガリウム、砒化インジウム、砒化インジウムガリウム、アンチモン化イ
ンジウム、硫化鉛、セレン化鉛、テルル化水銀カドニウムを含む）、熱検出器（
例えば、パイロエレクトリック、サーモパイル又はボロメータ）、電荷結合素子
、線形ダイオードアレイ又は線形検出器アレイのような当該技術分野で既知の任
意の検出器を含むことができる。
ブリ２８によりそれぞれ検出される。サンプル検出器及び基準検出器アセンブリ
２６、２８は、サンプルフィルタアセンブリ及び基準フィルタアセンブリ１０、
１４を透過する入射ビーム１８、２０の強さを表示するサンプル信号及び基準信
号をそれぞれ発生させる。サンプル信号及び基準信号を同時に検出することはバ
ックグランドをより現実的に差し引き且つより高検出感度を実現するから、第二
の入射光又は放射線のビーム２０の検出は第一の入射光又は光線ビーム１８の検
出と同時に行われることが好ましい。サンプル検出器アセンブリ２６及び基準検
出器アセンブリ２８を含む、本発明と共に使用される検出器は、例えば、赤外線
検出器又は赤外線焦点面アレイ（ＦＰＡ）、フォトダイオード、アバランシェフ
ォトダイオード、光電子増倍管、半導体検出器（例えば、シリコン、ゲルマニウ
ム、砒化ガリウム、砒化インジウム、砒化インジウムガリウム、アンチモン化イ
ンジウム、硫化鉛、セレン化鉛、テルル化水銀カドニウムを含む）、熱検出器（
例えば、パイロエレクトリック、サーモパイル又はボロメータ）、電荷結合素子
、線形ダイオードアレイ又は線形検出器アレイのような当該技術分野で既知の任
意の検出器を含むことができる。
【００４２】 サンプル検出器及び基準検出器の出力を検出器出力比較装置３０によって互い
に比較し、該比較装置の出力は、任意の便宜な方法にてユーザに表示し又は伝達
することができる。例えば、この出力は、電子的にビデオ像に形成することがで
きる。検出器の出力比較器３０は、コンピュータ、ロックイン増幅器又はサンプ
ル検出器の信号を基準検出器の信号から減算し又はその逆を行う別の同様の装置
を備えることができる。検出器の出力比較装置３０は、サンプル検出器の信号又
は基準検出器の信号の何れかによりサンプル検出器の出力と基準検出器の出力と
の差を分割すべく高品質の信号を提供することのできる、平衡比率検出器（ＢＲ
Ｄ）又は別の装置のようなノイズ消去回路をも又は代替的に含むことができる。
ＢＲＤアセンブリは減算機能を行い、次に、検出器アセンブリ２６又は２８の何
れかにより測定された信号でサンプル信号と基準信号との差を割り、基準化した
差（例えば、（Ａ−Ｂ）／Ｂ、（Ｂ−Ａ）／Ｂ、（Ａ−Ｂ）／Ａ、（Ｂ−Ａ）／
Ａ、ここで、Ａは基準検出器の信号、及びＢはサンプル検出器の信号）を提供す
ることができる。勿論、ＢＲＤの一部又は全ての機能を実行するため、デジタル
コンピュータ又はロックイン増幅器並びにその他の従来の装置を使用することが
できる。サンプル信号及び基準信号を比較することは、一般的なノイズ成分、供
給源の強さの変化及び干渉種よる吸収（バンドパスフィルタが使用される場合）
を除去し又は減少させ、目標種の総吸収又は放出のみが記録されるようにする効
果がある。信号を基準化することは、これら成分の識別標識を拒絶しつつ、目標
種の識別標識を能動的に識別することを更に可能にする。このように、この技術
の独特の特徴は、かなり複雑なスペクトル分析が簡単な吸収差の測定に還元され
、また、これと選択的に基準化に還元される点である。
に比較し、該比較装置の出力は、任意の便宜な方法にてユーザに表示し又は伝達
することができる。例えば、この出力は、電子的にビデオ像に形成することがで
きる。検出器の出力比較器３０は、コンピュータ、ロックイン増幅器又はサンプ
ル検出器の信号を基準検出器の信号から減算し又はその逆を行う別の同様の装置
を備えることができる。検出器の出力比較装置３０は、サンプル検出器の信号又
は基準検出器の信号の何れかによりサンプル検出器の出力と基準検出器の出力と
の差を分割すべく高品質の信号を提供することのできる、平衡比率検出器（ＢＲ
Ｄ）又は別の装置のようなノイズ消去回路をも又は代替的に含むことができる。
ＢＲＤアセンブリは減算機能を行い、次に、検出器アセンブリ２６又は２８の何
れかにより測定された信号でサンプル信号と基準信号との差を割り、基準化した
差（例えば、（Ａ−Ｂ）／Ｂ、（Ｂ−Ａ）／Ｂ、（Ａ−Ｂ）／Ａ、（Ｂ−Ａ）／
Ａ、ここで、Ａは基準検出器の信号、及びＢはサンプル検出器の信号）を提供す
ることができる。勿論、ＢＲＤの一部又は全ての機能を実行するため、デジタル
コンピュータ又はロックイン増幅器並びにその他の従来の装置を使用することが
できる。サンプル信号及び基準信号を比較することは、一般的なノイズ成分、供
給源の強さの変化及び干渉種よる吸収（バンドパスフィルタが使用される場合）
を除去し又は減少させ、目標種の総吸収又は放出のみが記録されるようにする効
果がある。信号を基準化することは、これら成分の識別標識を拒絶しつつ、目標
種の識別標識を能動的に識別することを更に可能にする。このように、この技術
の独特の特徴は、かなり複雑なスペクトル分析が簡単な吸収差の測定に還元され
、また、これと選択的に基準化に還元される点である。
【００４３】 図１のセンサーの二重入射光又は放射線のビーム形態と相違して、図２に図示
した単一ビームの形態は、単一の検出器の使用を可能にし、このことは、サンプ
ルフィルタアセンブリを通じて得られたもの、及び基準フィルタアセンブリを通
じて得られたものを含む２つの像を整列状態を失うことなく比較することを可能
にする点において有利な点である。このことは、また、ＦＰＡのような高価な検
出器が使用されるときのコストを削減することになる。最後に、このことは、図
１の２つの検出器の利得を互いに釣合わせることができないときに精度及び感度
を向上させることができる。
した単一ビームの形態は、単一の検出器の使用を可能にし、このことは、サンプ
ルフィルタアセンブリを通じて得られたもの、及び基準フィルタアセンブリを通
じて得られたものを含む２つの像を整列状態を失うことなく比較することを可能
にする点において有利な点である。このことは、また、ＦＰＡのような高価な検
出器が使用されるときのコストを削減することになる。最後に、このことは、図
１の２つの検出器の利得を互いに釣合わせることができないときに精度及び感度
を向上させることができる。
【００４４】 図２の実施の形態において、単一の入射ビーム又は放射線のビーム２２は、集
光光学素子３２により集められ且つ第一のビームスプリッタ３４により、第一の
光路３８に沿って伝播される入射ビーム２２の第一の部分３６と、第二の光路４
２に沿って反射されるビーム２２の第二の部分４０とに分割される。次に、第一
及び第二の光又は放射線のビーム部分３６、４０は、第一のフィルタアセンブリ
４４（「サンプル」フィルタアセンブリ４４と称することができる）及び第二の
フィルタ４６（「基準」フィルタ４６と称することができる）をそれぞれ透過す
る。図１のサンプルフィルタアセンブリ及び基準フィルタアセンブリ１０、１４
と同様に、サンプルフィルタアセンブリ及び基準フィルタアセンブリ４４、４６
は、以下に詳細に説明するように、バンドパスフィルタ又はノッチフィルタとす
ることができる。次に、第一のビーム部分及び第二のビーム部分３６、４０を第
一のミラー４８及び第二のミラー５０によってそれぞれ方向転換し、第二のビー
ムスプリッタ５２は、サンプルフィルタ及び基準フィルタ４４、４６を通過した
後、光又は放射線のビーム２２の第一の部分及び第二の部分３６、４０を組み合
わせるために採用されることが好ましい。第一のスイッチング装置及び第二のス
イッチング装置５４、５６は、ビーム２２の第一の部分及び第二の部分３６、４
０を調節し又はこれらを検出器６０に選択的に向けるために使用され、集光光学
素子３２と検出器６０との間の任意の位置に配置することができる。第一のスイ
ッチング装置及び第二のスイッチング装置５４、５６は、別個の装置とし、又は
、チョッピングホイール又は音叉型チョッパーのような単一の装置とすることが
できる。
光光学素子３２により集められ且つ第一のビームスプリッタ３４により、第一の
光路３８に沿って伝播される入射ビーム２２の第一の部分３６と、第二の光路４
２に沿って反射されるビーム２２の第二の部分４０とに分割される。次に、第一
及び第二の光又は放射線のビーム部分３６、４０は、第一のフィルタアセンブリ
４４（「サンプル」フィルタアセンブリ４４と称することができる）及び第二の
フィルタ４６（「基準」フィルタ４６と称することができる）をそれぞれ透過す
る。図１のサンプルフィルタアセンブリ及び基準フィルタアセンブリ１０、１４
と同様に、サンプルフィルタアセンブリ及び基準フィルタアセンブリ４４、４６
は、以下に詳細に説明するように、バンドパスフィルタ又はノッチフィルタとす
ることができる。次に、第一のビーム部分及び第二のビーム部分３６、４０を第
一のミラー４８及び第二のミラー５０によってそれぞれ方向転換し、第二のビー
ムスプリッタ５２は、サンプルフィルタ及び基準フィルタ４４、４６を通過した
後、光又は放射線のビーム２２の第一の部分及び第二の部分３６、４０を組み合
わせるために採用されることが好ましい。第一のスイッチング装置及び第二のス
イッチング装置５４、５６は、ビーム２２の第一の部分及び第二の部分３６、４
０を調節し又はこれらを検出器６０に選択的に向けるために使用され、集光光学
素子３２と検出器６０との間の任意の位置に配置することができる。第一のスイ
ッチング装置及び第二のスイッチング装置５４、５６は、別個の装置とし、又は
、チョッピングホイール又は音叉型チョッパーのような単一の装置とすることが
できる。
【００４５】 従って、図２の実施の形態において、単一の検出器アセンブリ６０は、第一の
光路３８及び第二の光路４０から選択的に信号を受け取る。例えば、検出器アセ
ンブリ６０は、最初に、ビーム２２の第一の部分３６の強さを検出する。検出器
アセンブリ６０は、この検出に基づいてサンプル信号を発生させ、サンプル信号
は、従来のコンピュータメモリのような検出器の出力比較装置６２の一部とする
ことのできるメモリ装置内に記憶される。次に、スイッチング装置５４、５６は
、光又は放射線のビーム２２の第二の部分４０を検出器アセンブリ６０に向け、
この検出器アセンブリ６０は、ビーム２２の第二の部分４０の強さを示す基準信
号を発生させる。検出器の出力比較装置６２は、コンピュータ、ロックイン増幅
器、又は同期的な検出及び信号の処理の技術分野からのような別の信号処理装置
（図示せず）を更に備えることができ、かかる信号処理装置は、次に、サンプル
信号から基準信号を減算するために使用される。検出器の出力比較装置６２は、
また、図１の実施の形態において、検出器の出力比較装置３０に関して説明した
やり方で生じる差を基準化する装置を備えることが好ましい。この基準化装置は
、デジタルコンピュータ（サンプル信号及び基準信号を記憶し、減算し且つ基準
化することができる）、ロックイン増幅器又はこの基準化機能を行うことのでき
る別の装置とすることができる。
光路３８及び第二の光路４０から選択的に信号を受け取る。例えば、検出器アセ
ンブリ６０は、最初に、ビーム２２の第一の部分３６の強さを検出する。検出器
アセンブリ６０は、この検出に基づいてサンプル信号を発生させ、サンプル信号
は、従来のコンピュータメモリのような検出器の出力比較装置６２の一部とする
ことのできるメモリ装置内に記憶される。次に、スイッチング装置５４、５６は
、光又は放射線のビーム２２の第二の部分４０を検出器アセンブリ６０に向け、
この検出器アセンブリ６０は、ビーム２２の第二の部分４０の強さを示す基準信
号を発生させる。検出器の出力比較装置６２は、コンピュータ、ロックイン増幅
器、又は同期的な検出及び信号の処理の技術分野からのような別の信号処理装置
（図示せず）を更に備えることができ、かかる信号処理装置は、次に、サンプル
信号から基準信号を減算するために使用される。検出器の出力比較装置６２は、
また、図１の実施の形態において、検出器の出力比較装置３０に関して説明した
やり方で生じる差を基準化する装置を備えることが好ましい。この基準化装置は
、デジタルコンピュータ（サンプル信号及び基準信号を記憶し、減算し且つ基準
化することができる）、ロックイン増幅器又はこの基準化機能を行うことのでき
る別の装置とすることができる。
【００４６】 次に、目標種の総吸収光又は放出光を記録することができる。図１のバンドパ
スフィルタアセンブリ２５に関して上述したように、バンドパスフィルタアセン
ブリ２５（図１）又は６４（図２）は、選択的に、検出器アセンブリ２６、２８
（図１）又は検出器アセンブリ６０（図２）の前方に配置し、検出帯域幅外の不
要な放射線を更に減少させることができる。図１及び図２において、集光光学素
子２４、３２は、光路１２、１６又は３８、４０内で光又は放射線を集め且つ整
合させるべく使用される。図１にて検出器アセンブリ２６，２８上に放射線を合
焦させるためレンズアセンブリ２９（図１）、６５（図１）が使用される。
スフィルタアセンブリ２５に関して上述したように、バンドパスフィルタアセン
ブリ２５（図１）又は６４（図２）は、選択的に、検出器アセンブリ２６、２８
（図１）又は検出器アセンブリ６０（図２）の前方に配置し、検出帯域幅外の不
要な放射線を更に減少させることができる。図１及び図２において、集光光学素
子２４、３２は、光路１２、１６又は３８、４０内で光又は放射線を集め且つ整
合させるべく使用される。図１にて検出器アセンブリ２６，２８上に放射線を合
焦させるためレンズアセンブリ２９（図１）、６５（図１）が使用される。
【００４７】 （ＢＲＤの作用） 本発明のセンサーに関して、検出器の出力比較器３０（図１）内でＢＲＤアセ
ンブリ（又は、上述したような同等の装置）を使用することは、ショットノイズ
の制限値に近い正確さレベルにてサンプル検出器アセンブリの共通ノイズ成分か
ら基準検出器アセンブリの共通のノイズ成分を除去すること（又はその逆）を可
能にする。このアセンブリはまた、サンプル検出器の信号又は基準検出器の信号
の何れかにより差を割ることにより検出された信号の基準化も行う。光学的測定
値を制限する可能性のある幾つかのノイズ成分が存在するが、全ての測定値に対
する基本的な制限となるものは、光子及び電子の個別の性質に起因する統計学的
（すなわちショット）ノイズである。光信号を増すことにより（ショットノイズ
に寄与するが、有意義な成分を有しない大きいバックグランドノイズを除いて）
又は長い積分時間を使用することによってのみ、ショットノイズを減少させるこ
とができる。このため、特定の設計パラメータを選んだならば、最早、ショット
ノイズのレベルを制御することはできない。このため、全ての計測器の設計上の
目的は、過剰なノイズ、すなわち、ショットノイズを超えるノイズ成分を除去す
ることである。過剰なノイズは、その他の因子の内、空の明るさの変化、電磁ノ
イズ、及びその温度の遅い変化に起因するような検出器の反応性のドリフトの変
化により生じる可能性がある。一つ以上の検出器を有するセンサー装置が採用さ
れる場合、使用されるすべての検出器に共通する過剰なノイズを補正するのに利
用可能な技術は殆どない。一部のものは、一つの検出器により得られた信号を他
方の検出器の信号により割るものであるが、かかる分割器はノイズを生じ易く、
基準電圧が必要とされるから、光学装置の作動中に使用することは難しい。現在
、利用可能である最良の分割器の一つは、最良の演算増幅器（ｏｐ−ａｍｐ）よ
りも約６０ｄＢ劣る特徴を有する。
ンブリ（又は、上述したような同等の装置）を使用することは、ショットノイズ
の制限値に近い正確さレベルにてサンプル検出器アセンブリの共通ノイズ成分か
ら基準検出器アセンブリの共通のノイズ成分を除去すること（又はその逆）を可
能にする。このアセンブリはまた、サンプル検出器の信号又は基準検出器の信号
の何れかにより差を割ることにより検出された信号の基準化も行う。光学的測定
値を制限する可能性のある幾つかのノイズ成分が存在するが、全ての測定値に対
する基本的な制限となるものは、光子及び電子の個別の性質に起因する統計学的
（すなわちショット）ノイズである。光信号を増すことにより（ショットノイズ
に寄与するが、有意義な成分を有しない大きいバックグランドノイズを除いて）
又は長い積分時間を使用することによってのみ、ショットノイズを減少させるこ
とができる。このため、特定の設計パラメータを選んだならば、最早、ショット
ノイズのレベルを制御することはできない。このため、全ての計測器の設計上の
目的は、過剰なノイズ、すなわち、ショットノイズを超えるノイズ成分を除去す
ることである。過剰なノイズは、その他の因子の内、空の明るさの変化、電磁ノ
イズ、及びその温度の遅い変化に起因するような検出器の反応性のドリフトの変
化により生じる可能性がある。一つ以上の検出器を有するセンサー装置が採用さ
れる場合、使用されるすべての検出器に共通する過剰なノイズを補正するのに利
用可能な技術は殆どない。一部のものは、一つの検出器により得られた信号を他
方の検出器の信号により割るものであるが、かかる分割器はノイズを生じ易く、
基準電圧が必要とされるから、光学装置の作動中に使用することは難しい。現在
、利用可能である最良の分割器の一つは、最良の演算増幅器（ｏｐ−ａｍｐ）よ
りも約６０ｄＢ劣る特徴を有する。
【００４８】 減算は、過剰なノイズから一般的な成分を除去する別の代替法である。典型的
に、この方法は、サンプル検出器及び基準検出器の双方の光電流を演算増幅器の
合算接続部に供給し且つその出力を記録することにより実現される。不都合なこ
とに、信号のＤＣレベルが大きく変化すると、増幅器は飽和され、小さい信号の
分析を妨げる可能性がある。長波赤外線（８乃至１３．３μｍ）を検出するため
には、かかる大きいＤＣレベルは、非冷却の光フィルタ自体の熱放出により生じ
させることができる。このように、手持ち型又は操作不要なセンサーのような何
らかの適用例の場合に好ましい、非冷却の光学要素又は検出器を使用するために
は、その熱放出に起因する信号の減算は、動的範囲内の減少を防止すべく増幅前
に行わなければならない。かかる前増幅した減算のために幾つかのアプローチ法
を使用することができるが、ＢＲＤは、極めて正確で、コンパクト、迅速、経済
的であり且つサンプル信号及び基準信号の基準化を一体化する点で優れている。
更に、ＢＲＤは、その他の使用分野にて成功を実証している。
に、この方法は、サンプル検出器及び基準検出器の双方の光電流を演算増幅器の
合算接続部に供給し且つその出力を記録することにより実現される。不都合なこ
とに、信号のＤＣレベルが大きく変化すると、増幅器は飽和され、小さい信号の
分析を妨げる可能性がある。長波赤外線（８乃至１３．３μｍ）を検出するため
には、かかる大きいＤＣレベルは、非冷却の光フィルタ自体の熱放出により生じ
させることができる。このように、手持ち型又は操作不要なセンサーのような何
らかの適用例の場合に好ましい、非冷却の光学要素又は検出器を使用するために
は、その熱放出に起因する信号の減算は、動的範囲内の減少を防止すべく増幅前
に行わなければならない。かかる前増幅した減算のために幾つかのアプローチ法
を使用することができるが、ＢＲＤは、極めて正確で、コンパクト、迅速、経済
的であり且つサンプル信号及び基準信号の基準化を一体化する点で優れている。
更に、ＢＲＤは、その他の使用分野にて成功を実証している。
【００４９】 ＢＲＤは、その開示内容の全体を参考として引用し本明細書に含めた、１９９
２年７月１８日付けでホブス（Ｈｏｂｂｓ）に対し発行された米国特許第５，１
３４，２７６号に記載された型式のものとすることができる。これは、直接減算
及び直接分割技術の双方の短所を解決する設計とされた商業的に利用可能な簡単
な電子回路である。例えば、ＢＲＤは、ニューフォーカス（Ｎｅｗ Ｆｏｃｕｓ
）（カリフォルニア州、サンタクララ）から購入可能である。ＢＲＤは、サンプ
ル検出器及び基準検出器の信号を同時に監視し且つその２つの間で電子光電流の
釣合いを生じさせることでノイズを減少させる。この技術は、光通信のために開
発されたものであるが、ソネンフロス（Ｓｏｎｎｅｎｆｒｏｈ）らは、例えば、
ＢＲＤを使用するＮＯ2の直接的な吸収測定では、１０-6が一部分という検出感
度が得られることが分かった。Ａｐｐ．Ｏｐｔのｖｏｌ．３５の４０５３−５８
頁（１９９６年）におけるソネンフロスらの「ＮＯ2の超感度可視調節可能なダ
イオードレーザの検出（Ｕｌｔｒａｓｅｎｓｉｔｉｖｅ，Ｖｉｓｉｂｌｅ Ｔｕ
ｎａｂｌｅ Ｄｉｏｄｅ Ｌａｓｅｒ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ＮＯ2）」
を参照するとよい。図１に図示するような、装置に関するＢＲＤの測定の場合、
一つの検出器は、サンプルフィルタアセンブリ１０を通じて信号を見ることがで
き、このサンプルフィルタアセンブリ１０は、幾つかのバックグランド放射線を
含み且つサンプルの光電流ＩSを提供する。基準検出器アセンブリ２８は、基準
フィルタを通じて種を見て且つバックグランド放射線に丁度相応する基準光電流
ＩRを提供する。過剰なノイズを５０ｄＢ以上消去し且つ大きい一般的なＤＣ成
分を消去することは、ｏｐ−ａｍｐの直前で検出器の各々の光電流を釣合わせる
ことにより実現される。このように、ｏｐ−ａｍｐの出力の増幅した差は零に近
くなる。回路は、ｏｐ−ａｍｐの出力を略零に保持する負のフィードバックを使
用してＩS、ＩR間の予め定めた比を連続的に保とうとする効果がある。典型的に
、サンプルの電流はＩS＞ＩRに設定される。その双方の検出器の電流が同時に変
化するとき、フィードバックラインの電流は何ら観察可能な変化を示さない。し
かし、目標種による検出可能な吸収のため、検出器の一つ、すなわちサンプル検
出器のみが変化するとき、フィードバックラインは、電流をその予め設定した比
に再度釣合わせようとする。
２年７月１８日付けでホブス（Ｈｏｂｂｓ）に対し発行された米国特許第５，１
３４，２７６号に記載された型式のものとすることができる。これは、直接減算
及び直接分割技術の双方の短所を解決する設計とされた商業的に利用可能な簡単
な電子回路である。例えば、ＢＲＤは、ニューフォーカス（Ｎｅｗ Ｆｏｃｕｓ
）（カリフォルニア州、サンタクララ）から購入可能である。ＢＲＤは、サンプ
ル検出器及び基準検出器の信号を同時に監視し且つその２つの間で電子光電流の
釣合いを生じさせることでノイズを減少させる。この技術は、光通信のために開
