JP2005534948A - 監視窓 - Google Patents

Abstract

監視窓は、少なくとも１組の直線偏向器及び1/4波長板と反射面を備えている。監視窓は対象部に対しては見え難く不透明であるが、観察部に対しては比較的高い割合の光を伝達できる。照射器、検知器、擬装、耐火に関する様々な向上及び透明性の改善についても説明される。

Description

本発明は、監視のための光学装置の設計に関係する。特に、秘密監視のための一方向光学窓に関する。

監視や偵察の目的のために、対象部から観察部が見えずに、観察部から対象部が見えることが要求される。観察部及び対象部は人間である必要はなく、観察部はカメラやその他の光検知装置であればよく、対象部は観察部が観察することに興味を持った何人又は何かであればよい。
装置は、それらに照射される光が一方の方向にだけ伝達して光を制限するように特別に設計されている。理想的な装置では、観察部からは対象部をはっきりと見えるが、対象部からは観察部を全く見ることができない。先行技術の現状では、この考えに近づくための２つの形式の光学装置があり、それはトゥーウェイ鏡(two-way mirror)と中性フィルタである。

トゥーウェイ鏡は、対象部側から入射する光を一部は通して一部は反射させる反射材料の透明パネルからなり、対象部側からの入射光のほとんどを通過させるものである。観察部から対象部への光の伝達は許容されるので、トゥーウェイ鏡は観察部が対象部より暗い領域になるように設置される。このような条件の下で、対象部で反射して戻る光は観察部から伝達される光を圧倒し、これにより一方向観察が可能となる。トゥーウェイ鏡を使用することの欠点は、それが公衆に一般的に使用されている結果から生じる。トゥーウェイ鏡はあまりに一般的に光学的監視に使用されているので、一般大衆の人々は公共の場所における鏡面に対してしばしば疑いを掛ける。秘密監視の分野においては、潜在的な対象部に対して目立たないままであることが重要である。多くの場合において、トゥーウェイ鏡ではこれは不可能である。

先行技術の現状においては、中性フィルタがトゥーウェイ鏡に代わるものである。中性フィルタは、ガラス基板上に蒸着されたアルミ、ニッケル、クロムなどの金属の組合せからなる。これらの金属の異なる組合せによって、中性フィルタは反射性或いは吸収性として作られる。先に既述した反射面の問題を避けるために、監視に用いられる中性フィルタは通常は吸収性に作られる。
吸収性の中性フィルタは広い周波数帯域の入射光を吸収するように働く。その結果、フィルタは全体的に曇って、不透明な面として見える。しかし、中性フィルタを通って伝達される光の吸収周波数帯域は、光が伝達される方向はあまり変化させない。対象部は、観察部にとってはほの暗いか或いは暗く見える。観察部が目立たないことが非常に重要である場合に中性フィルタが使用され、この場合、比較的高い光学品質のトゥーウェイ鏡が、低い発見可能性のための代替案として中性フィルタに置き換えられる。

秘密監視窓のための他の解決手段も提案されている。アレン氏らの米国特許第６１８５０３９号の明細書には、「赤外線選択的反射偏光素子：Infrared Selective Reflective Polarizing Element（ＩＳＲＰＥ）」が開示されている。ＩＳＲＰＥは、２つの直線偏向素子を備えており、直線偏向素子は伝達される光の量を制御するために共通平面軸(common in-plane axis)に関して回転できる。ＩＳＲＰＥは更に、ＩＳＲＰＥに入射する赤外線光を反射し吸収する、赤外線反射吸収素子を備えている。しかし、交差偏光器(crossed-polarizers)は、伝達される光の量を制御するために機械的に回転させなければならず、開放状態においては秘密状態は実現できない。バッド氏らの米国特許第６０６４５２３号の明細書には、「偏光変換のための装置」を開示しており、ここで、偏光された光Ｓは偏光された光Ｐ又はその逆に変換される。しかし、バッド氏らは、どのようにそのような装置が選択的に光を遮断するために使用されるか、例えば秘密監視の用途など、については開示していない。

本発明は、観察部へは相対的に高い割合の光が伝達されることを許容しながら、対象部には曇って不透明に見える監視窓を用いることにより、上記問題を解決する。監視窓は、直線偏向器と、1/4波長板と反射面とを備えている。もし必要であれば、監視部へ伝達される光の量を低減することの対価として、監視窓の対象部に対する外観上の不透明性を増大させるために、１つ以上の直線偏向器及び1/4波長板の組が重ね合わされる。加えて、防護覆い又は被覆が、監視窓の耐久性を向上させるために付与される。