発されたものであるが、ソネンフロス（Ｓｏｎｎｅｎｆｒｏｈ）らは、例えば、
ＢＲＤを使用するＮＯ2の直接的な吸収測定では、１０-6が一部分という検出感
度が得られることが分かった。Ａｐｐ．Ｏｐｔのｖｏｌ．３５の４０５３−５８
頁（１９９６年）におけるソネンフロスらの「ＮＯ2の超感度可視調節可能なダ
イオードレーザの検出（Ｕｌｔｒａｓｅｎｓｉｔｉｖｅ，Ｖｉｓｉｂｌｅ Ｔｕ
ｎａｂｌｅ Ｄｉｏｄｅ Ｌａｓｅｒ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ＮＯ2）」
を参照するとよい。図１に図示するような、装置に関するＢＲＤの測定の場合、
一つの検出器は、サンプルフィルタアセンブリ１０を通じて信号を見ることがで
き、このサンプルフィルタアセンブリ１０は、幾つかのバックグランド放射線を
含み且つサンプルの光電流ＩSを提供する。基準検出器アセンブリ２８は、基準
フィルタを通じて種を見て且つバックグランド放射線に丁度相応する基準光電流
ＩRを提供する。過剰なノイズを５０ｄＢ以上消去し且つ大きい一般的なＤＣ成
分を消去することは、ｏｐ−ａｍｐの直前で検出器の各々の光電流を釣合わせる
ことにより実現される。このように、ｏｐ−ａｍｐの出力の増幅した差は零に近
くなる。回路は、ｏｐ−ａｍｐの出力を略零に保持する負のフィードバックを使
用してＩS、ＩR間の予め定めた比を連続的に保とうとする効果がある。典型的に
、サンプルの電流はＩS＞ＩRに設定される。その双方の検出器の電流が同時に変
化するとき、フィードバックラインの電流は何ら観察可能な変化を示さない。し
かし、目標種による検出可能な吸収のため、検出器の一つ、すなわちサンプル検
出器のみが変化するとき、フィードバックラインは、電流をその予め設定した比
に再度釣合わせようとする。
【００５０】 フィードバックラインの電圧は次の通りである。 Ｖ0＝−ｌｎ（（ＩS−ＩR）／ＩR） このように、フィードバック電圧の測定値は、基準電流により基準化されたサ
ンプルの電流と基準電流との差を直接測定するために使用することができる。測
定が放射線の絶対値に依存すること及び過剰なノイズの調節が解消されることの
ため、この単一のステップの減算及び基準化は魅力的である。更に、ｏｐ−ａｍ
ｐへの入力はＩS−ＩRまで減少するため、バンドパスフィルタ自体による熱放出
のような大きいＤＣ成分は増幅前に除去され、これにより、増幅器を飽和させる
ことなく高利得の検出を許容する。この特徴的な特性は、大きい検出帯域幅と共
に、遠隔感知のための遠赤外線に非冷却の検出器及び非冷却のフィルタを使用す
る場合のようにバックグランドレベルが高いときでさえ、低信号を測定すること
を許容する一方にて、高感度を可能にすることである。全ての構成要素が低コス
トで且つ小さい寸法であることを考えるならば、幾つかの目標種を同時に検出す
ること、すなわち同一種の追加的なスペクトル線の検出による特定を向上させる
ことは、幾つかの対のセンサーセンブリ（例えば、図１の形態）を各対のセンサ
ーセンブリに対し一つずつ設けられた多数のＢＲＤ回路を有する検出器出力の比
較装置と組み合わせることにより、可能となる。
ンプルの電流と基準電流との差を直接測定するために使用することができる。測
定が放射線の絶対値に依存すること及び過剰なノイズの調節が解消されることの
ため、この単一のステップの減算及び基準化は魅力的である。更に、ｏｐ−ａｍ
ｐへの入力はＩS−ＩRまで減少するため、バンドパスフィルタ自体による熱放出
のような大きいＤＣ成分は増幅前に除去され、これにより、増幅器を飽和させる
ことなく高利得の検出を許容する。この特徴的な特性は、大きい検出帯域幅と共
に、遠隔感知のための遠赤外線に非冷却の検出器及び非冷却のフィルタを使用す
る場合のようにバックグランドレベルが高いときでさえ、低信号を測定すること
を許容する一方にて、高感度を可能にすることである。全ての構成要素が低コス
トで且つ小さい寸法であることを考えるならば、幾つかの目標種を同時に検出す
ること、すなわち同一種の追加的なスペクトル線の検出による特定を向上させる
ことは、幾つかの対のセンサーセンブリ（例えば、図１の形態）を各対のセンサ
ーセンブリに対し一つずつ設けられた多数のＢＲＤ回路を有する検出器出力の比
較装置と組み合わせることにより、可能となる。
【００５１】 （フィルタの選択） 本発明の図１及び図２の実施の形態において、一つ以上の目標種の吸収又は放
出線と一致する周波数に中心がある狭小な帯域（例えば、遠赤外線１５ｃｍ-1）
内で伝播させるバンドパスフィルタをサンプルフィルタアセンブリ１０又は４４
として選び、また、中心周波数が目標種の主要な吸収又は放出線と一致しないが
、帯域幅が同一又は略同一のバンドパスフィルタを基準フィルタアセンブリ１４
又は４６として選ぶことにより、種特有の検出が実現可能となる。その代わり、
基準フィルタアセンブリ１４又は４６の中心周波数は、一つ以上の雰囲気ガス（
例えば、一つ以上のＨ2Ｏ、ＣＯ2又はＯ3）のような、主要な又は影響力のある
バックグランド又は非目標種の一つ以上と一致するように選び、その選んだ雰囲
気ガス又はその他の非目標種の吸収又は放出が基準フィルタアセンブリ１４又は
４６を透過する量が、その同一種の吸収又は放出がフィルタアセンブリ１０又は
４４を透過する量に等しく又はそれと同等の程度であるようにする。より好まし
くは、同一目標種の別の吸収（又は放出）線と一致する第二のサンプルフィルタ
アセンブリ及び第二のサンプルフィルタアセンブリの透過帯域と一致する非目標
種による吸収（又は放出）を補正する基準フィルタアセンブリを使用する。同一
の目標種の２つの別個のスペクトル線を検出するため２つの異なる対のフィルタ
アセンブリを使用することは、分光測定的に同様の非目標種が存在する場合でさ
え、その目標種を特定するための追加的な手段を提供することになる。同様に、
他の目標種を検出し且つこれらの種と関係したバックグランド信号を補正するた
めの追加的なフィルタアセンブリ対を追加することができる。
出線と一致する周波数に中心がある狭小な帯域（例えば、遠赤外線１５ｃｍ-1）
内で伝播させるバンドパスフィルタをサンプルフィルタアセンブリ１０又は４４
として選び、また、中心周波数が目標種の主要な吸収又は放出線と一致しないが
、帯域幅が同一又は略同一のバンドパスフィルタを基準フィルタアセンブリ１４
又は４６として選ぶことにより、種特有の検出が実現可能となる。その代わり、
基準フィルタアセンブリ１４又は４６の中心周波数は、一つ以上の雰囲気ガス（
例えば、一つ以上のＨ2Ｏ、ＣＯ2又はＯ3）のような、主要な又は影響力のある
バックグランド又は非目標種の一つ以上と一致するように選び、その選んだ雰囲
気ガス又はその他の非目標種の吸収又は放出が基準フィルタアセンブリ１４又は
４６を透過する量が、その同一種の吸収又は放出がフィルタアセンブリ１０又は
４４を透過する量に等しく又はそれと同等の程度であるようにする。より好まし
くは、同一目標種の別の吸収（又は放出）線と一致する第二のサンプルフィルタ
アセンブリ及び第二のサンプルフィルタアセンブリの透過帯域と一致する非目標
種による吸収（又は放出）を補正する基準フィルタアセンブリを使用する。同一
の目標種の２つの別個のスペクトル線を検出するため２つの異なる対のフィルタ
アセンブリを使用することは、分光測定的に同様の非目標種が存在する場合でさ
え、その目標種を特定するための追加的な手段を提供することになる。同様に、
他の目標種を検出し且つこれらの種と関係したバックグランド信号を補正するた
めの追加的なフィルタアセンブリ対を追加することができる。
【００５２】 かかるフィルタの選択は、新しい型式の吸収差輻射計（ＤＡＲ）を形成する。
本発明のＤＡＲ設計による効果は、サンプル検出器アセンブリ２６又は６０に対
する選ばれた非目標種による干渉が解消され又は最少とされ、目標種の検出感度
及び特定性を向上させることができることである。
本発明のＤＡＲ設計による効果は、サンプル検出器アセンブリ２６又は６０に対
する選ばれた非目標種による干渉が解消され又は最少とされ、目標種の検出感度
及び特定性を向上させることができることである。
【００５３】 本発明によるＤＡＲとＢＲＤアセンブリとを組み合わせることは、手持型の形
態又は操作不要の目標種の検出（例えば、遠隔的に誘導される車の場合）に対し
て特に魅力的であり、それは、かかる装置は、（１）大気状態（例えば、湿気及
び水）に拘らず且つ色々なバックグランド（建物、地形又は曇り空）の検出のた
めに使用することができ、（２）分光測定的に同様である他の種が存在する場合
でさえ、一つ以上の目標種を確実に特定することを許容し、（３）現場での複雑
な計算を行わずに、非熟練のオペレータがその結果を解釈することを許容し、（
４）例えば、非冷却の遠赤外線検出器の場合でさえ、低ノイズの等価スペクトル
放射輝度（ＮＥＳＲ）となる広帯域の検出及び高生産能力を利用することを可能
にし、（５）単一点の測定用の形態とされたときに、ショットノイズの限界値の
検出を可能にし、また、例えば、非冷却の遠赤外線スペクトル成分による多くの
放出が存在するときでさえ、装置内で使用される前置増幅器の飽和を防止する特
徴的な減算技術を利用し、（６）手持ち型又は操作不要のセンサーとして使用す
ることを目的とする装置にとって必要とされるように、コンパクトで、エネルギ
効率的で、軽量で且つ堅牢であり、（７）像形成条件に適合する大きいＦＯＶを
有する形態とすることができることである。
態又は操作不要の目標種の検出（例えば、遠隔的に誘導される車の場合）に対し
て特に魅力的であり、それは、かかる装置は、（１）大気状態（例えば、湿気及
び水）に拘らず且つ色々なバックグランド（建物、地形又は曇り空）の検出のた
めに使用することができ、（２）分光測定的に同様である他の種が存在する場合
でさえ、一つ以上の目標種を確実に特定することを許容し、（３）現場での複雑
な計算を行わずに、非熟練のオペレータがその結果を解釈することを許容し、（
４）例えば、非冷却の遠赤外線検出器の場合でさえ、低ノイズの等価スペクトル
放射輝度（ＮＥＳＲ）となる広帯域の検出及び高生産能力を利用することを可能
にし、（５）単一点の測定用の形態とされたときに、ショットノイズの限界値の
検出を可能にし、また、例えば、非冷却の遠赤外線スペクトル成分による多くの
放出が存在するときでさえ、装置内で使用される前置増幅器の飽和を防止する特
徴的な減算技術を利用し、（６）手持ち型又は操作不要のセンサーとして使用す
ることを目的とする装置にとって必要とされるように、コンパクトで、エネルギ
効率的で、軽量で且つ堅牢であり、（７）像形成条件に適合する大きいＦＯＶを
有する形態とすることができることである。
【００５４】 これと代替的に、サンプルフィルタアセンブリ１０又は４４が目標種の主要な
スペクトルの特徴と一致する減衰帯域を有するノッチフィルタを備え、また、基
準フィルタアセンブリ１４又は４６がサンプルフィルタアセンブリ１０又は４４
のノッチフィルタの基材にて出来たブランクを備える、図１又は図２のセンサー
の代替的な実施の形態を使用して、更に優れた感度が得られるようにしてもよい
。また、基準経路内にブランクが存在しない場合でさえ、低感度の検出を行うこ
とができる。集光光学素子２４又は３２により集められ且つバンドパスフィルタ
２５又は６４を透過した放射線は、ノッチフィルタを一回透過し、次に、基準ブ
ランクを（又は基準フィルタブランク無しで基準経路に沿って）透過する。ＤＡ
Ｒ装置の場合と同様に、次に、放射線は検出器２６又は２８（図１）により同時
に記録され又は代替的に検出器６０（図２）により各経路に対して記録される。
かかるフィルタの選択は、スペクトル特性をノッチフィルタラインを相関させる
ことにより、目標種による吸収又は放出と、干渉するバックグランド放射線とを
識別することができる、一つの型式のノッチフィルタ相関型電波強度計（ＮＦＣ
Ｒ）を形成する。基準ブランク１４又は４６を通して目標を見たとき、バンドパ
スフィルタアセンブリ２５又は６４により画定された制限的な装置の帯域帯内の
その放射線の全ては略零の減衰状態で伝播される。このため、この放射線は、目
標種による吸収（放出）と組み合わさって、大気成分の場合はアルべド、赤外線
感知の場合は視野（ＦＯＶ）内の物による熱放射、のような多くのバックグラン
ド成分を含む。目標種が寄与する程度は極めて僅かであり、直接、検出すること
ができないことがしばしばである。しかし、目標種の主要なスペクトル特性に一
致する帯域を有するノッチフィルタアセンブリ１０又は４４を通じて見たとき、
その特有の特性は選択的に減衰される。ノッチフィルタアセンブリ１０又は４４
の減衰スペクトルに一致しないその他の成分のスペクトル線を含む可能性のある
バックグランド自体は僅かしか減衰されない。このため、基準ブランク１４又は
４６を通じて得られた信号をノッチフィルタアセンブリ１０又は４４を通じて得
られた信号から減算するならば、ノッチフィルタ外の干渉特性及びその帯域と一
致する特性部分の殆どを消去することになる。この差は、ノッチフィルタアセン
ブリ１０又は４４の帯域と目標種のスペクトルとの間の相関関係（すなわち釣合
い）に強く関係しており、バックグランド又はその他の媒体による干渉を排除し
つつ、目標種の識別標識を確実に同定し且つその光学的濃度Ｃ×Ｌ（ここで、Ｃ
は濃度、Ｌは光路である）を測定するために使用される。図１及び図２に図示す
るように、放射線又は関係しないスペクトル成分による干渉を更に少なくするた
め、サンプル及び干渉路に共通の経路に沿った集光光学素子２４又は３２と検出
器２６、２８又は検出器６０の間の任意の箇所に配置することのできるバンドパ
スフィルタアセンブリ２５又は６４により検出帯域幅を制限することができる。
バンドパスフィルタアセンブリ２５又は６４は、目標種の識別標識が最も顕著で
ある周波数範囲（例えば、ＤＭＭＰの検出の場合、約１０８６ｃｍ-1の約１５ｃ
ｍ-1の範囲まで）にて通過するように選ばれる。
スペクトルの特徴と一致する減衰帯域を有するノッチフィルタを備え、また、基
準フィルタアセンブリ１４又は４６がサンプルフィルタアセンブリ１０又は４４
のノッチフィルタの基材にて出来たブランクを備える、図１又は図２のセンサー
の代替的な実施の形態を使用して、更に優れた感度が得られるようにしてもよい
。また、基準経路内にブランクが存在しない場合でさえ、低感度の検出を行うこ
とができる。集光光学素子２４又は３２により集められ且つバンドパスフィルタ
２５又は６４を透過した放射線は、ノッチフィルタを一回透過し、次に、基準ブ
ランクを（又は基準フィルタブランク無しで基準経路に沿って）透過する。ＤＡ
Ｒ装置の場合と同様に、次に、放射線は検出器２６又は２８（図１）により同時
に記録され又は代替的に検出器６０（図２）により各経路に対して記録される。
かかるフィルタの選択は、スペクトル特性をノッチフィルタラインを相関させる
ことにより、目標種による吸収又は放出と、干渉するバックグランド放射線とを
識別することができる、一つの型式のノッチフィルタ相関型電波強度計（ＮＦＣ
Ｒ）を形成する。基準ブランク１４又は４６を通して目標を見たとき、バンドパ
スフィルタアセンブリ２５又は６４により画定された制限的な装置の帯域帯内の
その放射線の全ては略零の減衰状態で伝播される。このため、この放射線は、目
標種による吸収（放出）と組み合わさって、大気成分の場合はアルべド、赤外線
感知の場合は視野（ＦＯＶ）内の物による熱放射、のような多くのバックグラン
ド成分を含む。目標種が寄与する程度は極めて僅かであり、直接、検出すること
ができないことがしばしばである。しかし、目標種の主要なスペクトル特性に一
致する帯域を有するノッチフィルタアセンブリ１０又は４４を通じて見たとき、
その特有の特性は選択的に減衰される。ノッチフィルタアセンブリ１０又は４４
の減衰スペクトルに一致しないその他の成分のスペクトル線を含む可能性のある
バックグランド自体は僅かしか減衰されない。このため、基準ブランク１４又は
４６を通じて得られた信号をノッチフィルタアセンブリ１０又は４４を通じて得
られた信号から減算するならば、ノッチフィルタ外の干渉特性及びその帯域と一
致する特性部分の殆どを消去することになる。この差は、ノッチフィルタアセン
ブリ１０又は４４の帯域と目標種のスペクトルとの間の相関関係（すなわち釣合
い）に強く関係しており、バックグランド又はその他の媒体による干渉を排除し
つつ、目標種の識別標識を確実に同定し且つその光学的濃度Ｃ×Ｌ（ここで、Ｃ
は濃度、Ｌは光路である）を測定するために使用される。図１及び図２に図示す
るように、放射線又は関係しないスペクトル成分による干渉を更に少なくするた
め、サンプル及び干渉路に共通の経路に沿った集光光学素子２４又は３２と検出
器２６、２８又は検出器６０の間の任意の箇所に配置することのできるバンドパ
スフィルタアセンブリ２５又は６４により検出帯域幅を制限することができる。
バンドパスフィルタアセンブリ２５又は６４は、目標種の識別標識が最も顕著で
ある周波数範囲（例えば、ＤＭＭＰの検出の場合、約１０８６ｃｍ-1の約１５ｃ
ｍ-1の範囲まで）にて通過するように選ばれる。
【００５５】 ＮＦＣＲは、遠隔感知又は遠隔像形成のために使用することができる。例えば
、ＮＦＣＲ装置及び検出器６０としての単一のＩＲ ＦＲＡを使用して大気中の
化学雲を検出すべき像形成のためには、基準ブランク４６を通じて得られた像を
デジタル式に記憶し、次に、ノッチフィルタアセンブリ４４を通じて別個に得ら
れた像から画素毎に減算する。これら２つの像の間の差は目標種が存在しない場
合でも失われない。しかし、大気中の排出物又はＦＯＶ中のその他の目標種の存
在により、その差は周囲環境に対して変化し、これにより目標種の分布像を提供
する。勿論、この差の程度は、特に、入射放射線の全体量に依存する一方、この
入射放射線の量は、ＦＲＡ上で画素毎に変化する赤外光線を感知する場合、アル
べド又は表面温度のようなパラメータに依存する。かかる変化を補正するため、
ポイント測定すべく図１に図示したようなＮＦＥＲを使用するとき、ＢＲＤアセ
ンブリ又はその他の装置により、又は像を形成する場合のように、基準ブランク
を通じて得られた像におけるその画素毎の差を割るだけで、その差の像を基準化
することができる。データ処理速度が高速度の像形成に一致しなければならない
迅速移動のプラットフォームから像を形成し且つ検出するのにＮＦＣＲ装置は特
に有用である。ＮＦＣＲ装置は、固定された媒体又は可動の媒体の広い面積の探
索、捕獲及び照準決めに好適であり、ＤＡＲ及びＢＲＤアセンブリの組み合わせ
体に関して上述したものと同一の利点を有する。
、ＮＦＣＲ装置及び検出器６０としての単一のＩＲ ＦＲＡを使用して大気中の
化学雲を検出すべき像形成のためには、基準ブランク４６を通じて得られた像を
デジタル式に記憶し、次に、ノッチフィルタアセンブリ４４を通じて別個に得ら
れた像から画素毎に減算する。これら２つの像の間の差は目標種が存在しない場
合でも失われない。しかし、大気中の排出物又はＦＯＶ中のその他の目標種の存
在により、その差は周囲環境に対して変化し、これにより目標種の分布像を提供
する。勿論、この差の程度は、特に、入射放射線の全体量に依存する一方、この
入射放射線の量は、ＦＲＡ上で画素毎に変化する赤外光線を感知する場合、アル
べド又は表面温度のようなパラメータに依存する。かかる変化を補正するため、
ポイント測定すべく図１に図示したようなＮＦＥＲを使用するとき、ＢＲＤアセ
ンブリ又はその他の装置により、又は像を形成する場合のように、基準ブランク
を通じて得られた像におけるその画素毎の差を割るだけで、その差の像を基準化
することができる。データ処理速度が高速度の像形成に一致しなければならない
迅速移動のプラットフォームから像を形成し且つ検出するのにＮＦＣＲ装置は特
に有用である。ＮＦＣＲ装置は、固定された媒体又は可動の媒体の広い面積の探
索、捕獲及び照準決めに好適であり、ＤＡＲ及びＢＲＤアセンブリの組み合わせ
体に関して上述したものと同一の利点を有する。
【００５６】 ＮＦＣＲ及びＤＡＲの双方は、多数スペクトル又は簡略化した超スペクトル像
形成技術と考えることができる。現在提案されている殆どの超スペクトル技術に
おいて、分散又は干渉測定用の像形成分光測定計によりスペクトルの全体が迅速
に走査され、特定の波長及び帯域幅の各々にて目標の多数の像が記憶される。例
えば、１９９８年１０月２６−３０日にバージニア州ウィリアムズバーグで開催
された化学的及び生物学的防御のための独立的な検出に関する第４回合同研究会
でのギティンズ（Ｇｉｔｔｉｎｓ）らによる「生物エアーゾルの受動、独立的な
赤外線検出（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｓｔａｎｄｏｆｆ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｄｅｔｅ
ｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｂｉｏ−Ａｅｒｏｓｏｌｓ）」、バージニア州ウィリアムス
バーグで開催された化学的及び生物学的防御のための独立的な検出に関する第４
回合同研究会（１９９８年１０月２６−３０日）でのハインリッヒ（Ｈｉｎｎｒ
ｉｃｈｓ）らによる「現在技術の赤外線超スペクトル像形成を使用するガス煙監
視のための遠隔感知（Ｒｅｍｏｔｏ Ｓｅｎｓｉｎｇ ｆｏｒ Ｇａｓ Ｐｌｕ
ｍｅ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｕｓｉｎｇ Ｓｔａｔｅ ｏｆ ｔｈｅ Ａｒｔ
Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｈｙｐｅｒｓｐｅｃｔｒａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ）」を参照
するとよい。このように、遠赤外線にて感知するとき、各々が１０ｃｍ-1の帯域
幅にて記録された約４０個の像が８−１３．３μｍの範囲をカバーするのに必要
とされる。高空間分解能（すなわち、多数の画素）の必要性と組み合わさったと
き、デジタル記憶及び処理の必要性が顕著となる。多分より重要なことは、利用
可能なＦＰＡが５０Ｈｚ以下の像形成速度を提供することであろう。このように
、完全な超スペクトル走査を記録するには、約１秒かかる。可動のプラットフォ
ームから、かかる走査の開始の像は、その走査の終了時の像と同一の地面の特徴
を含まず、このため、正確な点ごとのスペクトル処理を煩雑にし又は不可能にし
さえもする。これに反して、本発明のＮＦＣＲ及びＤＡＲの実施の形態の双方は
１／２５秒以内で記録可能な２つの像があればよい。空気中のプラットフォーム
から像を形成する場合のように、５００ミル／時にて、その速度における２つの
像の間の空間的シフトは９．１４４ｍ（３０フィート）以下であり、処理前にそ
の像をデジタル的にシフトすることにより補正することが可能である。
形成技術と考えることができる。現在提案されている殆どの超スペクトル技術に
おいて、分散又は干渉測定用の像形成分光測定計によりスペクトルの全体が迅速
に走査され、特定の波長及び帯域幅の各々にて目標の多数の像が記憶される。例
えば、１９９８年１０月２６−３０日にバージニア州ウィリアムズバーグで開催
された化学的及び生物学的防御のための独立的な検出に関する第４回合同研究会
でのギティンズ（Ｇｉｔｔｉｎｓ）らによる「生物エアーゾルの受動、独立的な
赤外線検出（Ｐａｓｓｉｖｅ Ｓｔａｎｄｏｆｆ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｄｅｔｅ
ｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｂｉｏ−Ａｅｒｏｓｏｌｓ）」、バージニア州ウィリアムス
バーグで開催された化学的及び生物学的防御のための独立的な検出に関する第４
回合同研究会（１９９８年１０月２６−３０日）でのハインリッヒ（Ｈｉｎｎｒ
ｉｃｈｓ）らによる「現在技術の赤外線超スペクトル像形成を使用するガス煙監
視のための遠隔感知（Ｒｅｍｏｔｏ Ｓｅｎｓｉｎｇ ｆｏｒ Ｇａｓ Ｐｌｕ
ｍｅ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｕｓｉｎｇ Ｓｔａｔｅ ｏｆ ｔｈｅ Ａｒｔ
Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｈｙｐｅｒｓｐｅｃｔｒａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ）」を参照
するとよい。このように、遠赤外線にて感知するとき、各々が１０ｃｍ-1の帯域
幅にて記録された約４０個の像が８−１３．３μｍの範囲をカバーするのに必要
とされる。高空間分解能（すなわち、多数の画素）の必要性と組み合わさったと
き、デジタル記憶及び処理の必要性が顕著となる。多分より重要なことは、利用
可能なＦＰＡが５０Ｈｚ以下の像形成速度を提供することであろう。このように
、完全な超スペクトル走査を記録するには、約１秒かかる。可動のプラットフォ
ームから、かかる走査の開始の像は、その走査の終了時の像と同一の地面の特徴
を含まず、このため、正確な点ごとのスペクトル処理を煩雑にし又は不可能にし
さえもする。これに反して、本発明のＮＦＣＲ及びＤＡＲの実施の形態の双方は
１／２５秒以内で記録可能な２つの像があればよい。空気中のプラットフォーム
から像を形成する場合のように、５００ミル／時にて、その速度における２つの
像の間の空間的シフトは９．１４４ｍ（３０フィート）以下であり、処理前にそ
の像をデジタル的にシフトすることにより補正することが可能である。
【００５７】 本発明のＮＦＣＲ及びＤＡＲの実施の形態はまた、別の重要な利点ももたらす
。例えば、ＤＡＲは、短い距離からより優れた感度を提供することができる。他
方、非目標種による吸収の干渉又は遠隔感知のため大気中のアルべドのスペクト
ル変化に対しＤＡＲはＮＦＣＲよりも影響を受け易い。その結果、検出路の変化
（例えば、動きによる）又はその制限（例えば、大気の感知のための気象）の変
化は、性質上、かかる干渉効果を補正する、ＮＦＣＲの場合よりもＤＡＲによる
測定の場合により大きい影響を与える。
。例えば、ＤＡＲは、短い距離からより優れた感度を提供することができる。他
方、非目標種による吸収の干渉又は遠隔感知のため大気中のアルべドのスペクト
ル変化に対しＤＡＲはＮＦＣＲよりも影響を受け易い。その結果、検出路の変化
（例えば、動きによる）又はその制限（例えば、大気の感知のための気象）の変
化は、性質上、かかる干渉効果を補正する、ＮＦＣＲの場合よりもＤＡＲによる
測定の場合により大きい影響を与える。
【００５８】 ＤＡＲ型センサーにて使用するため、紫外線（ＵＶ）、可視光及び赤外線（１
８０ｎｍ乃至２０μｍ）内のバンドパスフィルタは、幾つかの製造メーカから入
手可能である。典型的に、これらのフィルタは、特定の線中心、特定の帯域幅（
例えば、遠赤外線にて１１ｃｍ-1又は１５ｃｍ-1、可視光及び紫外線にて１ｃｍ -1 以下）及び最高透過率（例えば０．６４以上）となるように特別な設計のもの
とすることができる。特定の適用例において、フィルタは検出器の窓部に置換し
、これにより薄いフィルタに対する機械的支持体を提供しつつ寸法を小さくする
一体化した設計を提供することができる。ＮＦＣＲにて使用するため、ＵＶ及び
可視光領域のノッチフィルタは幾つかの製造メーカから入手可能であり、その窓
部を置換しつつ検出器に直接取り付けることができる。遠赤外線分野にて商業的
に利用可能なノッチフィルタは、現在、存在しないと考えられる。しかし、ノッ
チフィルタの機能は、所望のノッチフィルタと同一の特徴を有する絶縁被覆した
バンドパスフィルタの表面からの反射光を使用して実現可能である。このことは
、図３に図示されており、この場合、第一のミラー及び第二のミラー７２、７４
が図２に図示した装置の実施の形態に追加されビーム２２の第一の部分３６を絶
縁被覆したバンドパスフィルタ４４の表面から反射させ且つその部分をその当初
の経路すなわち第一の光路３８に戻す。同様のノッチフィルタを図１に図示した
本発明の実施の形態にて使用し得る形態とすることができる。
８０ｎｍ乃至２０μｍ）内のバンドパスフィルタは、幾つかの製造メーカから入
手可能である。典型的に、これらのフィルタは、特定の線中心、特定の帯域幅（
例えば、遠赤外線にて１１ｃｍ-1又は１５ｃｍ-1、可視光及び紫外線にて１ｃｍ -1 以下）及び最高透過率（例えば０．６４以上）となるように特別な設計のもの
とすることができる。特定の適用例において、フィルタは検出器の窓部に置換し
、これにより薄いフィルタに対する機械的支持体を提供しつつ寸法を小さくする
一体化した設計を提供することができる。ＮＦＣＲにて使用するため、ＵＶ及び
可視光領域のノッチフィルタは幾つかの製造メーカから入手可能であり、その窓
部を置換しつつ検出器に直接取り付けることができる。遠赤外線分野にて商業的
に利用可能なノッチフィルタは、現在、存在しないと考えられる。しかし、ノッ
チフィルタの機能は、所望のノッチフィルタと同一の特徴を有する絶縁被覆した
バンドパスフィルタの表面からの反射光を使用して実現可能である。このことは
、図３に図示されており、この場合、第一のミラー及び第二のミラー７２、７４
が図２に図示した装置の実施の形態に追加されビーム２２の第一の部分３６を絶
縁被覆したバンドパスフィルタ４４の表面から反射させ且つその部分をその当初
の経路すなわち第一の光路３８に戻す。同様のノッチフィルタを図１に図示した
本発明の実施の形態にて使用し得る形態とすることができる。
【００５９】 ＮＦＣＲ又はＤＡＲ型のセンサーが使用されるかどうかに関係なく、センサー
内で使用されるバンドパスフィルタ又はノッチフィルタの特徴を測定し得るよう
にするためには、特定すべき目標種のスペクトル及び補正すべき非目標外種を分
析しなければならない。このことは、有毒な化学物質、大気中の汚染物質及びそ
の他の潜在的な目標種の遠隔感知技術は、必然的にかかる成分の放出光又は吸収
特性の何れかを利用し、その結果、光源（自然又は人工的なもの）と目標種との
間の放射線、次に、目標種と検出器との間の放射線を大気及びその他の干渉物質
を通って伝播しなければならないことになる。
内で使用されるバンドパスフィルタ又はノッチフィルタの特徴を測定し得るよう
にするためには、特定すべき目標種のスペクトル及び補正すべき非目標外種を分
析しなければならない。このことは、有毒な化学物質、大気中の汚染物質及びそ
の他の潜在的な目標種の遠隔感知技術は、必然的にかかる成分の放出光又は吸収
特性の何れかを利用し、その結果、光源（自然又は人工的なもの）と目標種との
間の放射線、次に、目標種と検出器との間の放射線を大気及びその他の干渉物質
を通って伝播しなければならないことになる。
【００６０】 ＮＦＣＲ及びＤＡＲは，大気中の遠隔感知のために使用することができる。こ
の適用例において、大気中の透過率は重要なパラメータである。大気中の透過率
は、分子の吸収及び散乱、エアーゾルの吸収及び散乱、大気の屈折率の変化の間
の複雑な相互作用である。Ｈ2Ｏ、ＣＯ2、Ｏ3、ＣＨ4、Ｎ2Ｏのような分子は、
主として、分子の吸着を生じさせる。エアーゾルは高密度であるとき、例えば、
雲及び煙の場合、顕著に寄与する（これはその成分の分子吸着に加えられること
になる）。乱流はまた幾つかの測定値に影響する可能性がある。しかし、本発明
によるＢＲＤアセンブリ又はその他の基準化装置による減算及び基準化は、エア
ーゾル及び乱流の殆どの効果を補正し、また、バンドパスフィルタが使用される
場合の基準フィルタの選択に依存して、大気中の分子の吸収の殆どを補正する。
このため、目標種自体により発生された信号が全てのノイズ発生源を上回る限り
、析出物、雲又は煙が存在する場合でさえ、ＤＡＲ又はＮＦＣＲの何れかにより
、特に低感度の検出が可能である。
の適用例において、大気中の透過率は重要なパラメータである。大気中の透過率
は、分子の吸収及び散乱、エアーゾルの吸収及び散乱、大気の屈折率の変化の間
の複雑な相互作用である。Ｈ2Ｏ、ＣＯ2、Ｏ3、ＣＨ4、Ｎ2Ｏのような分子は、
主として、分子の吸着を生じさせる。エアーゾルは高密度であるとき、例えば、
雲及び煙の場合、顕著に寄与する（これはその成分の分子吸着に加えられること
になる）。乱流はまた幾つかの測定値に影響する可能性がある。しかし、本発明
によるＢＲＤアセンブリ又はその他の基準化装置による減算及び基準化は、エア
ーゾル及び乱流の殆どの効果を補正し、また、バンドパスフィルタが使用される
場合の基準フィルタの選択に依存して、大気中の分子の吸収の殆どを補正する。
このため、目標種自体により発生された信号が全てのノイズ発生源を上回る限り
、析出物、雲又は煙が存在する場合でさえ、ＤＡＲ又はＮＦＣＲの何れかにより
、特に低感度の検出が可能である。
【００６１】 大気の吸収による過度の減衰を防止するため、ＤＡＲ又はＮＦＣＲセンサーの
各々は、制限された大気範囲内で作動しなければならない。これらの範囲の正確
な程度は、検出の範囲及び許容可能な減衰程度に依存するが、最も重要な範囲は
約０．３μｍ乃至約１．５μｍ、約３μｍ乃至約５．５μｍ、約８μｍ乃至１３
．３μｍの波長範囲であると考えられる。
各々は、制限された大気範囲内で作動しなければならない。これらの範囲の正確
な程度は、検出の範囲及び許容可能な減衰程度に依存するが、最も重要な範囲は
約０．３μｍ乃至約１．５μｍ、約３μｍ乃至約５．５μｍ、約８μｍ乃至１３
．３μｍの波長範囲であると考えられる。
【００６２】 目標種を受動的に検出するため、かかる目標種の光学的吸収及び放出は自然な
分布状態間の遷移により行わなければならない（人工的に励起した状態間の遷移
により放出が行われるＬＩＦの場合と相違する）。このため、受動的な検出は、
振動及び回転遷移が基底の電子状態にて生ずる赤外線及び遠赤外線に限定される
（電子状態間の遷移の殆どは目をくらませる太陽光線の紫外線にて生じ、火炎、
プラズマ及び電気放電のような高温の媒体に典型的である）。殆どの有毒な化学
物質はまた、上述した２つの大気範囲に属する３．３乃至４．２μｍ及び８乃至
１３．３μｍの範囲内で強力な吸収性を有する。しかし、３．３乃至４．２μｍ
の範囲内の多くの関連する目標種の帯域は、確実な同定を妨げる可能性のある多
くの大気中の炭化水素により３．１乃至４．１μｍの範囲内の強力なＣ−Ｈの区
間と一致する。このように、８乃至１３．３μｍの範囲は受動的な遠隔大気感知
にとって最適であると考えられる。
分布状態間の遷移により行わなければならない（人工的に励起した状態間の遷移
により放出が行われるＬＩＦの場合と相違する）。このため、受動的な検出は、
振動及び回転遷移が基底の電子状態にて生ずる赤外線及び遠赤外線に限定される
（電子状態間の遷移の殆どは目をくらませる太陽光線の紫外線にて生じ、火炎、
プラズマ及び電気放電のような高温の媒体に典型的である）。殆どの有毒な化学
物質はまた、上述した２つの大気範囲に属する３．３乃至４．２μｍ及び８乃至
１３．３μｍの範囲内で強力な吸収性を有する。しかし、３．３乃至４．２μｍ
の範囲内の多くの関連する目標種の帯域は、確実な同定を妨げる可能性のある多
くの大気中の炭化水素により３．１乃至４．１μｍの範囲内の強力なＣ−Ｈの区
間と一致する。このように、８乃至１３．３μｍの範囲は受動的な遠隔大気感知
にとって最適であると考えられる。
【００６３】 図４には、一例として、ジメチルメチルホスホン酸塩（ＤＩＭＰ）及びジイソ
プロピルメチルホスホン酸塩（ＤＩＭＰ）の殺虫剤として使用される２つの化学
薬剤のスペクトル変化が示してある。その双方が帯域の最高周波数、帯域幅及び
吸収率を含む、その他の極めて有毒な化学物質と同様のスペクトル特性を有する
ため、これらの化学薬剤は、遠赤外線にて遠隔センサーを試験するとき、分光測
定の励起体としてしばしば使用される。その結果、入手可能な報告は、目標種と
してＤＭＭＰ及びＤＩＭＰを使用する測定を記載することがしばしばある。本発
明の特徴は、また、これらの化学薬剤を使用してモデル化し且つ評価したもので
ある。図４に図示したスペクトルは、Ｏｐｔ．Ｅｎｇ、ｖｏｌ．２４、９８２−
８４（１９５９）におけるホフランド（Ｈｏｆｆｌａｎｄ）らによる「化学薬剤
及び励起体のスペクトル識別標識（Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｓｉｇｎａｔｕｒｅｓ
ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ａｇｅｎｔｓ ａｎｄ Ｓｉｍｕｌａｎｔｓ）」に記
載されたものと同等である。（ａ）その双方の化学薬剤は、少なくとも部分的に
互いに重なり合うスペクトル成分を有することが明らかである。例えば、１０８
６ｃｍ-1で最高値となるＤＭＭＰの主要な線は、ＤＩＭＰの第二の線の一つと重
なり合い、（ｂ）通常、ＣＯ2のようなより軽い分子のスペクトルにて見られる
微細な構造体がそのスペクトルに存在せず、（ｃ）これら線の吸収率は、例外的
な程に大きい。例えば、０．０１ｇｒ*ｃｍ／リットル（又は標準的な大気状態
にて１６．６ｐｐｍ−ｍ）のＤＭＭＰによる透過率は、０．７２であり、また、
同様の光学的濃度を有するＤＩＭＰの通過率は、０．８５である。これら強力な
吸収性であること及び微細な構造体が存在しないことは、本発明のＤＡＲ又はＮ
ＦＣＲのような簡単な検出器によってさえこれらの化学物質及び同様の有毒な化
学物質を敏感に検出することを許容する。他方、２つ以上の種の広い帯域線が重
なり合うこと及び微細な構造体が存在しないことは、ＤＡＲ又はＮＦＣＲセンサ
ーの形態における単一の検出路によってスペクトル的に同様の成分を区別するこ
とを妨げる可能性がある。ＤＡＲの形態に対するバンドパスフィルタ又はＮＦＣ
Ｒの形態に対するノッチフィルタと組み合わせて、一つ以上の追加的な対の検出
器（図１におけるように）又は検出路（図２にあけるように）を採用することは
、種間を区別すること、すなわち特定化が必要とされるときに望ましい。このこ
とは次の分析により示す。
プロピルメチルホスホン酸塩（ＤＩＭＰ）の殺虫剤として使用される２つの化学
薬剤のスペクトル変化が示してある。その双方が帯域の最高周波数、帯域幅及び
吸収率を含む、その他の極めて有毒な化学物質と同様のスペクトル特性を有する
ため、これらの化学薬剤は、遠赤外線にて遠隔センサーを試験するとき、分光測
定の励起体としてしばしば使用される。その結果、入手可能な報告は、目標種と
してＤＭＭＰ及びＤＩＭＰを使用する測定を記載することがしばしばある。本発
明の特徴は、また、これらの化学薬剤を使用してモデル化し且つ評価したもので
ある。図４に図示したスペクトルは、Ｏｐｔ．Ｅｎｇ、ｖｏｌ．２４、９８２−
８４（１９５９）におけるホフランド（Ｈｏｆｆｌａｎｄ）らによる「化学薬剤
及び励起体のスペクトル識別標識（Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｓｉｇｎａｔｕｒｅｓ
ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ａｇｅｎｔｓ ａｎｄ Ｓｉｍｕｌａｎｔｓ）」に記
載されたものと同等である。（ａ）その双方の化学薬剤は、少なくとも部分的に
互いに重なり合うスペクトル成分を有することが明らかである。例えば、１０８
６ｃｍ-1で最高値となるＤＭＭＰの主要な線は、ＤＩＭＰの第二の線の一つと重
なり合い、（ｂ）通常、ＣＯ2のようなより軽い分子のスペクトルにて見られる
微細な構造体がそのスペクトルに存在せず、（ｃ）これら線の吸収率は、例外的
な程に大きい。例えば、０．０１ｇｒ*ｃｍ／リットル（又は標準的な大気状態
にて１６．６ｐｐｍ−ｍ）のＤＭＭＰによる透過率は、０．７２であり、また、
同様の光学的濃度を有するＤＩＭＰの通過率は、０．８５である。これら強力な
吸収性であること及び微細な構造体が存在しないことは、本発明のＤＡＲ又はＮ
ＦＣＲのような簡単な検出器によってさえこれらの化学物質及び同様の有毒な化
学物質を敏感に検出することを許容する。他方、２つ以上の種の広い帯域線が重
なり合うこと及び微細な構造体が存在しないことは、ＤＡＲ又はＮＦＣＲセンサ
ーの形態における単一の検出路によってスペクトル的に同様の成分を区別するこ
とを妨げる可能性がある。ＤＡＲの形態に対するバンドパスフィルタ又はＮＦＣ
Ｒの形態に対するノッチフィルタと組み合わせて、一つ以上の追加的な対の検出
器（図１におけるように）又は検出路（図２にあけるように）を採用することは
、種間を区別すること、すなわち特定化が必要とされるときに望ましい。このこ
とは次の分析により示す。
【００６４】 色々な光学的濃度Ｃ×Ｌにて特定の目標種又は化学物質が水平の大気経路を通
る透過を説明するための数式モデルが本発明により開発された。かかる種を検出
すべく使用されるとき、ＤＡＲ及びＮＦＣＲのパラメータを最適にし、また、Ｆ
ＯＶ内に化学物質がある場合と無い場合とのその信号の差を推定するためにこの
モデルを使用した。図５に図示するように、基準フィルタの中心周波数が変化す
るときに基準化した総ＤＡＲ信号の差を計算し、標準的な大気中における水の密
度と一致する、０．００７７５の大気圧の部分圧力にて水蒸気のみを含む大気圧
であると想定して、ＤＡＲによる化学薬剤の検出を最適にする基準フィルタに対
する周波数を特定した。ＣＯ2又はＯ3のようなその他の吸収剤もこの構造に寄与
するが、標準的な大気状態におけるこの効果は、目標から１乃至３ｋｍの位置で
小さく、より長い距離にて分かりきったものであることがしばしばである。この
モデルは、その水の吸収（放出）を最適に補正することができる基準フィルタを
選ぶことを許容する。図５には、ＦＯＶ内でＣ×Ｌ＝１６．６ｐｐｍ−ｍのＤＭ
ＭＰ（２３．８５℃（２９７Ｋ）及び１気圧における０．０１ｇｒ*ｃｍ／リッ
トル）を有する基準化した総吸収信号を示す上方曲線と、この化学薬剤が存在し
ない総吸収信号を示す下方曲線という２つの曲線が図示されている。これら曲線
の双方の場合、サンプルフィルタの中心線周波数はＤＭＭＰが強力な吸収効果を
有する、１０８６ｃｍ-1であった。その双方のフィルタの帯域幅及び透過率はそ
れぞれ１２．６ｃｍ-1及び０．６４であった。ＢＲＤアセンブリに関して上に説
明したように、検出器の各々の光電流を基準電極の電流で割ることにより基準化
のモデルを形成した。ＦＯＶ内に種を有する場合又は有しない場合の吸収測定値
の差は、基準フィルタの周波数と共に変化するが、基準フィルタが９２８．５ｃ
ｍ-1でありかつＩＲ源がその種よりも遥かに高温であるとき、基準化信号の１５
％以上である。この差は、予想されるＳＮＲよりも著しく大きい。源（地面）が
その種よりも僅か５Ｋだけ高温度であるとき、その差は１．５％に低下する。目
標種の検出が放射による場合、すなわち、目標種がそのバックグランドよりも高
温であるとき、同様の変化（但し、方向は逆）を予想できる。
る透過を説明するための数式モデルが本発明により開発された。かかる種を検出
すべく使用されるとき、ＤＡＲ及びＮＦＣＲのパラメータを最適にし、また、Ｆ
ＯＶ内に化学物質がある場合と無い場合とのその信号の差を推定するためにこの
モデルを使用した。図５に図示するように、基準フィルタの中心周波数が変化す
るときに基準化した総ＤＡＲ信号の差を計算し、標準的な大気中における水の密
度と一致する、０．００７７５の大気圧の部分圧力にて水蒸気のみを含む大気圧
であると想定して、ＤＡＲによる化学薬剤の検出を最適にする基準フィルタに対
する周波数を特定した。ＣＯ2又はＯ3のようなその他の吸収剤もこの構造に寄与
するが、標準的な大気状態におけるこの効果は、目標から１乃至３ｋｍの位置で
小さく、より長い距離にて分かりきったものであることがしばしばである。この
モデルは、その水の吸収（放出）を最適に補正することができる基準フィルタを
選ぶことを許容する。図５には、ＦＯＶ内でＣ×Ｌ＝１６．６ｐｐｍ−ｍのＤＭ
ＭＰ（２３．８５℃（２９７Ｋ）及び１気圧における０．０１ｇｒ*ｃｍ／リッ
トル）を有する基準化した総吸収信号を示す上方曲線と、この化学薬剤が存在し
ない総吸収信号を示す下方曲線という２つの曲線が図示されている。これら曲線
の双方の場合、サンプルフィルタの中心線周波数はＤＭＭＰが強力な吸収効果を
有する、１０８６ｃｍ-1であった。その双方のフィルタの帯域幅及び透過率はそ
れぞれ１２．６ｃｍ-1及び０．６４であった。ＢＲＤアセンブリに関して上に説
明したように、検出器の各々の光電流を基準電極の電流で割ることにより基準化
のモデルを形成した。ＦＯＶ内に種を有する場合又は有しない場合の吸収測定値
の差は、基準フィルタの周波数と共に変化するが、基準フィルタが９２８．５ｃ
ｍ-1でありかつＩＲ源がその種よりも遥かに高温であるとき、基準化信号の１５
％以上である。この差は、予想されるＳＮＲよりも著しく大きい。源（地面）が
その種よりも僅か５Ｋだけ高温度であるとき、その差は１．５％に低下する。目