本発明の上記した或いは他の目的、利点及び特徴は、後述する詳細な説明及び添付図面から明らかになるであろう。
本発明は様々な変形及び代替形態が可能であるが、特定の望ましい実施形態が図に示された例を通して明らかとなり、さらにここで詳しく説明される。しかし、それは本発明を記載されている特定の形態に限定しようとするものでないことは理解されるべきであり、むしろ、本発明は、添付された請求項によって定義される発明の思想及び範囲内に入る全ての変形，代替案及び均等物を含めようとするものである。

本発明の一実施形態が図１に断面図として示されている。左側が対象部であり、右側が観察部である。図に示されているように、本発明の実施形態において、観察部は対象部に対して暗い領域２５内に存在している。監視窓には、対象部に面して直線偏向器１５０と、観察部側に面した1/4波長板(quarter waveplate)２００とが設置され、更に観察部側には反射面２５０が設置されている。直線偏向器１５０と1/4波長板２００とを接合するために、商品名がNitto Americas SC-9601のような、光学的に透明な接着材料が使用される。観察部側の壁部２５０は、入射するほとんどの光を吸収して残りを反射させるような平滑な表面を有している。このように、壁部２５０は何らかの種類の研磨され又は黒い（若しくは、研磨され且つ黒い）表面である。異なる実施形態において、反射面又は壁部２５０はカメラのレンズであるかもしれない。

本発明は、特別の光学的特性を備えた複数の要素を備えている。技術的背景によれば、波長板（リターダ、波長リターダ又は波長板とも呼ばれる）は、通常複屈折材料で作られる。複屈折材料は、２つの特別な光学特性を持っており、一つ目は複屈折材料は入射した光を２つの異なる方向へ屈折させるという特性であり、しばしば遅相軸(slow axis)及び進相軸(fast axis)（２つの異なる光線はしばしば常光線(ordinary ray)と異常光線(extraordinary ray)と呼ばれる）と呼ばれ、二つ目は複屈折材料が一方の方向に屈折した光を他方の方向に屈折した光に対して直角に偏光するように制限することであり、即ち、もし遅相軸に沿って進行する光がＸ軸方向に偏光された場合、進相軸に沿って進行する光はＹ軸方向に偏光されることを意味する。２つの軸に沿って進行する光は複屈折材料から出る時に再結合する。複屈折材料の厚さを正確に選択することによって、入射する光の偏光は直線、円形若しくは楕円偏光の状態の何れにも偏光できる。1/4波長板は、光線の直角な各偏光ベクトルの間に入射光の波長の1/4と等しい（90°の位相遅れ）位相遅れを作り出すように厚さが選択される。1/4波長板に入射する直線に偏向された光は、円形に偏光された光として出射する。

図２に示される他の実施形態において、監視窓は２組の直線偏向器１５０と1/4波長板２００とを供えている。それぞれ１つづつの直線偏光板１５０と1/4波長板２００よりも多い組が使用される場合、1/4波長板の各遅相軸は相互に平行に位置決めされる。本発明に１組の直線偏光板１５０と1/4波長板２００を追加した場合の効果は、監視窓の対象部に対する明白な不透明度の増加及び観察部に伝達される光の割合の減少である。このような実施形態は、本発明で使用される直線偏光器及び1/4波長板の製造上の欠点を補償するのに役立つと思われる。
監視窓は、他の黒い物体の近傍に配置することにより或いは対象部を時計，電話，キャビネット，器具，机、留守番電話機，コンピュータ，テレビ，モニターやプリンタのような一般的な黒い物体のようにみせることにより、潜在的な対象部に対してあまりはっきり見えないように作られる

本発明の監視窓は、更にトゥーウェイ鏡(two-way mirror)を備えてもよい。この実施形態では、トゥーウェイ鏡における反射は、不透明な直線偏向器１５０及び1/4波長板２００の組によって被われる。その結果、伝達された光の減少した割合の側面効果により、より見え難い外観となる。一方、直線偏向器１５０及び1/4波長板２００の組は、トゥーウェイ鏡の観察部側で使用される。この実施形態において、トゥーウェイ鏡の外観は、伝達される光の割合において大きな減少もなく、暗い観察部側を提供することによって向上する。更に本発明の他の実施形態において、１つ以上の直線偏向器１５０及び1/4波長板２００の組は、１つ以上の中性フィルターとの組合せで使用されてもよい。

本発明の監視窓は、船舶、列車、航空機、或いは自動車などの移動環境に設置される。そのような環境において、自然現象に対するいくつかの防護機能を持った窓を提供することが求められる。風、雨、雪及びその他の種類の天候が監視窓に傷を付け或いはへこまして、その光学的特性を低下させるかもしれない。このような問題点を解消するために、直線偏光板１５０及び1/4波長板２００の組がポリカーボネート、ガラスなどの透明な材料で被覆され、或いは光学的に透明な高分子や塗料のような光学的に透明な被覆材料で被覆される。航空機などへの設置においては、透明材料は火災の発生に対するいくらかの防護機能を提供するために耐火性を有することが望ましい。