標種の検出が放射による場合、すなわち、目標種がそのバックグランドよりも高
温であるとき、同様の変化（但し、方向は逆）を予想できる。
【００６５】 図５の結果はまた、線の中心が９２８．５ｃｍ-1（図５の垂直線で表示）を有
する基準フィルタを選ぶとき、下方曲線は零を経て進むことを示す。このように
、この周波数に中心がある基準フィルタは、１０８６ｃｍ-1に中心があるサンプ
ルフィルタに対しバックグランドを略完全に消去することを可能にする。図５に
図示するように、その他の周波数もバックグランドを略完全に消去することもで
きるが、この選択により、水蒸気による吸収（放出）に対する略完全な補正を長
距離まで延長することが可能となる。このことは、大気が僅か０．００７５大気
圧の水蒸気のみを含み、また、検出された光線が３０ｋｍの距離まで進むとき、
基準化した総ＤＡＲ信号が略零の状態（下方曲線）で図６に図示されている。こ
のシミュレーションにおける装置のパラメータは図５に図示したものと同一であ
る。１６．６ｐｐｍ−ｍのＤＭＭＰを追加したとき、その信号は１５％以上増加
するが、依然として、その距離から独立している。大気中の全ての成分を含むと
き（２つの上方曲線）、その測定値は最早、距離から独立していないが、依然と
して大気中の湿度から独立している。１６．６ｐｐｍ−ｍのＤＭＭＰをＦＯＶ中
に明確に添加すると、５ｋｍの距離まで大気層のバックグランド信号よりも大き
い信号が発生する。このため、放射線が５ｋｍ以下の距離にあるとき、ＤＡＲの
絶対値を読むことでＤＭＭＰを検出することができる。より長距離において、Ｆ
ＯＶ中に化学物質が無いときに得られた独立的な測定値とこの測定値とを比較す
ることにより、ＤＭＭＰを検出することができる。このように、バックグランド
の補正のためにこの基準フィルタの周波数を選ぶことにより、ＤＭＭＰの検出及
び測定は、大気中の湿度と独立的であり、このことは、現場での測定にとって極
めて有益なことである。ＤＭＭＰ、その他の殺虫剤、大気中の排出物又は任意の
その他の目標種のその他のスペクトル線に対し同様に最適化したバックグランド
の減算法を開発することができる。
する基準フィルタを選ぶとき、下方曲線は零を経て進むことを示す。このように
、この周波数に中心がある基準フィルタは、１０８６ｃｍ-1に中心があるサンプ
ルフィルタに対しバックグランドを略完全に消去することを可能にする。図５に
図示するように、その他の周波数もバックグランドを略完全に消去することもで
きるが、この選択により、水蒸気による吸収（放出）に対する略完全な補正を長
距離まで延長することが可能となる。このことは、大気が僅か０．００７５大気
圧の水蒸気のみを含み、また、検出された光線が３０ｋｍの距離まで進むとき、
基準化した総ＤＡＲ信号が略零の状態（下方曲線）で図６に図示されている。こ
のシミュレーションにおける装置のパラメータは図５に図示したものと同一であ
る。１６．６ｐｐｍ−ｍのＤＭＭＰを追加したとき、その信号は１５％以上増加
するが、依然として、その距離から独立している。大気中の全ての成分を含むと
き（２つの上方曲線）、その測定値は最早、距離から独立していないが、依然と
して大気中の湿度から独立している。１６．６ｐｐｍ−ｍのＤＭＭＰをＦＯＶ中
に明確に添加すると、５ｋｍの距離まで大気層のバックグランド信号よりも大き
い信号が発生する。このため、放射線が５ｋｍ以下の距離にあるとき、ＤＡＲの
絶対値を読むことでＤＭＭＰを検出することができる。より長距離において、Ｆ
ＯＶ中に化学物質が無いときに得られた独立的な測定値とこの測定値とを比較す
ることにより、ＤＭＭＰを検出することができる。このように、バックグランド
の補正のためにこの基準フィルタの周波数を選ぶことにより、ＤＭＭＰの検出及
び測定は、大気中の湿度と独立的であり、このことは、現場での測定にとって極
めて有益なことである。ＤＭＭＰ、その他の殺虫剤、大気中の排出物又は任意の
その他の目標種のその他のスペクトル線に対し同様に最適化したバックグランド
の減算法を開発することができる。
【００６６】 上述したように、一つのサンプルフィルタ及び最適に選んだ一つの基準フィル
タと共に一対の検出器を使用することは、水蒸気のような一つのバックグランド
ガスの吸収又は放出効果を補正しつつ、一つの目標種を敏感に検出することを可
能にする。しかし、ＤＩＭＰ及びＤＭＭＰ（図４）のような特定の化学薬剤の幾
つかのスペクトル線が重なり合うため、ＦＯＶ中の一つの種が別の化学薬剤の検
出専用とされた単一のＤＡＲ又はＮＦＣＲセンサーによる測定を妨げる可能性が
ある。例えば、１０８６ｃｍ-1に中心があるサンプルフィルタを使用することに
よりＤＭＭＰを検出し得る形態とされたＤＡＲセンサーは、１１１０ｃｍ-1の線
に関係させたＤＩＭＰによる吸収を検出することができる。勿論、図５及び図６
のデータを得るために使用した１２．６ｃｍ-1のような十分に狭小な帯域幅であ
る場合、そのフィルタを通じてのＤＩＭＰの検出は無視してよい。しかし、１０
８６ｃｍ-1にて水蒸気による吸収に最適に釣合うように選ばれた９２８．５ｃｍ -1 における基準フィルタは、９１７ｃｍ-1ＤＩＭＰ線の末端と一致する。その結
果、ＤＭＭＰがＦＯＶ（図６）にあるとき、基準化した総ＤＡＲ信号を増大させ
る減算法及び基準化法は、ＤＩＭＰが存在するときＤＡＲ信号を減少させること
になる。このように、ＦＯＶ中のＤＭＭＰ及びＤＩＭＰの混合体は、不明確なＤ
ＡＲ測定値を提供し又は場合によっては、総信号を全く提供しない。例えば、０
．１４ｇｒ*ｃｍ／リットルのＤＩＭＰは、０．０１ｇｒ*ｃｍ／リットルのＤＭ
ＭＰによる基準化した総信号と略同一の絶対量を有する負のＤＡＲ信号を発生し
得るよう数値で示したものである。このように、ＤＭＭＰのみを検出し得るよう
に最適化されたＤＡＲセンサーは、これら光学濃度における種の混合体がＦＯＶ
中にあるとき、総信号を全く発生させない。勿論、同一の検出器は、ＤＭＭＰ依
存の出力を提供するが、この出力だけは、バックグランドの補正がされず、大気
の湿度による影響を受ける。
タと共に一対の検出器を使用することは、水蒸気のような一つのバックグランド
ガスの吸収又は放出効果を補正しつつ、一つの目標種を敏感に検出することを可
能にする。しかし、ＤＩＭＰ及びＤＭＭＰ（図４）のような特定の化学薬剤の幾
つかのスペクトル線が重なり合うため、ＦＯＶ中の一つの種が別の化学薬剤の検
出専用とされた単一のＤＡＲ又はＮＦＣＲセンサーによる測定を妨げる可能性が
ある。例えば、１０８６ｃｍ-1に中心があるサンプルフィルタを使用することに
よりＤＭＭＰを検出し得る形態とされたＤＡＲセンサーは、１１１０ｃｍ-1の線
に関係させたＤＩＭＰによる吸収を検出することができる。勿論、図５及び図６
のデータを得るために使用した１２．６ｃｍ-1のような十分に狭小な帯域幅であ
る場合、そのフィルタを通じてのＤＩＭＰの検出は無視してよい。しかし、１０
８６ｃｍ-1にて水蒸気による吸収に最適に釣合うように選ばれた９２８．５ｃｍ -1 における基準フィルタは、９１７ｃｍ-1ＤＩＭＰ線の末端と一致する。その結
果、ＤＭＭＰがＦＯＶ（図６）にあるとき、基準化した総ＤＡＲ信号を増大させ
る減算法及び基準化法は、ＤＩＭＰが存在するときＤＡＲ信号を減少させること
になる。このように、ＦＯＶ中のＤＭＭＰ及びＤＩＭＰの混合体は、不明確なＤ
ＡＲ測定値を提供し又は場合によっては、総信号を全く提供しない。例えば、０
．１４ｇｒ*ｃｍ／リットルのＤＩＭＰは、０．０１ｇｒ*ｃｍ／リットルのＤＭ
ＭＰによる基準化した総信号と略同一の絶対量を有する負のＤＡＲ信号を発生し
得るよう数値で示したものである。このように、ＤＭＭＰのみを検出し得るよう
に最適化されたＤＡＲセンサーは、これら光学濃度における種の混合体がＦＯＶ
中にあるとき、総信号を全く発生させない。勿論、同一の検出器は、ＤＭＭＰ依
存の出力を提供するが、この出力だけは、バックグランドの補正がされず、大気
の湿度による影響を受ける。
【００６７】 ＤＭＭＰによるこの干渉の結果は、一つ以上の追加的なＤＭＭＰの線、一つ以
上のＤＩＭＰの線又はその組み合わせを検出し得るように最適化された検出器の
対から成る追加的なＤＡＲを導入することにより解消することができる。例えば
、４つの別個の検出器から成る、図７に図示したような、商業的に利用可能な４
位置検出器は、二重ＤＡＲとして機能する２つのＢＲＤを追加することによりそ
の形態を設定することができる。１０８６ｃｍ-1及び９２８．５ｃｍ-1のバンド
パスフィルタをこれら検出器の２つ（例えば、上側の２つ）に取り付けることに
より、これらフィルタは、水蒸気による吸収又は放出を補正し得るよう最適化さ
れた第一のＤＭＭＰ ＤＡＲセンサーとして一つのＢＲＤと共に作用可能である
。第二のＤＭＭＰ線の一つと一致し得るように９４８ｃｍ-1に中心があるバンド
パスフィルタを有する第三の検出器、及び第二のＢＲＤと共に、水蒸気による吸
収又は放出効果を補正し得るように１００７．７５ｃｍ-1に中心があるバンドパ
スフィルタを有する第四の検出器が第二のＤＭＭＰ ＤＡＲセンサーを形成する
ことができる。その双方のＤＡＲにおいて、フィルタは１２．６ｃｍ-1の帯域幅
及び６４％の最高透過率を有するものと想定する。
上のＤＩＭＰの線又はその組み合わせを検出し得るように最適化された検出器の
対から成る追加的なＤＡＲを導入することにより解消することができる。例えば
、４つの別個の検出器から成る、図７に図示したような、商業的に利用可能な４
位置検出器は、二重ＤＡＲとして機能する２つのＢＲＤを追加することによりそ
の形態を設定することができる。１０８６ｃｍ-1及び９２８．５ｃｍ-1のバンド
パスフィルタをこれら検出器の２つ（例えば、上側の２つ）に取り付けることに
より、これらフィルタは、水蒸気による吸収又は放出を補正し得るよう最適化さ
れた第一のＤＭＭＰ ＤＡＲセンサーとして一つのＢＲＤと共に作用可能である
。第二のＤＭＭＰ線の一つと一致し得るように９４８ｃｍ-1に中心があるバンド
パスフィルタを有する第三の検出器、及び第二のＢＲＤと共に、水蒸気による吸
収又は放出効果を補正し得るように１００７．７５ｃｍ-1に中心があるバンドパ
スフィルタを有する第四の検出器が第二のＤＭＭＰ ＤＡＲセンサーを形成する
ことができる。その双方のＤＡＲにおいて、フィルタは１２．６ｃｍ-1の帯域幅
及び６４％の最高透過率を有するものと想定する。
【００６８】 表１に示すように、０．０１ｇｒ*ｃｍ／リットルのＤＭＭＰが１ｋｍの距離
にてＦＯＶ中に存在するとき、第二のＤＭＭＰ ＤＡＲにより測定した基準化総
ＤＡＲ信号は、バックグランド信号よりも約４．１％多い。比較により、第一の
ＤＭＭＰ ＤＡＲ（図７の頂部の２つの４位置検出器）により基準化した総信号
はバックグランド信号よりも１５．５％多い。これら２つの信号間の比は、相応
するＤＭＭＰ線の最高吸収率の比と同程度である。勿論、大気中の分子及び目標
種による強力な吸収と関係した非線形性であるから、この比は、ＤＭＭＰの光学
的濃度が増すとき又は大気中を通る吸収経路が増大するときに変化する。しかし
、この比は、１０ｋｍの範囲に亙って２５％以内に保ち、これにより、特に短い
距離にてＤＭＭＰの指紋状の特定を可能にし且つＤＭＭＰのみが存在することを
確認する。
にてＦＯＶ中に存在するとき、第二のＤＭＭＰ ＤＡＲにより測定した基準化総
ＤＡＲ信号は、バックグランド信号よりも約４．１％多い。比較により、第一の
ＤＭＭＰ ＤＡＲ（図７の頂部の２つの４位置検出器）により基準化した総信号
はバックグランド信号よりも１５．５％多い。これら２つの信号間の比は、相応
するＤＭＭＰ線の最高吸収率の比と同程度である。勿論、大気中の分子及び目標
種による強力な吸収と関係した非線形性であるから、この比は、ＤＭＭＰの光学
的濃度が増すとき又は大気中を通る吸収経路が増大するときに変化する。しかし
、この比は、１０ｋｍの範囲に亙って２５％以内に保ち、これにより、特に短い
距離にてＤＭＭＰの指紋状の特定を可能にし且つＤＭＭＰのみが存在することを
確認する。
【００６９】 第二のＤＭＭＰ−ＤＡＲによる検出は、第一のＤＡＲの場合と同様に、ＤＩＭ
Ｐによって行われる。表１に示すように、０．１ｇｒ*ｃｍ／リットルのＤＩＭ
ＰをＦＯＶ中に挿入すると、第三及び第四の検出器により発生される基準化した
総信号はバックグランドＤＡＲ信号よりも約３０％減少する。比較すれば、０．
０１ｇｒ*ｃｍ／リットルのＤＭＭＰにより発生された第二のＤＡＲ出力は＋４
．１％である。このように、同一量のＤＩＭＰは，第一のＤＭＭＰ ＤＡＲセン
サーの信号を略オフセットとするのに十分である一方、第二のＤＭＭＰ ＤＡＲ
センサーにＤＭＭＰ信号と識別可能な信号を発生させる。この例は、ＤＭＭＰ及
びＤＩＭＰの２つの相違する光学的濃度ｄDMMP、ｄDIMPは４位置の２つのＤＡＲ
センサーにて２つの相違する応答を生じさせることを示す。実際の使用中及び較
正後、これらの応答は、その双方の種の光学的濃度を計算するために使用するこ
とができる２つの独立的な数学的等式に対する必要な項を提供することができる
。このように、専用のＤＡＲセンサーがない場合でも、ＤＩＭＰを検出し且つそ
の光学的濃度を二重ＤＭＭＰ−ＤＡＲセンサーにより測定することができる。こ
れらの測定値を独立的に確認することは、最大強さのＤＩＭＰの線にて９８５ｃ
ｍ-1のフィルタと、バックグランド補正のため９３４ｃｍ-1のフィルタとを有す
る検出器から成る第三のＤＩＭＰ−ＤＡＲセンサーにより実現可能である。専用
のフィルタ及びＢＲＤを有する追加的な４位置検出器を更なる特定のため又は追
加的な目標種を検出するために装置に追加することができる。これと代替的に、
極小型のフィルタエレメントから成る線形フィルタアレイを有する線形検出器ア
レイは、これら及び追加的な目標種を検出可能であると共に、追加的な大気種に
よるバックグランド効果を補正し得るような設計及び構造とすることができる。
商業的に入手可能な線形アレイは、２５６個の要素を備え、これにより、１２８
の異なる目標種の線を同時に検出し且つ各種に対する一つのバックグランド効果
を補正することを許容する。かかる大きいアレイにおける各対の検出器要素に対
しＢＲＤを使用することは、データの採取、記憶及び処理労力を著しく簡略化す
ることにつながる。
Ｐによって行われる。表１に示すように、０．１ｇｒ*ｃｍ／リットルのＤＩＭ
ＰをＦＯＶ中に挿入すると、第三及び第四の検出器により発生される基準化した
総信号はバックグランドＤＡＲ信号よりも約３０％減少する。比較すれば、０．
０１ｇｒ*ｃｍ／リットルのＤＭＭＰにより発生された第二のＤＡＲ出力は＋４
．１％である。このように、同一量のＤＩＭＰは，第一のＤＭＭＰ ＤＡＲセン
サーの信号を略オフセットとするのに十分である一方、第二のＤＭＭＰ ＤＡＲ
センサーにＤＭＭＰ信号と識別可能な信号を発生させる。この例は、ＤＭＭＰ及
びＤＩＭＰの２つの相違する光学的濃度ｄDMMP、ｄDIMPは４位置の２つのＤＡＲ
センサーにて２つの相違する応答を生じさせることを示す。実際の使用中及び較
正後、これらの応答は、その双方の種の光学的濃度を計算するために使用するこ
とができる２つの独立的な数学的等式に対する必要な項を提供することができる
。このように、専用のＤＡＲセンサーがない場合でも、ＤＩＭＰを検出し且つそ
の光学的濃度を二重ＤＭＭＰ−ＤＡＲセンサーにより測定することができる。こ
れらの測定値を独立的に確認することは、最大強さのＤＩＭＰの線にて９８５ｃ
ｍ-1のフィルタと、バックグランド補正のため９３４ｃｍ-1のフィルタとを有す
る検出器から成る第三のＤＩＭＰ−ＤＡＲセンサーにより実現可能である。専用
のフィルタ及びＢＲＤを有する追加的な４位置検出器を更なる特定のため又は追
加的な目標種を検出するために装置に追加することができる。これと代替的に、
極小型のフィルタエレメントから成る線形フィルタアレイを有する線形検出器ア
レイは、これら及び追加的な目標種を検出可能であると共に、追加的な大気種に
よるバックグランド効果を補正し得るような設計及び構造とすることができる。
商業的に入手可能な線形アレイは、２５６個の要素を備え、これにより、１２８
の異なる目標種の線を同時に検出し且つ各種に対する一つのバックグランド効果
を補正することを許容する。かかる大きいアレイにおける各対の検出器要素に対
しＢＲＤを使用することは、データの採取、記憶及び処理労力を著しく簡略化す
ることにつながる。
【００７０】 ＤＡＲと異なり、ＮＦＣＲセンサーは、サンプル検出器の周波数にてバックグ
ランド光線を集める。このため、サンプル検出器に影響を与える全てのバックグ
ランド種に対しバックグランドの吸収及び放出の補正が同時に行われる。更に、
この測定には、一つの周波数範囲しか含まれていないから、そのスペクトル線が
ノッチフィルタ又は帯域幅制限フィルタ（例えば、図１及び図２のフィルタ２５
又は６４）の帯域内で重なり合う場合にのみ、別の目標種を検出するときに一つ
の目標種による干渉が生じる可能性がある。このことは、０．０１ｇｒ*ｃｍ／
リットルのＤＭＭＰによって生じたＤＭＭＰ−ＮＦＣＲの総ＮＦＣＲ信号を計算
することで実証された。このＤＭＭＰ−ＮＦＣＲの設計は、１２．６ｃｍ-1の１
０８６ｃｍ-1の帯域幅及び透過率０．３のノッチフィルタと、１５ｃｍ-1の帯域
幅及び透過率０．６４の帯域幅制限フィルタとを備えるものとした。従来と同様
に、サンプル検出器及び基準検出器に接続されたＢＲＤにより２つの一体形（単
一の要素）検出器のデータ処理が行われることが最良である。表１に示すように
、ＦＯＶ内にＤＭＭＰが存在することは、信号をバックグランドよりも約１．８
％だけ減少させる。０．１ｇｒ*ｃｍ／リットルのＤＩＭＰをＦＯＶ内に導入し
たとき、基準化した総ＤＭＭＰ ＮＦＣＲ信号は、バックグランドよりも約２．
５％だけ増大する。ＤＭＭＰ−ＤＡＲセンサーの場合と同様に、ＤＩＭＰは、Ｄ
ＭＭＰの混合体として含まれたとき、ＤＭＭＰ−ＮＦＣＲ間のＤＭＭＰによって
発生された信号をオフセットすることができる。ＤＩＭＰ−ＮＦＣＲのような第
二のＮＦＣＲセンサーは、かかる不明確さを解消すべく必要とされる。その主要
線におけるＤＩＭＰがかかる専用のＤＩＭＰ−ＮＦＣＲセンサーにより検出され
たならば、０．１ｇｒ*ｃｍ／リットルのＤＩＭＰの同一ＤＩＭＰ光学濃度と関
係した信号は、バックグランドより８．７％少ない。尚、同一のセンサー内の０
．０１ｇｒ*ｃｍ／リットルのＤＭＭＰにより発生された信号はバックグランド
より僅か０．１６％多い。このシミュレーション用として、ＤＩＭＰ ＮＦＣＲ
センサーは、その最大強さの線と一致するように、９８３ｃｍ-1に中心があるノ
ッチフィルタを含むものとした。センサーのその他のパラメータは、ＤＭＭＰ−
ＮＦＣＲセンサーのパラメータと同一とした。このため、ＤＡＲの場合と同様に
、２つの別個のＮＦＣＲセンサーにより検出したとき、同一のＤＭＭＰ／ＤＩＭ
Ｐを感知すれば、大幅に相違する２つの応答が得られる。
ランド光線を集める。このため、サンプル検出器に影響を与える全てのバックグ
ランド種に対しバックグランドの吸収及び放出の補正が同時に行われる。更に、
この測定には、一つの周波数範囲しか含まれていないから、そのスペクトル線が
ノッチフィルタ又は帯域幅制限フィルタ（例えば、図１及び図２のフィルタ２５
又は６４）の帯域内で重なり合う場合にのみ、別の目標種を検出するときに一つ
の目標種による干渉が生じる可能性がある。このことは、０．０１ｇｒ*ｃｍ／
リットルのＤＭＭＰによって生じたＤＭＭＰ−ＮＦＣＲの総ＮＦＣＲ信号を計算
することで実証された。このＤＭＭＰ−ＮＦＣＲの設計は、１２．６ｃｍ-1の１
０８６ｃｍ-1の帯域幅及び透過率０．３のノッチフィルタと、１５ｃｍ-1の帯域
幅及び透過率０．６４の帯域幅制限フィルタとを備えるものとした。従来と同様
に、サンプル検出器及び基準検出器に接続されたＢＲＤにより２つの一体形（単
一の要素）検出器のデータ処理が行われることが最良である。表１に示すように
、ＦＯＶ内にＤＭＭＰが存在することは、信号をバックグランドよりも約１．８
％だけ減少させる。０．１ｇｒ*ｃｍ／リットルのＤＩＭＰをＦＯＶ内に導入し
たとき、基準化した総ＤＭＭＰ ＮＦＣＲ信号は、バックグランドよりも約２．
５％だけ増大する。ＤＭＭＰ−ＤＡＲセンサーの場合と同様に、ＤＩＭＰは、Ｄ
ＭＭＰの混合体として含まれたとき、ＤＭＭＰ−ＮＦＣＲ間のＤＭＭＰによって
発生された信号をオフセットすることができる。ＤＩＭＰ−ＮＦＣＲのような第
二のＮＦＣＲセンサーは、かかる不明確さを解消すべく必要とされる。その主要
線におけるＤＩＭＰがかかる専用のＤＩＭＰ−ＮＦＣＲセンサーにより検出され
たならば、０．１ｇｒ*ｃｍ／リットルのＤＩＭＰの同一ＤＩＭＰ光学濃度と関
係した信号は、バックグランドより８．７％少ない。尚、同一のセンサー内の０
．０１ｇｒ*ｃｍ／リットルのＤＭＭＰにより発生された信号はバックグランド
より僅か０．１６％多い。このシミュレーション用として、ＤＩＭＰ ＮＦＣＲ
センサーは、その最大強さの線と一致するように、９８３ｃｍ-1に中心があるノ
ッチフィルタを含むものとした。センサーのその他のパラメータは、ＤＭＭＰ−
ＮＦＣＲセンサーのパラメータと同一とした。このため、ＤＡＲの場合と同様に
、２つの別個のＮＦＣＲセンサーにより検出したとき、同一のＤＭＭＰ／ＤＩＭ
Ｐを感知すれば、大幅に相違する２つの応答が得られる。
【００７１】 センサーの各々により検出された種の各々に対し較正された応答パラメータを
使用することにより、ＦＯＶ内に同時に存在する場合でさえ、その双方の種の光
学的濃度を算術的に求めることが可能である。ＤＭＭＰの第二の線又は第二のＤ
ＩＭＰ線、或いはその双方を検出するため、ＮＦＣＲセンサーを導入することで
測定値を更に確認することができる。ＤＡＲと同様に、追加的な４位置検出器又
は線形アレイを使用することは、その測定を追加的な種に拡張することを可能に
する。
使用することにより、ＦＯＶ内に同時に存在する場合でさえ、その双方の種の光
学的濃度を算術的に求めることが可能である。ＤＭＭＰの第二の線又は第二のＤ
ＩＭＰ線、或いはその双方を検出するため、ＮＦＣＲセンサーを導入することで
測定値を更に確認することができる。ＤＡＲと同様に、追加的な４位置検出器又
は線形アレイを使用することは、その測定を追加的な種に拡張することを可能に
する。
【００７２】 明らかにであるように、ＮＦＣＲは、ＤＡＲと同等の特定化を可能にすること
がでる。しかし、予想された残留するバックグランド信号（図示せず）は、補正
した後でも、ＤＡＲの信号よりも多い。更に、ノッチフィルタは、現在、全ての
スペクトル領域内で使用できるとは限らない。ノッチ状の性能は、ミラーとして
（例えば、図３に図示するように）バンドパスフィルタを使用することにより実
現可能であるが、かかるアプローチ法は、装置の設計を多少複雑なものにする。
しかしながら、ＵＶにて水素の発火を検出するような用途において、ＮＦＣＲを
使用することが好ましい。この場合、主として、昼間又は夜間の光によるバック
グランド放射線レベルは、成層圏のオゾンにより太陽光線を吸収することにより
波長と共に迅速に変化する。このように、略同一の周波数にて基準及びサンプル
の検出を行うことは、バックグランドの補正を簡略化し且つ改良することになる
。
がでる。しかし、予想された残留するバックグランド信号（図示せず）は、補正
した後でも、ＤＡＲの信号よりも多い。更に、ノッチフィルタは、現在、全ての
スペクトル領域内で使用できるとは限らない。ノッチ状の性能は、ミラーとして
（例えば、図３に図示するように）バンドパスフィルタを使用することにより実
現可能であるが、かかるアプローチ法は、装置の設計を多少複雑なものにする。
しかしながら、ＵＶにて水素の発火を検出するような用途において、ＮＦＣＲを
使用することが好ましい。この場合、主として、昼間又は夜間の光によるバック
グランド放射線レベルは、成層圏のオゾンにより太陽光線を吸収することにより
波長と共に迅速に変化する。このように、略同一の周波数にて基準及びサンプル
の検出を行うことは、バックグランドの補正を簡略化し且つ改良することになる
。
【００７３】
【表１】 ＤＡＲ装置の性能を更に示すため、遠赤外線におけるその感度を評価した。２
つのセンサーは、通常、本発明のＤＡＲ又はＮＦＣＲ装置による目標化学薬剤の
検出感度を制限する、すなわち、ノイズ等価パワー（ＮＦＰ）又は検出率Ｄ*に
より決定された検出器のノイズ、及び非冷却フィルタの場合、バンドバスフィル
タ自体による熱放出は、同様に、それ自体のショットノイズを有する大きいＤＣ
成分として現れる。この後者に関しては、この熱放出は、フィルタが室温にある
とき、伝導された放射輝度を著しく上廻る可能性がある。検出器の出力比較装置
によってサンプル電流から基準光電流を減算することは、そのＤＣ成分を補正し
、この成分と関係したショットノイズを減算することはできない（事実上、これ
は、二乗平均値（ＲＭＳ）としての加算値である）。このノイズは、フィルタを
冷却し、これにより放出を少なくするか、又は著しく長い積分時間とすることで
放出を少なくすることができる。以下の分析は、検出器ノイズ及びフィルタの熱
放出の効果を別個に考えて、全体的なＳＮＲの推定値を提供するものである。
つのセンサーは、通常、本発明のＤＡＲ又はＮＦＣＲ装置による目標化学薬剤の
検出感度を制限する、すなわち、ノイズ等価パワー（ＮＦＰ）又は検出率Ｄ*に
より決定された検出器のノイズ、及び非冷却フィルタの場合、バンドバスフィル
タ自体による熱放出は、同様に、それ自体のショットノイズを有する大きいＤＣ
成分として現れる。この後者に関しては、この熱放出は、フィルタが室温にある
とき、伝導された放射輝度を著しく上廻る可能性がある。検出器の出力比較装置
によってサンプル電流から基準光電流を減算することは、そのＤＣ成分を補正し
、この成分と関係したショットノイズを減算することはできない（事実上、これ
は、二乗平均値（ＲＭＳ）としての加算値である）。このノイズは、フィルタを
冷却し、これにより放出を少なくするか、又は著しく長い積分時間とすることで
放出を少なくすることができる。以下の分析は、検出器ノイズ及びフィルタの熱
放出の効果を別個に考えて、全体的なＳＮＲの推定値を提供するものである。
【００７４】 その検出器のＮＥＰに基づいてフーリエ変換赤外線分光計（ＦＴＩＲ）センサ
ーの検出限界値を推定するため、フラニガンの特許に詳細に記載された方法、す
なわち、ＭＯＤＴＲＡＮの使用による能動的な赤外線により危険な蒸気の検出限
界値の予測（Ｐｒｅｄｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｌｉｍｉｔｓ ｏｆ Ｄ
ｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｈａｚａｒｄｏｕｓ Ｖａｐｏｒｓ ｂｙ Ｐａｓｓ
ｉｖｅ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｗｉｔｈ ｔｈｅ Ｕｓｅ ｏｆ ＭＯＤＴＲＡＮ
）Ａｐｐ．Ｏｐｔ．ｖｏｌ．３５、６０９０−９８（１９９６）を使用した。利
用可能な信号は、検出の立体角Ωにより及びレンズ面積Ａにより制限される。こ
れら２つのパラメータは、直角入射の場合、次式で表すことができる、単一のパ
ラメータ、すなわち、ｅｔａｎｄｕｅ（Ｅ）に組み合わせることができる。
ーの検出限界値を推定するため、フラニガンの特許に詳細に記載された方法、す
なわち、ＭＯＤＴＲＡＮの使用による能動的な赤外線により危険な蒸気の検出限
界値の予測（Ｐｒｅｄｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｌｉｍｉｔｓ ｏｆ Ｄ
ｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｈａｚａｒｄｏｕｓ Ｖａｐｏｒｓ ｂｙ Ｐａｓｓ
ｉｖｅ Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｗｉｔｈ ｔｈｅ Ｕｓｅ ｏｆ ＭＯＤＴＲＡＮ
）Ａｐｐ．Ｏｐｔ．ｖｏｌ．３５、６０９０−９８（１９９６）を使用した。利
用可能な信号は、検出の立体角Ωにより及びレンズ面積Ａにより制限される。こ
れら２つのパラメータは、直角入射の場合、次式で表すことができる、単一のパ
ラメータ、すなわち、ｅｔａｎｄｕｅ（Ｅ）に組み合わせることができる。
【００７５】
【式１】
【００７６】 等式２の二項は、幾何学的光学素子を使用して求められたｅｓｔａｎｄｕｅの
近似値であり、検出器の作用可能な領域のレンズｆ／＃及び直径ｄdを含む。提
案されたｆ／ｌレンズ及び提案されたｄd＝０．３ｃｍの場合、ｅｔａｎｄｕｅ
はＥ＝０．０５６ｓｒ−ｃｍ2となる。このｅｓｔａｎｄｕｅを使用すれば、赤
外線検出器のノイズ等価スペクトル放射量（ＮＥＳＰ）は、次式により特定する
ことができる。
近似値であり、検出器の作用可能な領域のレンズｆ／＃及び直径ｄdを含む。提
案されたｆ／ｌレンズ及び提案されたｄd＝０．３ｃｍの場合、ｅｔａｎｄｕｅ
はＥ＝０．０５６ｓｒ−ｃｍ2となる。このｅｓｔａｎｄｕｅを使用すれば、赤
外線検出器のノイズ等価スペクトル放射量（ＮＥＳＰ）は、次式により特定する
ことができる。
【００７７】
【式２】
【００７８】 ここで、ＡDは、検出器の面積、ｔ＝１０ｍｓは、提案された検出積分時間、
Ｄ*＝２．５ １０8ｃｍＨｚ1/2／Ｗ-1は、電気サーモパイルの検出率であり（
パイロ電気検出器に対するＤ*は同様である）、τs＝０．６４は典型的なバンド
パスフィルタの透過率、 はその帯域幅である。これらのパラメータによって、ＮＦＳＲ＝１．９８×１０ -8 Ｗ（ｃｍ2−ｓｒ−ｃｍ-1）となる。比較のため、２２．８５℃（２９６゜Ｋ
）にて黒体による１０８６ｃｍ-1におけるスペクトル放射量（ＬBB）は次式とな
る。
Ｄ*＝２．５ １０8ｃｍＨｚ1/2／Ｗ-1は、電気サーモパイルの検出率であり（
パイロ電気検出器に対するＤ*は同様である）、τs＝０．６４は典型的なバンド
パスフィルタの透過率、 はその帯域幅である。これらのパラメータによって、ＮＦＳＲ＝１．９８×１０ -8 Ｗ（ｃｍ2−ｓｒ−ｃｍ-1）となる。比較のため、２２．８５℃（２９６゜Ｋ
）にて黒体による１０８６ｃｍ-1におけるスペクトル放射量（ＬBB）は次式とな
る。
【００７９】
【式３】
【００８０】 このように、熱放出に依存する測定とすることにより、これらの特性を有するセ
ンサーは、次のような信号対ノイズ比（ＳＮＲ）を提供することができる。
ンサーは、次のような信号対ノイズ比（ＳＮＲ）を提供することができる。
【００８１】
【式４】
【００８２】 この高ＳＮＲは、一部分、 の広帯域幅の検出に帰すことができる。比較により、３ｋｍの距離にて１６．６
ｐｐｍ−ｍＤＭＭＰによる吸収に起因する信号の変化は、検出器自体のＳＮＲ限
界値よりも１５％以上多い（１ｋｍに対する結果は図６に図示されており、この
場合、大口径のレンズの緊密な合焦に起因するフィルタの特定の帯域幅を上廻る
有効な帯域幅を等式３乃至６におけるように使用した）。しかし、殆どのＩＲ感
知の主たる制限は、目標による放出を顕著に上廻るであろうフィルタ自体の熱放
出により課せられ、これにより増幅器を飽和させかつ目標種による僅かな吸収を
検出することを妨げることになる。
ｐｐｍ−ｍＤＭＭＰによる吸収に起因する信号の変化は、検出器自体のＳＮＲ限
界値よりも１５％以上多い（１ｋｍに対する結果は図６に図示されており、この
場合、大口径のレンズの緊密な合焦に起因するフィルタの特定の帯域幅を上廻る
有効な帯域幅を等式３乃至６におけるように使用した）。しかし、殆どのＩＲ感
知の主たる制限は、目標による放出を顕著に上廻るであろうフィルタ自体の熱放
出により課せられ、これにより増幅器を飽和させかつ目標種による僅かな吸収を
検出することを妨げることになる。
【００８３】 上述したバンドパスフィルタの熱放出と関係したＳＮＲは、フィルタにより透
過された放射量、次に、それ自体の熱放出によるショットノイズを別個に計算す
ることにより、推定することができる。ＩＲフィルタにより透過された放射パワ
ーは、その透過帯域に亙って検出立体角Ω（ＦＯＶにより画成される）及びテレ
スコープ又はその他の集光光学素子のレンズ面積を積分することにより求めるこ
とができる。ｆ＝１５ｍｍの短焦点を有する第一のｆ／ｌレンズ、ｄd＝３ｍｍ
の検出器、及び 検出帯域幅の場合、透過された放射量は、次の通りとなる。
過された放射量、次に、それ自体の熱放出によるショットノイズを別個に計算す
ることにより、推定することができる。ＩＲフィルタにより透過された放射パワ
ーは、その透過帯域に亙って検出立体角Ω（ＦＯＶにより画成される）及びテレ
スコープ又はその他の集光光学素子のレンズ面積を積分することにより求めるこ
とができる。ｆ＝１５ｍｍの短焦点を有する第一のｆ／ｌレンズ、ｄd＝３ｍｍ
の検出器、及び 検出帯域幅の場合、透過された放射量は、次の通りとなる。
【００８４】
【式５】
【００８５】 従来の場合と同様に（図３参照）、ＤＡＲ／ＢＲＤによる１５ｃｍ-1の広帯域
の検出は、狭小な帯域幅の検出の信号に比して大きい信号を提供する。 Ｔ＝３００゜Ｋの温度にてバンドパスフィルタ自体により放出された全放射線
は濾波されず（その透過の場合と異なり）、スペクトルの全体に亙って積分しな
ければならない。フィルタを検出器の上方に直接、接着するならば、その面積は
検出器自体の面積に等しく且つ完全に視認可能となる。穏当程度の放出率ε＝０
．５の場合、フィルタにより放出され且つ検出器に照射された放射パワーは次の
通りである。
の検出は、狭小な帯域幅の検出の信号に比して大きい信号を提供する。 Ｔ＝３００゜Ｋの温度にてバンドパスフィルタ自体により放出された全放射線
は濾波されず（その透過の場合と異なり）、スペクトルの全体に亙って積分しな
ければならない。フィルタを検出器の上方に直接、接着するならば、その面積は
検出器自体の面積に等しく且つ完全に視認可能となる。穏当程度の放出率ε＝０
．５の場合、フィルタにより放出され且つ検出器に照射された放射パワーは次の
通りである。
【００８６】
【式６】
【００８７】 ここで、σは、ステファン・ボルツマン定数である。明らかに、フィルタ放出
分は、信号自体よりも約５００倍、多い（式４）。しかし、ＢＲＤの場合、その
フィルタの放出分は、増幅前に、一つの部分内で１０6まで減算される。勿論、
選んだ検出器の動的範囲は、ＢＲＤの性能に適合するように少なくとも１０6で
なければならない。しかし、これは、サーモパイル及びパイロ電気検出器の双方
並びにＨｇＣｄＴｅ（ＭＣＴ）、近ＩＲ、可視光検出器及びＵＶ検出器により可
能となる。このように、フィルタ放出分と関係したショットノズルが目標種自体
による吸収に伴う減衰ＩTよりも小さいならば、僅かな吸収を検出することが可
能となる。
分は、信号自体よりも約５００倍、多い（式４）。しかし、ＢＲＤの場合、その
フィルタの放出分は、増幅前に、一つの部分内で１０6まで減算される。勿論、
選んだ検出器の動的範囲は、ＢＲＤの性能に適合するように少なくとも１０6で
なければならない。しかし、これは、サーモパイル及びパイロ電気検出器の双方
並びにＨｇＣｄＴｅ（ＭＣＴ）、近ＩＲ、可視光検出器及びＵＶ検出器により可
能となる。このように、フィルタ放出分と関係したショットノズルが目標種自体
による吸収に伴う減衰ＩTよりも小さいならば、僅かな吸収を検出することが可
能となる。
【００８８】 サーモパイル（又はパイロ電気検出器）により検出されたとき、ＩFと関係し
たショットノイズ及びＩTと比べたその大きさを決定するため、利用可能なサー
モパイルのパラメータを使用してその電流ｊF、ｊTの双方を計算した。例えば、
内部抵抗ＲS＝１８ｋΩ及び応答率ｒ＝１５Ｖ／Ｗの場合、ＩTに対して検出され
た電流ｊTは、次式のようになる。
たショットノイズ及びＩTと比べたその大きさを決定するため、利用可能なサー
モパイルのパラメータを使用してその電流ｊF、ｊTの双方を計算した。例えば、
内部抵抗ＲS＝１８ｋΩ及び応答率ｒ＝１５Ｖ／Ｗの場合、ＩTに対して検出され
た電流ｊTは、次式のようになる。
【００８９】 ｊτ＝（ＩT）（ｒ／Ｒs）＝２．９・１０-9Ａ （８） ＩPと関係した電流ｊτは、同様に、ＩTをＩFで置換することで求められる。
こけらの電流に関係したＳＮＲは次の通りである。
こけらの電流に関係したＳＮＲは次の通りである。
【００９０】
【式７】
【００９１】 式９の分子は、前置増幅器に利用可能な電子の数を表わす一方、分母はＩFと
関係したショットノイズを表わし、ｅ＝１．６．１０-19Ｃは、電子の電荷であ
り、ｔ＝１０ｍｓは提案された検出時間である。サンプルフィルタ及び基準フィ
ルタの双方が同一のショットノイズを発生させるならば、ＢＲＤによりその放射
量を減算した後の比率測定ＳＮＲは、（２）1/2だけ減少しなければならない。
しかも、これは、等式５のＳＮＲよりも多くなければならない。このように、こ
の装置のＳＮＲは、ＢＲＤにより大きいバックグランドの減算後、１％以下の変
化を検出するのに十分でなければならない一方、３ｋｍにて、ＤＭＭＰの１６．
６ｐｐｍ−ｍによる基準化した総信号の変化は１５％以上である。このように、
フィルタを冷却しない場合でさえ、１５ｐｐｍ−ｍ以上の優れた感度の検出が可
能でなければならない。増幅段階前に、フィルタの放出を減算することを可能に
するＢＲＤ回路が存在しなければ、この高ＳＮＲは不可能であることを認識すべ
きである。代替的な信号処理の場合、大きいバックグランドは増幅器を飽和させ
、これにより検出を妨げることになろう。勿論、単一段の熱電気冷却器を使用し
てフィルタを５０℃冷却することにより、フィルタ放出を〜２倍減少させること
が可能である。
関係したショットノイズを表わし、ｅ＝１．６．１０-19Ｃは、電子の電荷であ
り、ｔ＝１０ｍｓは提案された検出時間である。サンプルフィルタ及び基準フィ
ルタの双方が同一のショットノイズを発生させるならば、ＢＲＤによりその放射
量を減算した後の比率測定ＳＮＲは、（２）1/2だけ減少しなければならない。
しかも、これは、等式５のＳＮＲよりも多くなければならない。このように、こ
の装置のＳＮＲは、ＢＲＤにより大きいバックグランドの減算後、１％以下の変
化を検出するのに十分でなければならない一方、３ｋｍにて、ＤＭＭＰの１６．
６ｐｐｍ−ｍによる基準化した総信号の変化は１５％以上である。このように、
フィルタを冷却しない場合でさえ、１５ｐｐｍ−ｍ以上の優れた感度の検出が可
能でなければならない。増幅段階前に、フィルタの放出を減算することを可能に
するＢＲＤ回路が存在しなければ、この高ＳＮＲは不可能であることを認識すべ
きである。代替的な信号処理の場合、大きいバックグランドは増幅器を飽和させ
、これにより検出を妨げることになろう。勿論、単一段の熱電気冷却器を使用し
てフィルタを５０℃冷却することにより、フィルタ放出を〜２倍減少させること
が可能である。
【００９２】 （遠赤外線作用のための検出器の選択） 本発明のセンサーは、説明の目的のみで且つ非限定的に、汚染物質（例えば、
殺虫剤、Ｎ2Ｏ、ＮＯX、ＣＯ）、ＣＨ4及びその他の炭化水素Ｈ2Ｏ、ＣＯ2、Ｏ3 、ＣＨ4を含む遠赤外線中のガス状の化学物質を受動的に検出する形態とするこ
とができる。このセンサーは、また、全ての水素及び炭化水素の発火の中間生成
物であるＯＨ分子を検出するために使用することもできる。炎中のＯＨは、極紫
外線及び赤外線領域の双方にて明るく放出するから、その放出を検出すれば、さ
もなければ見えない火の発生を警告することができる。特別な例は、宇宙船の打
上げ及びレースカーの運転中に生じる火を含む。
殺虫剤、Ｎ2Ｏ、ＮＯX、ＣＯ）、ＣＨ4及びその他の炭化水素Ｈ2Ｏ、ＣＯ2、Ｏ3 、ＣＨ4を含む遠赤外線中のガス状の化学物質を受動的に検出する形態とするこ
とができる。このセンサーは、また、全ての水素及び炭化水素の発火の中間生成
物であるＯＨ分子を検出するために使用することもできる。炎中のＯＨは、極紫
外線及び赤外線領域の双方にて明るく放出するから、その放出を検出すれば、さ
もなければ見えない火の発生を警告することができる。特別な例は、宇宙船の打
上げ及びレースカーの運転中に生じる火を含む。
【００９３】 これら化学物質及びその他の可能な目標種の多くの検出を成功させるためには
、高応答率及び低ＮＥＰである赤外線検出器を必要とする。当該発明者が知る限
り、遠赤外線における最高感度で且つ最静粛な検出器は、７７゜Ｋの極低温まで
冷却する必要のあるＨｇＣｄＴｅ（ＭＣＴ）である。この検出器は、光電流又は
光電圧モードの何れかにて作動することができる。この検出器は、広範囲のＩＲ
波長にて最高感度を有しなければならない。例えば、１０．５μｍの最高感度の
とき、検出率は である。ＭＣＴを１９６．１５℃（７７゜Ｋ）に保つことは、手持ち型センサー
にとって便宜なことはなく、また、長時間の操作不要の作動のためには極低温冷
却用の必要エネルギ量が大であるから、不可能であろう。他方、冷却しなかった
ならば、８乃至１３．３μｍの範囲におけるその応答率及び検出率は敏感に検出
するのに不十分である。従って、代替的な非冷却のＩＲ検出器であることが好ま
しい。
、高応答率及び低ＮＥＰである赤外線検出器を必要とする。当該発明者が知る限
り、遠赤外線における最高感度で且つ最静粛な検出器は、７７゜Ｋの極低温まで
冷却する必要のあるＨｇＣｄＴｅ（ＭＣＴ）である。この検出器は、光電流又は
光電圧モードの何れかにて作動することができる。この検出器は、広範囲のＩＲ
波長にて最高感度を有しなければならない。例えば、１０．５μｍの最高感度の
とき、検出率は である。ＭＣＴを１９６．１５℃（７７゜Ｋ）に保つことは、手持ち型センサー
にとって便宜なことはなく、また、長時間の操作不要の作動のためには極低温冷
却用の必要エネルギ量が大であるから、不可能であろう。他方、冷却しなかった
ならば、８乃至１３．３μｍの範囲におけるその応答率及び検出率は敏感に検出
するのに不十分である。従って、代替的な非冷却のＩＲ検出器であることが好ま
しい。
【００９４】 現在、８乃至１３．３μｍの範囲内で利用可能である実際的な非冷却の検出器
の各々は、入射赤外光線に起因する温度の僅かな上昇を感知する基本的に熱検出
器である。これらの検出器の主要な短所は、典型的なＭＣＴに比して（約２．５
×１０10ｃｍＨｚ1/2Ｗ-1＜１μｓ）検出率がより小さく及び応答時間がより遅
い（それぞれ、約２．５×１０8ｃｍＨｚ1/2Ｗ-1及び１ｍｓ）ことである。しか
し、その性質上のノイズの作用は、長い積分時間（約１０ｍｓ）により減少させ
ることができるから、その上昇時間が遅いこと、及び検出率が低下することは大
きな不利益とはならない。更に、ＦＴＩＲ又はエタロン系センサーの帯域幅に比
して本発明と関係した比較的広い帯域幅の検出は、信号対ノイズ比を著しく改良
することになろう（例えば、Ａｐｐ．Ｏｐｔ、ｖｏｌ．３４、２６３６−３９（
１９９５）におけるフラニガン（Ｆｌａｎｉｇａｎ）の「単一のローセンツ帯域
に対する、スペクトル分解能の関数としてのベーパの検出感度（Ｖａｐｏｒ Ｄ
ｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ａｓ ａ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏ
ｆ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｆｏｒ ａ Ｓｉｎｇｌｅ Ｌ
ｏｒｅｎｔｚｉａｎ Ｂａｎｄ）」を参照）、これにより、非冷却のＩＲ検出器
の低検出率を補償するかかる検出器は、また、大きい信号に対し必要とされる大
きいＦＯＶを提供する大きい開口を有する必要がある（勿論、大きいＦＯＶは、
像の解能を低下させ、このため、低感度にて像が形成されよう）。少なくとも１
５ｐｐｍ−ｍの光学的濃度にて化学薬剤を測定するため約３ｍｍの開口が必要と
されよう。このように、マイクロボロメータは、Ｄ*≒２．５×１０9ｃｍＨｚ1/ 2 Ｗ-1の優れた検出率を有するが、３０乃至４０μｍの寸法は、高感度検出には
許容できない一方、より大型のボロメータでは感度が著しく低下し、このため、
その何れも許容できない。
の各々は、入射赤外光線に起因する温度の僅かな上昇を感知する基本的に熱検出
器である。これらの検出器の主要な短所は、典型的なＭＣＴに比して（約２．５
×１０10ｃｍＨｚ1/2Ｗ-1＜１μｓ）検出率がより小さく及び応答時間がより遅
い（それぞれ、約２．５×１０8ｃｍＨｚ1/2Ｗ-1及び１ｍｓ）ことである。しか
し、その性質上のノイズの作用は、長い積分時間（約１０ｍｓ）により減少させ
ることができるから、その上昇時間が遅いこと、及び検出率が低下することは大
きな不利益とはならない。更に、ＦＴＩＲ又はエタロン系センサーの帯域幅に比
して本発明と関係した比較的広い帯域幅の検出は、信号対ノイズ比を著しく改良
することになろう（例えば、Ａｐｐ．Ｏｐｔ、ｖｏｌ．３４、２６３６−３９（
１９９５）におけるフラニガン（Ｆｌａｎｉｇａｎ）の「単一のローセンツ帯域
に対する、スペクトル分解能の関数としてのベーパの検出感度（Ｖａｐｏｒ Ｄ
ｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ａｓ ａ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏ
ｆ Ｓｐｅｃｔｒａｌ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｆｏｒ ａ Ｓｉｎｇｌｅ Ｌ
ｏｒｅｎｔｚｉａｎ Ｂａｎｄ）」を参照）、これにより、非冷却のＩＲ検出器
の低検出率を補償するかかる検出器は、また、大きい信号に対し必要とされる大
きいＦＯＶを提供する大きい開口を有する必要がある（勿論、大きいＦＯＶは、
像の解能を低下させ、このため、低感度にて像が形成されよう）。少なくとも１
５ｐｐｍ−ｍの光学的濃度にて化学薬剤を測定するため約３ｍｍの開口が必要と
されよう。このように、マイクロボロメータは、Ｄ*≒２．５×１０9ｃｍＨｚ1/ 2 Ｗ-1の優れた検出率を有するが、３０乃至４０μｍの寸法は、高感度検出には
許容できない一方、より大型のボロメータでは感度が著しく低下し、このため、
その何れも許容できない。
【００９５】 サーモパイル及びパイロ電気検出器は、手持ち型、無人すなわち遠隔運転車（
ＲＰＶ）系センサーのような、本発明の幾つかの実施の形態に関して使用するの
に最も好ましい検出器である。その双方の型式の検出器は、非冷却状態で作動し
、例外的に広帯域の応答（０．６乃至３５μ）を有し、上昇時間が長く（１乃至
２００ｍｓ）及び開口がより大きい（５ｍｍ以上）状態で作動可能である。更に
、その価格が低廉であること（サーモパイルの場合、約４０ドル、及び４位置パ
イロ電気検出器の場合、約５００ドル）は、今日でさえ、これら検出器の幾つか
の対をそれ自体のＢＲＤと共に組み合わせて、多数の種の検出又は同一種の多数
線の検出を行い、更なる特定化又は多数のバックグランド種の補正を可能にする
。
ＲＰＶ）系センサーのような、本発明の幾つかの実施の形態に関して使用するの
に最も好ましい検出器である。その双方の型式の検出器は、非冷却状態で作動し
、例外的に広帯域の応答（０．６乃至３５μ）を有し、上昇時間が長く（１乃至
２００ｍｓ）及び開口がより大きい（５ｍｍ以上）状態で作動可能である。更に
、その価格が低廉であること（サーモパイルの場合、約４０ドル、及び４位置パ
イロ電気検出器の場合、約５００ドル）は、今日でさえ、これら検出器の幾つか
の対をそれ自体のＢＲＤと共に組み合わせて、多数の種の検出又は同一種の多数
線の検出を行い、更なる特定化又は多数のバックグランド種の補正を可能にする
。
【００９６】 サーモパイルは、全体として、低温接続部として作用するヒートシンク体に比
して検出表面の温度を直接、測定し得るように直列に接続された熱電対接続部の
アレイ（例えば、７２）から成っている。この応答は温度に依存する。このため
、ヒートシンク体の温度変化は誤差を生じる可能性がある。しかし、センサーに
対し対にて使用される２つの熱電対のヒートシンク体の双方が同一の温度に保た
れるならば（例えば、これらのヒートシンク体を優れた熱導体と物理的に接続す
ることにより）、その共通の温度変化は、この測定に使用されるＢＲＤ又はその
他の減算技術によって減算され、測定に影響を与えることはない。市販のサーモ
パイル（例えば、デクスタ・リサーチ・センター・インコーポレーテッド（Ｄｅ
ｘｔｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｉｎｃ．）からの３Ｍ（登録商標
名）モデル）は、 の検出率、１５Ｖ／Ｗの応答率及び１８ＫΩの内部抵抗を有する。これらのパラ
メータにより、約１３ｃｍ-1のフィルタ帯域幅及び約６５％の透過率を使用して
３ｋｍの距離から１５ｐｐｍ−ｍレベルの目標種の検出が可能となる。
して検出表面の温度を直接、測定し得るように直列に接続された熱電対接続部の
アレイ（例えば、７２）から成っている。この応答は温度に依存する。このため
、ヒートシンク体の温度変化は誤差を生じる可能性がある。しかし、センサーに
対し対にて使用される２つの熱電対のヒートシンク体の双方が同一の温度に保た
れるならば（例えば、これらのヒートシンク体を優れた熱導体と物理的に接続す
ることにより）、その共通の温度変化は、この測定に使用されるＢＲＤ又はその
他の減算技術によって減算され、測定に影響を与えることはない。市販のサーモ
パイル（例えば、デクスタ・リサーチ・センター・インコーポレーテッド（Ｄｅ
ｘｔｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｉｎｃ．）からの３Ｍ（登録商標
名）モデル）は、 の検出率、１５Ｖ／Ｗの応答率及び１８ＫΩの内部抵抗を有する。これらのパラ
メータにより、約１３ｃｍ-1のフィルタ帯域幅及び約６５％の透過率を使用して
３ｋｍの距離から１５ｐｐｍ−ｍレベルの目標種の検出が可能となる。
【００９７】 上述したように、幾つかの検出器と、複数の回路を有するＢＲＤアセンブリと
を一体化することが可能であり、サンプル検出器アセンブリ内の一つ以上のサン
プル検出器が異なる目標又は目標群を感知し得る形態とされ、基準検出器内の一
つ以上の基準検出器は、同一のバックグランド種の異なるスペクトル線又は他の
バックグランド種の線と関係したバックグランド放射線を感知する形態とされる
。各サンプルセンサーの出力は、一つのＢＲＤのサンプル伸長部に供給される一
方、基準検出器の出力は、ＢＲＤの適合した基準伸長部に供給される。バンドパ
スフィルタ又はノッチフィルタは、窓部としてそのそれぞれのサーモパイルと一
体化し、これにより、検出器をコンパクトで且つ堅牢にすることができる。
を一体化することが可能であり、サンプル検出器アセンブリ内の一つ以上のサン
プル検出器が異なる目標又は目標群を感知し得る形態とされ、基準検出器内の一
つ以上の基準検出器は、同一のバックグランド種の異なるスペクトル線又は他の
バックグランド種の線と関係したバックグランド放射線を感知する形態とされる
。各サンプルセンサーの出力は、一つのＢＲＤのサンプル伸長部に供給される一
方、基準検出器の出力は、ＢＲＤの適合した基準伸長部に供給される。バンドパ
スフィルタ又はノッチフィルタは、窓部としてそのそれぞれのサーモパイルと一
体化し、これにより、検出器をコンパクトで且つ堅牢にすることができる。
【００９８】 パイロ電気検出器は、赤外線感知のため非冷却の検出器としてのサーモパイル
の代替物とすることができる。その検出率はサーモパイルの検出率と同様である
が、パイロ電気検出器は、９００Ｖ／Ｗの電圧応答率と、１０11Ωの内部抵抗と
を有し、これらは、サーモパイルの値よりも実質的に大きいものである。従って
、パイロ電気検出器は、より低いジョンソンノイズ及びより高い前増幅した出力
を提供し、これにより、より優れた信号対ノイズ比（ＳＮＲ）が得られる。パイ
ロ電気検出器は、非対称に配置された結合イオンを含む鉄電気結晶（例えば、Ｌ
ｉＴａＯ3）から成っている。温度が変化するとき、これらのイオンは、僅かに
変化し、これにより格子内に極電流を発生させる。その結果、パイロ電気検出器
は、温度の時間導関数（ｄＴ／ｄｔ）のみ感知可能である。
の代替物とすることができる。その検出率はサーモパイルの検出率と同様である
が、パイロ電気検出器は、９００Ｖ／Ｗの電圧応答率と、１０11Ωの内部抵抗と
を有し、これらは、サーモパイルの値よりも実質的に大きいものである。従って
、パイロ電気検出器は、より低いジョンソンノイズ及びより高い前増幅した出力
を提供し、これにより、より優れた信号対ノイズ比（ＳＮＲ）が得られる。パイ
ロ電気検出器は、非対称に配置された結合イオンを含む鉄電気結晶（例えば、Ｌ
ｉＴａＯ3）から成っている。温度が変化するとき、これらのイオンは、僅かに
変化し、これにより格子内に極電流を発生させる。その結果、パイロ電気検出器
は、温度の時間導関数（ｄＴ／ｄｔ）のみ感知可能である。
【００９９】 温度が安定化し且つ静止した目標にて開始したとき、パイロ電気検出器の信号
は数秒以内で弱くなる。この性質は、近傍の非冷却の光学的構成要素の強力な熱
放出を検出するとき、又は検出器自体の温度が正確に制御できないとき、有益で
ある。大気中の汚染物質のような静止し又はゆっくりと変化する目標を感知する
ためには、センサーを動かし又は入射放射線を調整することにより必要な遷移状
態を人為的に生じさせなければならない。０．１乃至１０Ｈｚの範囲内で調整す
ることにより、５ｍｍのＬｉＴａＯ3検出器は、Ｄ*＝４×１０8ｃｍＨｚ1/2Ｗ-1 の検出率にて略均一な反応が得られる。更に、減算−基準化過程のため、この目
的にＢＲＤ又は別の装置を使用するかどうかを問わず、サンプル検出器及び基準
検出器の双方に等しく影響を与えることを条件として、不均一な調整に起因する
Ｄ*の穏当な変動はリアルタイムにて消去される。パイル電気検出器は、単一体
の５ｍｍの検出器又は２０ｍｍの４位置検出器の何れかの商業的パッケージ体と
することができる（例えば、図７参照）。バックグランドの感知及び補正のため
一つ以上の４位置部分を使用することができ、また、一つ以上の異なる型式の目
標種を感知するため残りの４位置部分を使用することができる。
は数秒以内で弱くなる。この性質は、近傍の非冷却の光学的構成要素の強力な熱
放出を検出するとき、又は検出器自体の温度が正確に制御できないとき、有益で
ある。大気中の汚染物質のような静止し又はゆっくりと変化する目標を感知する
ためには、センサーを動かし又は入射放射線を調整することにより必要な遷移状
態を人為的に生じさせなければならない。０．１乃至１０Ｈｚの範囲内で調整す
ることにより、５ｍｍのＬｉＴａＯ3検出器は、Ｄ*＝４×１０8ｃｍＨｚ1/2Ｗ-1 の検出率にて略均一な反応が得られる。更に、減算−基準化過程のため、この目
的にＢＲＤ又は別の装置を使用するかどうかを問わず、サンプル検出器及び基準
検出器の双方に等しく影響を与えることを条件として、不均一な調整に起因する
Ｄ*の穏当な変動はリアルタイムにて消去される。パイル電気検出器は、単一体
の５ｍｍの検出器又は２０ｍｍの４位置検出器の何れかの商業的パッケージ体と
することができる（例えば、図７参照）。バックグランドの感知及び補正のため
一つ以上の４位置部分を使用することができ、また、一つ以上の異なる型式の目
標種を感知するため残りの４位置部分を使用することができる。
【０１００】 （目標種の像形成） 本発明のＤＡＲ及びＮＦＣＲセンサーは、像形成のため（例えば、ＦＰＡによ
り）、及び単一点検出のために使用することができる。これらのセンサーは、例
えば、一つ以上の目標種の広い面積を走査すべく閃光灯又は一つの「眼」がセン
サーから成り、もう一方の「眼」が通常のテレスコープから成る双眼鏡としてユ
ーザが目標領域に向けることのできる、簡単な手持ち型装置を含む多数の形態に
て使用することが可能である。本発明のＤＡＲ又はＮＦＣＲセンサーが手持ち型
装置として具体化される場合、これらは単一の検出器（すなわち、単一画素）の
みを利用するものであることが望ましい。しかし、双眼鏡状の装置又はカメラ状
の装置により化学蒸気雲の端縁の境を設定するといったその他の適用例は、ＦＰ
Ａ又はその他の像形成装置の像形成能力による利益を受けることができる。例え
ば、バンドパスフィルタを通じてＦＰＡにより検出するならば、像の形成は可能
である。検出のために選んだ化学薬剤の周波数に中心があるようにした複数のバ
ンドパス（又はノッチ）フィルタストリップを反復的な順序に配列して成る縞状
フィルタにより単一帯域のサンプルフィルタを置換することによりＮＦＣＲ及び
ＤＡＲ装置の双方の特定化を向上させることができる。「縞状フィルタ」という
語は、説明のためにのみ使用するものであることを理解すべきである。「縞状フ
ィルタ」は、縞又はストリップの形態としてより経済的に製造可能であるが、格
子、同心円、ハニカム又はその他の適当な形態にて形成することもできる。「縞
状フィルタ」という語は、かかる形態の任意のものを含むことを意図するもので
ある。
り）、及び単一点検出のために使用することができる。これらのセンサーは、例
えば、一つ以上の目標種の広い面積を走査すべく閃光灯又は一つの「眼」がセン
サーから成り、もう一方の「眼」が通常のテレスコープから成る双眼鏡としてユ
ーザが目標領域に向けることのできる、簡単な手持ち型装置を含む多数の形態に
て使用することが可能である。本発明のＤＡＲ又はＮＦＣＲセンサーが手持ち型
装置として具体化される場合、これらは単一の検出器（すなわち、単一画素）の
みを利用するものであることが望ましい。しかし、双眼鏡状の装置又はカメラ状
の装置により化学蒸気雲の端縁の境を設定するといったその他の適用例は、ＦＰ
Ａ又はその他の像形成装置の像形成能力による利益を受けることができる。例え
ば、バンドパスフィルタを通じてＦＰＡにより検出するならば、像の形成は可能
である。検出のために選んだ化学薬剤の周波数に中心があるようにした複数のバ
ンドパス（又はノッチ）フィルタストリップを反復的な順序に配列して成る縞状
フィルタにより単一帯域のサンプルフィルタを置換することによりＮＦＣＲ及び
ＤＡＲ装置の双方の特定化を向上させることができる。「縞状フィルタ」という
語は、説明のためにのみ使用するものであることを理解すべきである。「縞状フ
ィルタ」は、縞又はストリップの形態としてより経済的に製造可能であるが、格
子、同心円、ハニカム又はその他の適当な形態にて形成することもできる。「縞
状フィルタ」という語は、かかる形態の任意のものを含むことを意図するもので
ある。
【０１０１】 図８Ａには、周波数ν１、ν２、ν３に中心がある一連の３つのバンドバス透
過部分（すなわちノッチ）を有する縞状サンプルフィルタ６６の一つの可能な形
態が図示されている。この配列順序はフィルタの全体に亙って反復するようにす
る。このフィルタの後方の検出器６８は、フィルタストリップの各々を透過する
光線が幾つかの画素列を照射するのに十分な多数の画素から成るＥＰＡである。
同様に、ＤＡＲの基準フィルタ（又は、ＮＦＣＲ用の帯域幅制限フィルタ）は、
最適なバックグランド減算のため、サンプルフィルタ６６のストリップに適合す
るバンドパスストリップを反復的な順序にて配列したものから成る。このように
、例えば、ＤＡＲとして作用するためには、ν１、ν２、ν３における基準フィ
ルタ７０のストリップは、その種及びサンプルフィルタ６６のストライプを通し
て検出すべく選んだそのスペクトル線に対する最適なバックグランドの減算を可
能にするバンドパス透過の周波数である一方、ＮＦＣＲの場合、これらのストリ
ップは、検出器６８付近のｖ１、ｖ２、ｖ３における帯域幅制限フィルタである
。
過部分（すなわちノッチ）を有する縞状サンプルフィルタ６６の一つの可能な形
態が図示されている。この配列順序はフィルタの全体に亙って反復するようにす
る。このフィルタの後方の検出器６８は、フィルタストリップの各々を透過する
光線が幾つかの画素列を照射するのに十分な多数の画素から成るＥＰＡである。
同様に、ＤＡＲの基準フィルタ（又は、ＮＦＣＲ用の帯域幅制限フィルタ）は、
最適なバックグランド減算のため、サンプルフィルタ６６のストリップに適合す
るバンドパスストリップを反復的な順序にて配列したものから成る。このように
、例えば、ＤＡＲとして作用するためには、ν１、ν２、ν３における基準フィ
ルタ７０のストリップは、その種及びサンプルフィルタ６６のストライプを通し
て検出すべく選んだそのスペクトル線に対する最適なバックグランドの減算を可
能にするバンドパス透過の周波数である一方、ＮＦＣＲの場合、これらのストリ
ップは、検出器６８付近のｖ１、ｖ２、ｖ３における帯域幅制限フィルタである
。
【０１０２】 図８Ｂには、その縞状フィルタの形態を通じて像を形成したときの殺虫剤雲の
ような目標化学薬剤の雲の可能な像が図示されている。煙の典型的な寸法は像の
分解能を著しく上廻るから、ν２又はν３にて吸収作用を含まない雲の部分は見
えないままであるが、その境界は十分に画成される。効果として、図８Ａ及び図
８Ｂに図示した装置は、より高度に特定化し得るよう装置の空間的分解能の一部
分である多重化した３チャネルセンサーである。しかし、雲の横方向への空間的
分布及びその深さを更に精密なものにするため、ＤＩＡＬ又はＦＴＩＲのような
協働する装置が像を更に精査することができる。更に、移動する車からの適用例
において、提案されたフィルタのストライプが車の経路に対し直角に方向決めさ
れるならば、センサーを「柄の長い押し箒」のモードにて使用することにより連
続的なカバーが実現可能となる。
ような目標化学薬剤の雲の可能な像が図示されている。煙の典型的な寸法は像の
分解能を著しく上廻るから、ν２又はν３にて吸収作用を含まない雲の部分は見
えないままであるが、その境界は十分に画成される。効果として、図８Ａ及び図
８Ｂに図示した装置は、より高度に特定化し得るよう装置の空間的分解能の一部
分である多重化した３チャネルセンサーである。しかし、雲の横方向への空間的
分布及びその深さを更に精密なものにするため、ＤＩＡＬ又はＦＴＩＲのような
協働する装置が像を更に精査することができる。更に、移動する車からの適用例
において、提案されたフィルタのストライプが車の経路に対し直角に方向決めさ
れるならば、センサーを「柄の長い押し箒」のモードにて使用することにより連
続的なカバーが実現可能となる。
【０１０３】 各配列に更なるストリップを追加することにより、更なる特定化が実現可能と
なる。同一の化学薬剤の２乃至３つのスペクトル線又は他の化学薬剤の線に適合
する「一組み」のフィルタストリップ（バンドパス又はノッチ）を使用してこれ
ら化学薬剤の任意のものを確実に検出することができる。選んだ化学薬剤の隣接
する作用部分が１５ｃｍ-1以上、空間的に分離していることは、かかるバンドパ
スフィルタによりその化学薬剤を分解するのに十分である。化学薬剤を少なくと
も一つのストリップを通じて検出すれば検出できる。確実な同定は、他の化学薬
剤専用のストリップを通さずにその化学薬剤専用の２つ以上のストリップを通し
て検出することで実現される。更に、色々なフィルタのストリップを通して得ら
れた基準化した総信号の大きさを使用して、それらの化学薬剤を確実に同定する
ことができる。
なる。同一の化学薬剤の２乃至３つのスペクトル線又は他の化学薬剤の線に適合
する「一組み」のフィルタストリップ（バンドパス又はノッチ）を使用してこれ
ら化学薬剤の任意のものを確実に検出することができる。選んだ化学薬剤の隣接
する作用部分が１５ｃｍ-1以上、空間的に分離していることは、かかるバンドパ
スフィルタによりその化学薬剤を分解するのに十分である。化学薬剤を少なくと
も一つのストリップを通じて検出すれば検出できる。確実な同定は、他の化学薬
剤専用のストリップを通さずにその化学薬剤専用の２つ以上のストリップを通し
て検出することで実現される。更に、色々なフィルタのストリップを通して得ら
れた基準化した総信号の大きさを使用して、それらの化学薬剤を確実に同定する
ことができる。
【０１０４】 この形態の一つの重要な点は、サンプルフィルタ及び基準フィルタのストリッ
プを通して得られた像同士を正確に且つ再現可能に空間的に重ね合わせることで
ある。さもなければ、バックグランドを完全に減算できず又は「間違った」バッ
クグランドを減算することで更に悪くなることさえもあり得る。本発明に関して
説明したようなスイッチ装置を使用すれば、フィルタそれ自体に及びＦＰＡと最
初に整合させた後、スイッチングサイクル中、その整合状態が保たれることが保
証される。従来の装置と相違して、本発明のアプローチ法は、検出を２つの経路
に分けることで空間的分解能又は検出可能な種の数を２倍にすることができる。
プを通して得られた像同士を正確に且つ再現可能に空間的に重ね合わせることで
ある。さもなければ、バックグランドを完全に減算できず又は「間違った」バッ
クグランドを減算することで更に悪くなることさえもあり得る。本発明に関して
説明したようなスイッチ装置を使用すれば、フィルタそれ自体に及びＦＰＡと最
初に整合させた後、スイッチングサイクル中、その整合状態が保たれることが保
証される。従来の装置と相違して、本発明のアプローチ法は、検出を２つの経路
に分けることで空間的分解能又は検出可能な種の数を２倍にすることができる。
【０１０５】 （スイッチング装置） 上述したように、図２に図示するような本発明の実施の形態を採用するとき、
ビーム２２の第一の部分３６及び第二の部分４０が検出器６０に達するのを選択
的に許容するためスイッチング装置５４、５６を要求するであろう。最近まで、
２つのフィルタ間の切り換えは、例えば、検出器の前方にてフィルタ自体を動か
すことで機械的に行っていた。しかし、像形成のためには、フィルタのかかる並
進に関係した僅かな整合ずれがあっても、サンプルと基準像との間の整列の喪失
のため、大きい誤差を生じる可能性がある。ＮＡＳＡが開発した新しい技術は、
その開示内容を参考として引用し本明細書に含めた、上記に開示したサッチエ（
Ｓａｃｈｓｅ）らへの米国特許第５，１２８，７９７号に記載されている。この
米国特許第５，１２８，７９７号のスイッチングの設計は、各々がフィルタを保
持する２つの経路を光学的に切り換えるため、方向設定モジュレータ及び２つの
方向設定ビームスプリッタを使用することにより全ての可動部分を不要にするも
のである。３乃至５μｍの範囲内で作動可能である非機械的なスイッチング装置
を使用するセンサーを製造することができるが、８乃至１３．３μｍの範囲内で
利用可能である方向設定ビームスプリッタの性能は、現在、８乃至１３．３μｍ
の範囲内で使用すべくかかる検出器を開発するのに満足し得るものではない。ま
た、この装置は、望ましくない程に複雑で且つ高価である。
ビーム２２の第一の部分３６及び第二の部分４０が検出器６０に達するのを選択
的に許容するためスイッチング装置５４、５６を要求するであろう。最近まで、
２つのフィルタ間の切り換えは、例えば、検出器の前方にてフィルタ自体を動か
すことで機械的に行っていた。しかし、像形成のためには、フィルタのかかる並
進に関係した僅かな整合ずれがあっても、サンプルと基準像との間の整列の喪失
のため、大きい誤差を生じる可能性がある。ＮＡＳＡが開発した新しい技術は、
その開示内容を参考として引用し本明細書に含めた、上記に開示したサッチエ（
Ｓａｃｈｓｅ）らへの米国特許第５，１２８，７９７号に記載されている。この
米国特許第５，１２８，７９７号のスイッチングの設計は、各々がフィルタを保
持する２つの経路を光学的に切り換えるため、方向設定モジュレータ及び２つの
方向設定ビームスプリッタを使用することにより全ての可動部分を不要にするも
のである。３乃至５μｍの範囲内で作動可能である非機械的なスイッチング装置
を使用するセンサーを製造することができるが、８乃至１３．３μｍの範囲内で
利用可能である方向設定ビームスプリッタの性能は、現在、８乃至１３．３μｍ
の範囲内で使用すべくかかる検出器を開発するのに満足し得るものではない。ま
た、この装置は、望ましくない程に複雑で且つ高価である。
【０１０６】 従って、本発明は、８乃至１３．３μｍの範囲、又は方向設定モジュールのス
イッチング作用が不可能であるその他のスペクトル範囲内で作動し得るようにこ
のスイッチング装置は、簡単で経済的な機械的シャッター装置を備えている。か
かる装置は、視認状態をこれらの経路間で選択的に切り換え、これにより第一の
フィルタ及び第二のフィルタ４４、４６を通じて独立的に像を形成することを許
容すべく、第一の光路及び第二の光路３８、４０又は音叉シャッターの各々に一
つずつ設けられた、非同期型の電子的制御式の２つの機械的シャッター５４、５
６を備えることができる。現在、利用可能な機械的シャッターのスイッチング速
度は、米国特許第５，１２８，７９７号の設計により実現される４０ｋＨｚのス
イッチング速度よりも十分に遅いが、この速度は、利用可能なＦＰＡｓの像形成
速度（約５０Ｈｚ）以上となり、これにより完全な装置性能を発揮することを可
能にすることができる。これと代替的に、スイッチング装置は、同様に簡単な装
置であり、シャッターよりも速いスイッチング速度を有し、また、持運び型セン
サー内に容易に組み込むことのできるスロット付きチョッパーホイールを備える
ことができる。方向設定アプローチ法の場合と同様に、非同期的機械的シャッタ
ー５４、５６を使用することは、像の正確な減算に必要とされる光路の整合に影
響を与えることはない。
イッチング作用が不可能であるその他のスペクトル範囲内で作動し得るようにこ
のスイッチング装置は、簡単で経済的な機械的シャッター装置を備えている。か
かる装置は、視認状態をこれらの経路間で選択的に切り換え、これにより第一の
フィルタ及び第二のフィルタ４４、４６を通じて独立的に像を形成することを許
容すべく、第一の光路及び第二の光路３８、４０又は音叉シャッターの各々に一
つずつ設けられた、非同期型の電子的制御式の２つの機械的シャッター５４、５
６を備えることができる。現在、利用可能な機械的シャッターのスイッチング速
度は、米国特許第５，１２８，７９７号の設計により実現される４０ｋＨｚのス
イッチング速度よりも十分に遅いが、この速度は、利用可能なＦＰＡｓの像形成
速度（約５０Ｈｚ）以上となり、これにより完全な装置性能を発揮することを可
能にすることができる。これと代替的に、スイッチング装置は、同様に簡単な装
置であり、シャッターよりも速いスイッチング速度を有し、また、持運び型セン
サー内に容易に組み込むことのできるスロット付きチョッパーホイールを備える
ことができる。方向設定アプローチ法の場合と同様に、非同期的機械的シャッタ
ー５４、５６を使用することは、像の正確な減算に必要とされる光路の整合に影
響を与えることはない。
【０１０７】 （集光光学素子の選択） 上述したように、本発明のセンサーと関連して使用される集光光学素子２２又
は３２は、例えば、レンズ、ホログラフィックレンズ、ミラー、光ファイバ、光
フィルタ、スリット、開口等を含む、一つ以上の光学要素を備えることができる
。好ましくは、本発明のセンサーは、悪環境下にて作動可能な持運び可能な装置
の構造であるようにする。従って、非像形成センサーは、堅牢な構造のコンパク
トな装置として製造することができる。コンパクトな構造に寄与するため、セン
サーの構成要素は一体化することができる。堅牢な構造に寄与するため、集光光
学素子は、非易損性レンズを備えることができる。集光光学素子は、非像形成の
適用例にて優れた集光能力を示すが、レンズが高像分解能を提供することは、必
須のことではない。これは、一部分、大きいΩにより実現される大きいｅｔａｎ
ｄｕｅ（式２）を提供する。大きいｄd又は小さいｆ／＃により大きいＦＯＶす
なわちΩが実現可能である。ｆ＝１．５ｃｍのｆ／１のホログラフィックレンズ
は、ｅｔａｎｄｕｌｅを向上させると同時に、赤外線感知のため穏当な寸法及び
非易損性の構造を有している。これは、８乃至１３．３μｍ及び３乃至５μｍの
範囲の双方にて透過するそのパターンをＡＭＴＩＲ−１上にエンボス加工するこ
とにより形成することができる。この材料は、非結晶で且つ非易損性であり、３
０．４８ｃｍ（１２インチ）×４５．７２ｃｍ（１８インチ）のシートにて利用
でき、これにより、任意な妥当な開口寸法の設計を許容する。ポログラムは、検
出器の各々に一つずつの多数の焦点を提供し、これにより、別個の検出器上に同
一の目標領域の像を形成することを許容する設計とすることができる。これと代
替的に、単焦点レンズは、目標の僅かにずらした領域の像を各検出器に提供する
。その他のスペクトル範囲用として、同様の性質を有するその他のホログラフィ
ックレンズを製造することができる。
は３２は、例えば、レンズ、ホログラフィックレンズ、ミラー、光ファイバ、光
フィルタ、スリット、開口等を含む、一つ以上の光学要素を備えることができる
。好ましくは、本発明のセンサーは、悪環境下にて作動可能な持運び可能な装置
の構造であるようにする。従って、非像形成センサーは、堅牢な構造のコンパク
トな装置として製造することができる。コンパクトな構造に寄与するため、セン
サーの構成要素は一体化することができる。堅牢な構造に寄与するため、集光光
学素子は、非易損性レンズを備えることができる。集光光学素子は、非像形成の
適用例にて優れた集光能力を示すが、レンズが高像分解能を提供することは、必
須のことではない。これは、一部分、大きいΩにより実現される大きいｅｔａｎ
ｄｕｅ（式２）を提供する。大きいｄd又は小さいｆ／＃により大きいＦＯＶす
なわちΩが実現可能である。ｆ＝１．５ｃｍのｆ／１のホログラフィックレンズ
は、ｅｔａｎｄｕｌｅを向上させると同時に、赤外線感知のため穏当な寸法及び
非易損性の構造を有している。これは、８乃至１３．３μｍ及び３乃至５μｍの
範囲の双方にて透過するそのパターンをＡＭＴＩＲ−１上にエンボス加工するこ
とにより形成することができる。この材料は、非結晶で且つ非易損性であり、３
０．４８ｃｍ（１２インチ）×４５．７２ｃｍ（１８インチ）のシートにて利用
でき、これにより、任意な妥当な開口寸法の設計を許容する。ポログラムは、検
出器の各々に一つずつの多数の焦点を提供し、これにより、別個の検出器上に同
一の目標領域の像を形成することを許容する設計とすることができる。これと代
替的に、単焦点レンズは、目標の僅かにずらした領域の像を各検出器に提供する
。その他のスペクトル範囲用として、同様の性質を有するその他のホログラフィ
ックレンズを製造することができる。
【０１０８】 （エネルギ及び冷却の基準） 一つの実施の形態において、本発明のセンサーは、手持ち型とし且つ多分、操
作不要の適用例のためコンパクトな設計とされ且つ遠赤外線にて受動的に作用す
る。サーモパイル又はパイロ電気検出器、その増幅器及び一つ以上のＢＲＤ回路
を有するＢＲＤアセンブリの合計必要電力量は、１２Ｖ直流電流による１００ｍ
Ｗ程度である。このため手持ち型センサーは、標準型の１２Ｖバッテリにて作動
可能である。例えば、１２Ｖのエバレディー エナガイザー（Ｅｖｅｒｅａｄｙ Ｅｎｅｒｇｉｚｅｒ）（登録商標名）アルカリバッテリは、その電圧が１１Ｖ
以下に降下する迄、約０．２Ｗ−時を提供することができる。このため、１００
ｍＷの需要量の場合でさえ、１２Ｖのバッテリにて２時間の連続作動が可能であ
る。
作不要の適用例のためコンパクトな設計とされ且つ遠赤外線にて受動的に作用す
る。サーモパイル又はパイロ電気検出器、その増幅器及び一つ以上のＢＲＤ回路
を有するＢＲＤアセンブリの合計必要電力量は、１２Ｖ直流電流による１００ｍ
Ｗ程度である。このため手持ち型センサーは、標準型の１２Ｖバッテリにて作動
可能である。例えば、１２Ｖのエバレディー エナガイザー（Ｅｖｅｒｅａｄｙ Ｅｎｅｒｇｉｚｅｒ）（登録商標名）アルカリバッテリは、その電圧が１１Ｖ
以下に降下する迄、約０．２Ｗ−時を提供することができる。このため、１００
ｍＷの需要量の場合でさえ、１２Ｖのバッテリにて２時間の連続作動が可能であ
る。
【０１０９】 サーモパイルの温度を一定に保たなければならないならば、検出器とその環境
との間の最大温度差ΔＴ＝±５℃にて、ソリッドステートのペルチエ効果熱電気
冷却器を使用するとき、０．１Ｗの電力が必要であろう。この電力は、連続作動
寿命が約１時間の手持ち型装置の一つの１２Ｖバッテリにて提供することもでき
る。
との間の最大温度差ΔＴ＝±５℃にて、ソリッドステートのペルチエ効果熱電気
冷却器を使用するとき、０．１Ｗの電力が必要であろう。この電力は、連続作動
寿命が約１時間の手持ち型装置の一つの１２Ｖバッテリにて提供することもでき
る。
【０１１０】 上述したように、光フィルタの冷却は必要ないと考えられるが、この冷却は、
高感度が必要とされるとき、利点をもたらすことができる。フィルタへの熱伝導
の程度は、伝導率Ｋ＝０．００１７Ｗ／ｍＫの二酸化ケイ素粉体／アルミニウム
絶縁体を亙って５０℃の温度差があるものとして推定した。この全熱伝導の結果
、損失は僅か０．２Ｗに過ぎないことが分かった。性能係数が０．０５であり、
よって４Ｗを必要とするソリッドステートの熱電気冷却器はこの熱を除去するこ
とができる。例えば、より大きいバッテリパック又は再充電可能なＬｉバッテリ
により短時間の作動が可能である。
高感度が必要とされるとき、利点をもたらすことができる。フィルタへの熱伝導
の程度は、伝導率Ｋ＝０．００１７Ｗ／ｍＫの二酸化ケイ素粉体／アルミニウム
絶縁体を亙って５０℃の温度差があるものとして推定した。この全熱伝導の結果
、損失は僅か０．２Ｗに過ぎないことが分かった。性能係数が０．０５であり、
よって４Ｗを必要とするソリッドステートの熱電気冷却器はこの熱を除去するこ
とができる。例えば、より大きいバッテリパック又は再充電可能なＬｉバッテリ
により短時間の作動が可能である。
【０１１１】 （センサーのパッケージ化） 本発明のセンサーは、多数の形態の任意のものにてパッケージ化することがで
きる。例えば、このセンサーは、手持ち型装置、操作不要の陸上又は海上用セン
サー、車の付属品、ヘリコプタ又はＲＰＶｓのような航空機のエビオニクス機器
の部品、機密保護、安全又は法定の用途用の操作不要のセンサーとして、パッケ
ージ化することができる。また、この装置は、迅速な走査及び検出励起能力を提
供すべくより専用的なセンサーにてハイブリット化することもできる。例えば、
センサーは、フーリエ変換赤外線分光計（ＦＴＩＲ）装置、吸収差ライダー（Ｄ
ＩＡＬ）又はイオン可動性の分光計（ＩＭＳ）又は吸着センサーのような現場の
センサーと一体化することができる。ＩＭＳ又は吸着センサーのような現場のセ
ンサーは、測定点でのみ検出を可能にし、これにより複雑な探索パターンを使用
して多数の位置にてサンプルを採取し且つ分析することができる。しかし、かか
る現場のセンサーを本発明の高感度の手持ち型遠隔センサーと一体化することに
より、探索方法は、隙間無しのカバー範囲を提供するように大幅に簡略化し且つ
迅速化することができる。
きる。例えば、このセンサーは、手持ち型装置、操作不要の陸上又は海上用セン
サー、車の付属品、ヘリコプタ又はＲＰＶｓのような航空機のエビオニクス機器
の部品、機密保護、安全又は法定の用途用の操作不要のセンサーとして、パッケ
ージ化することができる。また、この装置は、迅速な走査及び検出励起能力を提
供すべくより専用的なセンサーにてハイブリット化することもできる。例えば、
センサーは、フーリエ変換赤外線分光計（ＦＴＩＲ）装置、吸収差ライダー（Ｄ
ＩＡＬ）又はイオン可動性の分光計（ＩＭＳ）又は吸着センサーのような現場の
センサーと一体化することができる。ＩＭＳ又は吸着センサーのような現場のセ
ンサーは、測定点でのみ検出を可能にし、これにより複雑な探索パターンを使用
して多数の位置にてサンプルを採取し且つ分析することができる。しかし、かか
る現場のセンサーを本発明の高感度の手持ち型遠隔センサーと一体化することに
より、探索方法は、隙間無しのカバー範囲を提供するように大幅に簡略化し且つ
迅速化することができる。
【０１１２】 本発明のセンサーは、汚染物質及び有毒物質の検出に特に有用であると考えら
れる。手持ち型センサーとしてパッケージ化されたとき、該センサーは、例えば
、非常作動時、屋内の救出者に利用可能である。非像形成適用例の手持ち型セン
サーは、全体として、把持が容易なハンドルと、視準器とを有し、一方の「眼」
が感知専用とされた銃の形状とし、又は任意のその他の有用な形態とすることが
できる。上述したように、センサーは、複数対の検出器及びＢＲＤ又はその他の
データ処理回路を使用することにより、幾つかの化学薬剤を迅速に検出し且つ同
時に同定する能力を提供し得るように形成することができる。オペレータは、広
いカバー範囲が得られ且つどの領域に安全に入ることができるかを決定し得るよ
うセンサーを方向決めすることにより、目標領域を走査することができる。
れる。手持ち型センサーとしてパッケージ化されたとき、該センサーは、例えば
、非常作動時、屋内の救出者に利用可能である。非像形成適用例の手持ち型セン
サーは、全体として、把持が容易なハンドルと、視準器とを有し、一方の「眼」
が感知専用とされた銃の形状とし、又は任意のその他の有用な形態とすることが
できる。上述したように、センサーは、複数対の検出器及びＢＲＤ又はその他の
データ処理回路を使用することにより、幾つかの化学薬剤を迅速に検出し且つ同
時に同定する能力を提供し得るように形成することができる。オペレータは、広
いカバー範囲が得られ且つどの領域に安全に入ることができるかを決定し得るよ
うセンサーを方向決めすることにより、目標領域を走査することができる。
【０１１３】 何ら温度制御機能を備えず、特定のバッテリパッケージ体を有する地上センサ
ーとして、本発明のセンサーは、中央コントロールセンターとの通信を可能にし
つつ、１回のバッテリの充電で３０日間の連続作動が可能な設計とすることがで
きる。陸上センサーは、適合性の監視、秘密工作又は事前の警告のため飛行機か
ら落として展開し又は手作業で展開し得る設計とすることができる。飛行機のセ
ンサーとして、本発明のセンサーは、例えば、ペリコプターの搭乗者に対し前向
きの姿勢をとるよう警報する機能を提供することができる。同様に、ＲＰＶ上に
て展開させるならば、該センサーは、該センサーの公称光学的検出範囲を超える
遠隔感知能力を提供することができる。
ーとして、本発明のセンサーは、中央コントロールセンターとの通信を可能にし
つつ、１回のバッテリの充電で３０日間の連続作動が可能な設計とすることがで
きる。陸上センサーは、適合性の監視、秘密工作又は事前の警告のため飛行機か
ら落として展開し又は手作業で展開し得る設計とすることができる。飛行機のセ
ンサーとして、本発明のセンサーは、例えば、ペリコプターの搭乗者に対し前向
きの姿勢をとるよう警報する機能を提供することができる。同様に、ＲＰＶ上に
て展開させるならば、該センサーは、該センサーの公称光学的検出範囲を超える
遠隔感知能力を提供することができる。
【０１１４】 本発明は、特に、但し非限定的に、８乃至１３．３μｍの範囲にて目標種の存
在又はその光学的濃度Ｃ×Ｌを決定する、従来のセンサー及び感知方法の幾つか
の不利益な点を課題とするセンサー及び方法を提供するものであることが理解さ
れよう。本発明の遠隔センサーは、簡単であり、コンパクトで、エネルギ効率的
で且つ使用が容易である。このセンサーは、また非像形成用途用の大きいＦＯＶ
を有し且つ優れた特定化及び分解機能を有し、更に経済的であるという有利な点
を併せ持つものである。該センサーは、また殺虫剤、その前駆体及び還元生成物
、大気中の排出物、水素及び炭化水素の火のようなガス状化学物質を検出し且つ
像を形成するため、手持ち型、可動又は独立的な操作に十分に適している。
在又はその光学的濃度Ｃ×Ｌを決定する、従来のセンサー及び感知方法の幾つか
の不利益な点を課題とするセンサー及び方法を提供するものであることが理解さ
れよう。本発明の遠隔センサーは、簡単であり、コンパクトで、エネルギ効率的
で且つ使用が容易である。このセンサーは、また非像形成用途用の大きいＦＯＶ
を有し且つ優れた特定化及び分解機能を有し、更に経済的であるという有利な点
を併せ持つものである。該センサーは、また殺虫剤、その前駆体及び還元生成物
、大気中の排出物、水素及び炭化水素の火のようなガス状化学物質を検出し且つ
像を形成するため、手持ち型、可動又は独立的な操作に十分に適している。
【０１１５】 該センサーは、また、紫外線及び可視光の適用例にも十分に適している。例え
ば、該センサーは、火炎中のＯＨ分子の放出を検出し、これにより水素、メタン
、その他の軽炭化水素又は非煤発生炎により形成された炎のような非可視又は青
みを帯びた炎の簡単な遠隔センサー又は遠隔像形成装置を提供する、炎中のＯＨ
分子の放出を検出するＤＡＲ又はＮＦＣＲの形態とすることができる。宇宙船の
打上げ、レースカー又はパイプライン及び製油所の安全装置の用途も含むことが
できる。
ば、該センサーは、火炎中のＯＨ分子の放出を検出し、これにより水素、メタン
、その他の軽炭化水素又は非煤発生炎により形成された炎のような非可視又は青
みを帯びた炎の簡単な遠隔センサー又は遠隔像形成装置を提供する、炎中のＯＨ
分子の放出を検出するＤＡＲ又はＮＦＣＲの形態とすることができる。宇宙船の
打上げ、レースカー又はパイプライン及び製油所の安全装置の用途も含むことが
できる。
【０１１６】 ＤＡＲ炎センサーの形態とされたとき、サンプルフィルタ１０又は４４は、約
３０８ｎｍの透過率及び約１５ｎｍの帯域幅を有し、炎中のＯＨが最も強力な自
然の放出状態となるようにすることができる。この放出は十分に画定され且つ約
３２０ｎｍまで拡張するスペクトル帯域として形成される。このように、サンプ
ルフィルタを通じてこの範囲内の任意の箇所を検出すれば、炎中の化学的反応と
直接関係し且つ該炎の境を設定するために使用することができる優れた信号を提
供することが可能となる。更に、大気中のオゾンによる太陽光の自然の吸収によ
り、３０８ｎｍにおける昼間光の強度すなわち空の光の放射輝度は弱く、これに
より昼間の検出の間又は空がバックグラウンドであるときでさえ、バックグラウ
ンド干渉は極めて少ない。このＤＡＲ適用例の基準フィルタ１４又は４６は、そ
の中心が３５０ｎｍとなるようにすることができる。この場合、ＯＨの放出は、
３０８ｎｍの場合よりも少なくとも１０倍少ない。このため、その波長における
放射線の殆どは、バックグラウンドからのものである。昼間光すなわち空の光の
強度は、３５０ｎｍのとき３０８ｎｍのときの３倍以上であるが、この差は、サ
ンプルフィルタよりも３倍広い帯域幅を有する基準フィルタ１４又は４６を選ぶ
ことで部分的に補償することができる。
３０８ｎｍの透過率及び約１５ｎｍの帯域幅を有し、炎中のＯＨが最も強力な自
然の放出状態となるようにすることができる。この放出は十分に画定され且つ約
３２０ｎｍまで拡張するスペクトル帯域として形成される。このように、サンプ
ルフィルタを通じてこの範囲内の任意の箇所を検出すれば、炎中の化学的反応と
直接関係し且つ該炎の境を設定するために使用することができる優れた信号を提
供することが可能となる。更に、大気中のオゾンによる太陽光の自然の吸収によ
り、３０８ｎｍにおける昼間光の強度すなわち空の光の放射輝度は弱く、これに
より昼間の検出の間又は空がバックグラウンドであるときでさえ、バックグラウ
ンド干渉は極めて少ない。このＤＡＲ適用例の基準フィルタ１４又は４６は、そ
の中心が３５０ｎｍとなるようにすることができる。この場合、ＯＨの放出は、
３０８ｎｍの場合よりも少なくとも１０倍少ない。このため、その波長における
放射線の殆どは、バックグラウンドからのものである。昼間光すなわち空の光の
強度は、３５０ｎｍのとき３０８ｎｍのときの３倍以上であるが、この差は、サ
ンプルフィルタよりも３倍広い帯域幅を有する基準フィルタ１４又は４６を選ぶ
ことで部分的に補償することができる。
【０１１７】 本発明のセンサーがＮＦＣＲの形態とされるとき、中心が３０８ｎｍにあり、
帯域幅が１５ｎｍのノッチフィルタをサンプルフィルタ１０又は４４として使用
することができる。上述したように、同様に線中心が３０８ｎｍにあり、帯域幅
が１５ｎｍ以上である帯域幅制限フィルタ２５又は６４を使用することができる
。
帯域幅が１５ｎｍのノッチフィルタをサンプルフィルタ１０又は４４として使用
することができる。上述したように、同様に線中心が３０８ｎｍにあり、帯域幅
が１５ｎｍ以上である帯域幅制限フィルタ２５又は６４を使用することができる
。
【０１１８】 ＤＡＲ及びＮＦＣＲの形態の双方は、紫外線感知型検出器を必要とする。非像
形成適用例にて使用される単一型検出器２６、２８は、紫外線感知型光カソード
を有する光電子増倍管（ＰＭＴｓ）を備えることが好ましい。かかるＰＭＴｓは
、幾つかの製造メーカから多くの形態にて入手可能である。紫外線感知能力を備
える新たな型式のソリットステートセンサーが現在利用可能となりつつあり且つ
実際に使用することもできる。
形成適用例にて使用される単一型検出器２６、２８は、紫外線感知型光カソード
を有する光電子増倍管（ＰＭＴｓ）を備えることが好ましい。かかるＰＭＴｓは
、幾つかの製造メーカから多くの形態にて入手可能である。紫外線感知能力を備
える新たな型式のソリットステートセンサーが現在利用可能となりつつあり且つ
実際に使用することもできる。
【０１１９】 像形成適用例の場合、炎感知ＤＡＲ又はＮＦＣＲは、米国特許第５，１２８，
７９７号の特許に記載されたスイッチング装置を使用して図２に示すような形態
とすることができる。その双方の場合、検出器６０は、紫外線感知型ＣＣＤアレ
イ又は紫外線感知型増感ＣＣＤアレイ又は撮像材料を含む、更なる同様の紫外線
感知型像形成装置を含むものとすることができる。
７９７号の特許に記載されたスイッチング装置を使用して図２に示すような形態
とすることができる。その双方の場合、検出器６０は、紫外線感知型ＣＣＤアレ
イ又は紫外線感知型増感ＣＣＤアレイ又は撮像材料を含む、更なる同様の紫外線
感知型像形成装置を含むものとすることができる。
【０１２０】 本発明の多数の有利な点は、当該技術分野の当業者に明らかであろうと考えら
れる。また、その精神及び範囲から逸脱せずに多数の変更例及び改変例が具体化
可能であることも明らかであろう。従って、上記の説明は、限定的ではなくて単
に一例であると解釈されるべきである。本発明は特許請求の範囲によってのみ制
限されるものである。
れる。また、その精神及び範囲から逸脱せずに多数の変更例及び改変例が具体化
可能であることも明らかであろう。従って、上記の説明は、限定的ではなくて単
に一例であると解釈されるべきである。本発明は特許請求の範囲によってのみ制
限されるものである。
【図１】 本発明のセンサーの一つの実施の形態の概略図である。
【図２】 本発明のセンサーの別の実施の形態の概略図である。
【図３】 本発明のセンサーにおけるノッチフィルタのようなバンドパスフィルタを使用
する技術の概略図である。
する技術の概略図である。
【図４】 ＤＩＭＰ及びＤＭＭＰに対する吸収率／周波数曲線及び２つのＤＭＭＰ−ＤＡ
Ｒセンサーに対する一例としてのサンプルフィルタ及び基準フィルタの選択を示
すグラフである。
Ｒセンサーに対する一例としてのサンプルフィルタ及び基準フィルタの選択を示
すグラフである。
【図５】 放射線源が１ｋｍにあるとき、基準バンドパスフィルタアセンブリの中心線が
「水のみ」の大気中にある状態で、ＤＭＭＰを目標種として基準化した総ＤＡＲ
の変化を示すグラフである。
「水のみ」の大気中にある状態で、ＤＭＭＰを目標種として基準化した総ＤＡＲ
の変化を示すグラフである。
【図６】 経路が「水のみ」の大気及び通常の大気中を通るとき、ＤＭＭＰを目標種とし
て基準化した総ＤＡＲ信号の変化を示すグラフである。
て基準化した総ＤＡＲ信号の変化を示すグラフである。
【図７】 本発明のセンサーと共に使用することのできる４位置検出器の概略図である。
【図８】 ８Ａは、本発明のセンサーを使用する多数成分検出用の縞状フィルタの形態の
概略図である。 ８Ｂは、図８Ａの縞状フィルタの形態を使用して像形成された目標種の雲の像
を示す概略図である。
概略図である。 ８Ｂは、図８Ａの縞状フィルタの形態を使用して像形成された目標種の雲の像
を示す概略図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｕ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ， ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，Ｌ Ｋ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ， ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，Ｔ Ｍ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ ，ＺＡ，ＺＷ
Claims (61)
- 【請求項１】 遠隔センサーであって、 第１の光路及び第２の光路と、 前記第１及び第２の光路に沿って伝播される光又はその他の放射線を集光する
ような構造とされた集光光学素子と、 サンプルフィルタアセンブリと、 前記サンプルフィルタアセンブリの後の前記第１の光路内に配置されたサンプ
ル検知器アセンブリ及び前記集光光学素子の後の前記第２の光路内に配置された
基準検知器アセンブリと、 検知器出力比較装置と、 を含む遠隔センサー。 - 【請求項２】 請求項１に記載の遠隔センサーであって、 前記集光光学素子と前記基準検知器との間の前記第２の光路内に配置された基
準フィルタアセンブリを更に含み、 同サンプルフィルタが、バンドパスフィルタを含み且つサンプル出力を提供し
、 前記基準フィルタアセンブリが、バンドパスフィルタを含み且つ基準出力を提
供し、 前記検知器出力比較装置が、ノイズ消去回路を含んでいる、遠隔センサー。 - 【請求項３】 請求項２に記載の遠隔センサーであって、 前記サンプルバンドパスフィルタが、目標種のスペクトル線と一致した周波数
で伝播するような構造とされており、同周波数はまた、非目標種の第１のスペク
トル線と一致しており、 前記基準バンドパスフィルタは、前記非目標種の前記第１のスペクトル線又は
同非目標種の第２のスペクトル線と一致した周波数で伝播するような構造とされ
且つ前記サンプルバンドパスフィルタの前記周波数によって提供される前記非目
標種の吸収又は放射の大きさと同じか又は比較できる大きさの前記非目標種の吸
収又は放射の大きさを提供する、遠隔センサー。 - 【請求項４】 請求項３に記載の遠隔センサーであって、 前記基準のバンドパスフィルタは、Ｈ2Ｏ、ＣＯ2、Ｏ3、Ｎ2Ｏ、ＮＯX及びＣ
Ｏガスからなる群から選択された、塵、エアーゾル又は大気のスペクトル線と一
致した周波数で伝播するような構造とされている、遠隔センサー。 - 【請求項５】 請求項３に記載の遠隔センサーであって、 前記目標種が、ＣＯ2、Ｏ3、炭化水素、Ｎ2Ｏ、ＮＯX、ＣＯ、殺虫剤、化学戦
争兵器、プラズマ、放電、ＯＨ及び固体又は液体インターフェースからなる群か
ら選択される、遠隔センサー。 - 【請求項６】 請求項３に記載の遠隔センサーであって、 前記サンプルと基準フィルタアセンブリとによって通過せしめられるバックグ
ランド放射線を減らすために、前記サンプルと基準検知器アセンブリとの前に、
前記第１及び第２の光路内にバンドパスフィルタアセンブリが配置されている、
遠隔センサー。 - 【請求項７】 請求項２に記載の遠隔センサーであって、 前記サンプルフィルタアセンブリが、複数のフィルタの繰り返しの配列を含む
第１の縞状フィルタを含んでおり、前記基準フィルタアセンブリが、複数のフィ
ルタの繰り返しの配列を含む第２の縞状フィルタを含んでいる、遠隔センサー。 - 【請求項８】 請求項７に記載の遠隔センサーであって、 前記第１の縞状フィルタの前記複数のフィルタが同心円形態である、遠隔セン
サー。 - 【請求項９】 請求項７に記載の遠隔センサーであって、 前記第１の縞状フィルタの前記複数のフィルタと、前記第２の縞状フィルタの
前記複数のフィルタとは、複数の適合されたフィルタの対を含んでおり、前記サ
ンプル検知器アセンブリと基準検知器アセンブリとは、前記複数の適合されたフ
ィルタの対に対応する複数の検知器の対を含んでいる、遠隔センサー。 - 【請求項１０】 請求項１に記載の遠隔センサーであって、 前記サンプルフィルタアセンブリが、ノッチフィルタを含んでおり且つサンプ
ル出力を提供するようになされた、遠隔センサー。 - 【請求項１１】 請求項１０に記載の遠隔センサーであって、 前記集光光学素子と前記基準検知器との間の前記第２の光路内に配置された基
準フィルタアセンブリを更に含み、同基準フィルタアセンブリは、ノッチフィル
タを含んでおり且つ基準出力を提供し、前記検知器出力比較装置が前記サンプル
と基準出力とを比較するようになされた、遠隔センサー。 - 【請求項１２】 請求項１０に記載の遠隔センサーであって、 前記集光光学素子と前記基準検知器アセンブリとの間の前記第２の光路内に配
置されたブランクを更に含む、遠隔センサー。 - 【請求項１３】 請求項１２に記載の遠隔センサーであって、 前記サンプルノッチフィルタの前方の前記第１の光路内に配置されたバンドパ
スフィルタを更に含み、同バンドパスフィルタは、前記サンプルノッチフィルタ
の前記減衰周波数と同一の周波数中心を有している、遠隔センサー。 - 【請求項１４】 請求項１３に記載の遠隔センサーであって、 前記サンプルフィルタアセンブリが、複数のフィルタの繰り返しの配列を含ん
でいる縞状フィルタを含んでいる、遠隔センサー。 - 【請求項１５】 請求項１に記載の遠隔センサーであって、 当該遠隔センサーが、手持ち型遠隔センサーとして使用できる構造とされてい
る、遠隔センサー。 - 【請求項１６】 請求項１５に記載の遠隔センサーであって、 前記手持ち型センサーが銃の形状である、遠隔センサー。
- 【請求項１７】 請求項１５に記載の遠隔センサーであって、 前記手持ち型センサーがカメラのような構造である、遠隔センサー。
- 【請求項１８】 請求項１に記載の遠隔センサーであって、 当該遠隔センサーが、不在時動作ができる構造とされている、遠隔センサー。
- 【請求項１９】 請求項１に記載の遠隔センサーであって、 当該遠隔センサーが、操作車両内で作動するような構造とされている、遠隔セ
ンサー。 - 【請求項２０】 遠隔センサーであって、 第１の光路及び第２の光路と、 光又はその他の放射線を集光する構造とされた集光光学素子と、 光又はその他の放射線の第１の部分を第１の光路に沿って伝播し且つ同光又は
その他の放射線の第２の部分を第２の光路に沿って反射させる構造とされた第１
のビームと、 前記第１のビームスプリッタの後方の前記第１の光路内に配置されたサンプル
フィルタアセンブリと、 前記サンプルフィルタアセンブリの後方に配置された検知器アセンブリと、 前記光又はその他の放射線の前記第１の部分及び第２の部分を前記検知器アセ
ンブリへと導く手段であって、前記検知器アセンブリは、前記光又はその他の放
射線の前記第１の部分が前記検知器アセンブリに到達したときにサンプル信号を
検知し、光又はその他の放射線の前記第２の部分が前記検知器アセンブリに到達
したときに基準信号を検知する構造とされた前記手段と、 前記検知器アセンブリの後方に配置された検知器出力比較装置と、 を含む遠隔センサー。 - 【請求項２１】 請求項２０に記載の遠隔センサーであって、 前記検知器出力比較装置が、前記サンプル信号と基準信号とを差し引き且つ標
準化する、遠隔センサー。 - 【請求項２２】 請求項２１に記載の遠隔センサーであって、 前記検知器アセンブリが２つの検知器を含んでいる、遠隔センサー。
- 【請求項２３】 請求項２２に記載の遠隔センサーであって、 前記検知器出力比較装置がデジタルコンピュータである、遠隔センサー。
- 【請求項２４】 請求項２０に記載の遠隔センサーであって、 前記サンプルフィルタアセンブリがバンドパスフィルタを含んでおり且つサン
プル出力信号を提供し、 前記基準フィルタアセンブリが、バンドパスフィルタを含んでおり且つ基準出
力信号を提供し、 前記検知器出力比較装置が、前記サンプル出力信号と前記基準出力信号とを比
較する、ようになされた遠隔センサー。 - 【請求項２５】 請求項２４に記載の遠隔センサーであって、 前記サンプルフィルタアセンブリが、目標種のスペクトル線と一致した周波数
で伝播する構造とされており、同周波数もまた非目標種の第１のスペクトル線と
も一致しており、 前記基準バンドパスフィルタアセンブリが、前記非目標種の前記第１のスペク
トル線又は前記非目標種の第２のスペクトル線と一致した周波数で伝播するよう
な構造とされ且つ前記サンプルバンドパスフィルタアセンブリの前記周波数によ
って提供される非目標種の吸収又は放射の大きさと同じか又は比較できるほど共
通点のある大きさの前記非目標種の吸収又は放射の大きさを提供し、 前記検知器出力比較装置は、前記バックグランド放射線の作用を最少にするた
めに、前記サンプル出力信号と前記基準出力信号とを差し引く、ようになされた
遠隔センサー。 - 【請求項２６】 請求項２４に記載の遠隔センサーであって、 前記基準のバンドパスフィルタは、Ｈ2Ｏ、ＣＯ2、Ｏ3、Ｎ2Ｏ、ＮＯX及びＣ
Ｏガスからなる群から選択された、塵、エアーゾル又は大気のスペクトル線と一
致した周波数で伝播させるような構造とされている、遠隔センサー。 - 【請求項２７】 請求項２４に記載の遠隔センサーであって、 前記目標種が、ＣＯ2、Ｏ3、炭化水素、Ｎ2Ｏ、ＮＯX、ＣＯ、殺虫剤、化学戦
争兵器、プラズマ、放電、ＯＨ及び固体又は液体インターフェースからなる群か
ら選択される、遠隔センサー。 - 【請求項２８】 請求項２４に記載の遠隔センサーであって、 前記サンプルフィルタアセンブリ及び基準フィルタアセンブリによって通過さ
れるバックグランド放射線を少なくするために、前記検知器アセンブリの前の前
記第１及び第２の光路内にバンドパスフィルタアセンブリが配置されている、遠
隔センサー。 - 【請求項２９】 請求項２４に記載の遠隔センサーであって、 前記サンプルフィルタアセンブリが、複数のフィルタの繰り返しの配列を含む
第１の縞状フィルタを含んでおり、前記基準フィルタアセンブリが、複数のフィ
ルタの繰り返しの配列を含む第２の縞状フィルタを含んでいる、遠隔センサー。 - 【請求項３０】 請求項２９に記載の遠隔センサーであって、 前記検知器アセンブリが検知器の線形のアレイを含んでいる、遠隔センサー。
- 【請求項３１】 請求項２９に記載の遠隔センサーであって、 前記検知器アセンブリが、検知器の二次元アレイを含んでいる、センサー。
- 【請求項３２】 請求項２４に記載の遠隔センサーであって、 前記サンプルフィルタアセンブリが複数のバンドパスフィルタを含んでおり、
前記基準アセンブリが複数のバンドパスフィルタを含んでいる、遠隔センサー。 - 【請求項３３】 請求項２０に記載の遠隔センサーであって、 前記サンプルフィルタアセンブリが、ノッチフィルタを含み且つサンプル出力
信号を提供する、遠隔センサー。 - 【請求項３４】 請求項３３に記載の遠隔センサーであって、 前記集光光学素子と前記検知器アセンブリとの間の前記第２の光路内に配置さ
れた基準フィルタアセンブリを更に含み、前記基準フィルタアセンブリが、ノッ
チフィルタを含み且つ基準出力信号を提供し、それによって、前記検知器出力比
較装置が、前記サンプル出力信号と基準出力信号とを比較する、ようになされた
遠隔センサー。 - 【請求項３５】 請求項３３に記載の遠隔センサーであって、 前記サンプルフィルタアセンブリと基準フィルタアセンブリとによって通過さ
れたバックグランド放射線を少なくするために、前記サンプル検知器アセンブリ
と基準検知器アセンブリとの前にバンドパスフィルタアセンブリが配置されてい
る、遠隔センサー。 - 【請求項３６】 請求項２０に記載の遠隔センサーであって、 前記集光光学素子と前記検知器アセンブリとの間の前記第２の光路内に配置さ
れたブランクを更に含んでいる、センサー。 - 【請求項３７】 請求項３３に記載の遠隔センサーであって、 前記サンプルフィルタアセンブリが複数のフィルタの繰り返しの配列を含む縞
状フィルタを含んでいる、センサー。 - 【請求項３８】 請求項３３に記載の遠隔センサーであって、 前記サンプルフィルタアセンブリが複数のノッチフィルタを含んでいる、セン
サー。 - 【請求項３９】 請求項３３に記載の遠隔センサーであって、 当該遠隔センサーが双眼鏡の構造である、センサー。
- 【請求項４０】 請求項３３に記載の遠隔センサーであって、 当該遠隔センサーがヘッドホンの構造である、センサー。
- 【請求項４１】 請求項３３に記載の遠隔センサーであって、 当該遠隔センサーが飛行機内で作動する構造とされている、センサー。
- 【請求項４２】 請求項２０に記載の遠隔センサーであって、 前記検知器アセンブリが、単一の検知器を含んでおり、光又はその他の放射線
の第１の部分及び第２の部分を前記検知器アセンブリに導くための前記手段が、
前記光又はその他の放射線の第１の部分及び第２の部分を前記第１の単一の検知
器へと択一的に導くための手段を含んでいる、センサー。 - 【請求項４３】 請求項４２に記載の遠隔センサーであって、 前記光又はその他の放射線の第１の部分及び第２の部分を前記検知器アセンブ
リへと導く前記手段が、機械的スイッチング装置を更に含んでいる、センサー。 - 【請求項４４】 請求項４３に記載の遠隔センサーであって、 前記機械的スイッチング装置が穴の開いたチョッパーホイール装置を含んでい
る、センサー。 - 【請求項４５】 請求項４３に記載の遠隔センサーであって、 前記機械的スイッチング装置が機械的シャッター装置を含んでいる、センサー
。 - 【請求項４６】 請求項４２に記載の遠隔センサーであって、 前記光又はその他の放射線の第１の部分及び第２の部分を前記検知器アセンブ
リへと導く前記手段が、前記サンプルフィルタアセンブリの後の前記第１の光路
内に配置された第１のミラーと、前記基準フィルタアセンブリの後の前記第２の
光路内に配置された第２のミラーと、を更に含み、同第１及び第２のミラーは、
前記光又はその他の放射線の第１の部分及び第２の部分を第２のビームスプリッ
タに導くように配置されており、同第２のビームスプリッタは、前記光又はその
他の放射線の第１の部分及び第２の部分を再結合する構造とされている、センサ
ー。 - 【請求項４７】 請求項２０に記載の遠隔センサーであって、 前記検知器アセンブリが、赤外線検知器、赤外線焦点面アレイ、フォトダイオ
ード、アバランシェフォトダイオード、光電子増倍管、半導体検知器、熱検知器
、電荷結合素子、線形ダイオード及び線形検知器アレイ、からなる群から選択さ
れた検知器を含む、センサー。 - 【請求項４８】 請求項２０に記載の遠隔センサーであって、 前記検知器アセンブリが焦点面アレイを含んでいる、センサー。
- 【請求項４９】 請求項２０に記載の遠隔センサーであって、 前記集光光学素子がホログラフレンズを含んでいる、センサー。
- 【請求項５０】 請求項２０に記載の遠隔センサーであって、 前記記憶装置がコンピュータを含んでいる、センサー。
- 【請求項５１】 請求項２０に記載の遠隔センサーであって、 当該遠隔センサーが１２ボルトＤＣ電源によって作動することができる、セン
サー。 - 【請求項５２】 目標種の存在を判断する方法であって、 目標種によって吸収されるか又は放出された光又はその他の放射線を受け取る
ステップと、 前記光又はその他の放射線の第１の部分を、サンプルフィルタアセンブリ内へ
導き且つ前記光又はその他の放射線の第２の部分を基準フィルタアセンブリ内へ
導くステップと、 前記第１の部分を前記サンプルフィルタアセンブリから検知器アセンブリへと
導き且つ前記第２の部分を前記サンプルフィルタアセンブリから同検知器アセン
ブリへと導くステップと、 前記濾波された光又はその他の放射線の前記第１の部分の出力及び前記濾波さ
れた光又はその他の放射線の第２の部分の出力を、前記検知器アセンブリを使用
して検知するステップと、 前記サンプル信号を前記基準信号と比較し且つ標準化して、前記目標種による
前記光又はその他の放射線の吸収又は放出を示す信号を形成するステップと、を
含む方法。 - 【請求項５３】 請求項５２に記載の方法であって、 前記光又はその他の放射線を受け取るステップが、人工光源からの光を受け取
ることを含む、方法。 - 【請求項５４】 請求項５２に記載の方法であって、 前記光又はその他の放射線の前記第１の部分をサンプルフィルタアセンブリ内
へと導き且つ前記光又はその他の放射線の前記第２の部分を基準フィルタアセン
ブリ内へと導くステップが、 前記光又はその他の放射線の前記第１の部分を、目標種の第１のスペクトル線
と一致する周波数で伝播させるような構造とされたサンプルバンドパスフィルタ
内へ導くステップであって、前記周波数は、非目標種の第１のスペクトル線とも
一致している、ステップと、 前記前記光又はその他の放射線の前記第２の部分を、前記非目標種の第１のス
ペクトル線又は第２のスペクトル線と一致する周波数で伝播させるような構造と
され且つ前記サンプルバンドパスフィルタの前記周波数によって提供される前記
非目標種の吸収又は放出の大きさと同じか又は比較できるほど共通点のある大き
さの前記非目標種の吸収又は放出の大きさを提供する基準バンドパスフィルタ内
へと導くステップと、を含む方法。 - 【請求項５５】 請求項５４に記載の方法であって、 非目標種のスペクトル線と一致した周波数で伝播する構造とされた基準バンド
パスフィルタ内へ前記光又はその他の放射線の前記第２の部分を導く前記ステッ
プが、Ｈ2Ｏ、ＣＯ2、Ｏ3、Ｎ2Ｏ、ＮＯX及びＣＯガスからなる群から選択され
た、大気のスペクトル線と一致した周波数で伝播させるような構造とされた基準
バンドパスフィルタ内へ、前記光又はその他の放射線の前記第２の部分を導くこ
とを含む、方法。 - 【請求項５６】 請求項５４に記載の方法であって、 目標種によって吸収されるか又は放出された光又はその他の放射線を受け取る
前記ステップが、ＣＯ2、Ｏ3、炭化水素、Ｎ2Ｏ、ＮＯX、ＣＯ、殺虫剤、化学戦
争兵器、プラズマ、放電、ＯＨ及び固体又は液体インターフェースからなる群か
ら選択された目標種によって吸収されるか又は放出された光又はその他の放射線
を受け取ることを含む、方法。 - 【請求項５７】 請求項５２に記載の方法であって、 前記光又はその他の放射線の前記第１の部分をサンプルフィルタアセンブリ内
へと導き且つ前記光又はその他の放射線の前記第２の部分を基準フィルタアセン
ブリ内へ導く前記ステップが、前記光又はその他の放射線の前記第１の部分を目
標種のスペクトル線と一致した周波数で減衰させる構造とされたノッチフィルタ
内へと導き且つ前記光又はその他の放射線の前記第２の部分を減衰を提供しない
ような構造とされたノッチフィルタ内へと導くことを含む、方法。 - 【請求項５８】 請求項５２に記載の方法であって、 前記光又はその他の放射線の第１の部分をサンプルフィルタアセンブリ内へと
導き且つ前記光又はその他の放射線の第２の部分を基準フィルタアセンブリ内へ
と導く前記ステップが、前記光又はその他の放射線を第１の部分と第２の部分と
に分けること及び同第１の部分を第１の光路に沿って導き、前記第２の部分を第
２の光路に沿って導くことを含む、方法。 - 【請求項５９】 請求項５８に記載の方法であって、 前記濾波された光又はその他の放射線の前記第１の部分を前記検知器アセンブ
リへと導く前記ステップが、前記第１の部分が前記検知器アセンブリに到達する
のを選択的に許容する一方で、前記濾波された光又はその他の放射線の前記第２
の部分が前記検知器アセンブリに到達するのを阻止するスイッチング装置を使用
することを含む、方法。 - 【請求項６０】 請求項５９に記載の方法であって、 前記濾波された光又はその他の放射線の前記第１の部分を前記検知器アセンブ
リへと導く前記ステップが、機械的シャッター装置を使用することを含むスイッ
チング装置を含む、方法。 - 【請求項６１】 請求項５９に記載の方法であって、 前記濾波された光又はその他の放射線の前記第１の部分を前記検知器アセンブ
リへと導く前記ステップが、穴の開いたチョッパーホイール装置を使用すること
を含む、方法。
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