本発明の監視窓は特に中性フィルターに対して顕著な改善性を示す。なぜなら、一実施形態において、観察部側から対象部への光の伝達を許容するからである。本発明の一実施形態によれば、潜在的な対象部に対する不可視波長の光（赤外線波長光）の照射（以下、光照射器という）は、観察部側から対象部へ光を当てるために直線偏向器１５０と1/4波長板２００の組との組合せで用いられる。もし、そのような波長の光を感知できる検出器、例えば、電荷結合素子（ＣＣＤ）、光電子増倍管（ＰＭＴ）或いはアヴァランシュフォトダイオード(avalanche photodiode（ＡＰＤ）が用いられれば、観察部は完全な暗がりにおいても対象部を検知することができる。光照射器が対象部に対して不可視波長で動作している限りにおいて、観察部側の光照射器の存在は、図１及び図２に示されているように、対象部の側に対する暗さの条件を壊さない。もし観察部側の光が赤外線の場合、人間の目ではそれを見ることができない。

図３は、本実施形態において、本発明がどのように機能して光に対して特定方向フィルタを提供するのかを示す概略図である。機能の説明には、図３に示すように、偏光された光の説明で用いられているいくつかの基本的な数学的定義を参照することが必要である。
先ず最初に、任意の座標系１００を選択しなければならない。座標系１００は、相互に直角な３つの軸を含んでいる。Ｚ軸は、監視窓の平坦面に直角であり、Ｘ軸及びＹ軸はＺ軸に対して直角に選択され、従って、監視窓の表面に対して平行である。このような方法で特定された３つの座標軸によっても、それらの相対的な方向、即ち左右像(handedness)には未だ不明確な点がある。図３は、一般的に右向き(right-handed)座標系１００と呼ばれるものを示している。右手の親指でＺ軸を指した場合、右手の人先指がＸ軸を指し、右手の中指がＹ軸を指し、このとき各指は一緒になって（各指が相互に概ね９０°の角度を維持している場合）図３に示す座標系のようになる。

最も一般的に売られていて手に入る光源、例えば、蛍光灯及び白熱灯は偏光されない光を作り出す。これは、蛍光灯や白熱灯のフィラメントの被覆分子が方向付けて配置されている訳ではなく、これらの分子から放射される光が多数の方向に偏光される（即ち、偏光されない）からである。図３において、典型的な蛍光灯や白熱灯によって生成されたような偏光されない光は、ブロック矢印５０で示している。
図を見易くするために、図３において監視窓は２つの別個の部材（１５０と２００）として示されている。実際は、２つの部材は光学的に透明な接着剤（例えば、ニットーアメリカスCS-9601）によって接合されている。

偏光されていない光５０が窓に入った時には、監視窓の対象部側層を備えた直線偏向器１５０によってＸ軸に沿って直線に偏光される。Ｘ軸に沿って偏光された光６０は、1/4波長板２００に入り、この1/4波長板２００から出るときに、光が右方向円偏光７０となるまで継続的に偏光が変化する。
図３において「壁部」とも記載された平滑な背面２５０で反射して、偏光方向が右方向から左方向の円偏光にひっくり返る。監視窓に平行な平滑な黒い面も壁部として用いることができる。右方向に円偏光された反射光８０は、1/4波長板２００に向かって伝播して戻り、1/4波長板２００の対象部側に出る際に、Ｙ軸方向に沿って偏光される光９０となるまで、継続的に偏光が変化する。前述したように、直線偏向器１５０はＸ軸方向に偏光された光のみを通過させるように方向付けられているので、Ｙ軸方向に偏光された光９０は直線偏向器１５０に吸収されることによって効率的に排除される。

効果の点において、上記した機能を有するシステムは、観察部側から対象部側へ当初照射された光のおよそ４０％を伝達でき、同様に、対象部側から観察部側への当初の光の約４０％の光が伝達される。しかし、対象部から観察部へ反射して戻る光は、当初の強度のたった約１６％であり、上記したように、光はあまり観察部から対象部へ反射して戻ることはない。これらの図は、単一の直線偏向器と1/4波長板の組を使用した場合に適用できる。１つ以上の組の直線偏向器と1/4波長板を追加することにより、観察部へ伝達される光の割合（約４％）の減少に対応して、対象部側から見たときの窓の外観上の不透明度は増大する。それを２組備えた実施形態が図２に示されている。

さて、図４，５及び６について見てみると、カメラやビデオカメラなどの監視装置を収容している本発明の一実施形態が示されている。図４に示されるように、本発明の監視窓には、例えば航空機の操縦室への入口のように、文字が書かれて秘密監視が求められる領域に配置されている記号の一部として製造されるかもしれない。文字は、航空機の同じ場所に取り付けられるであろう、「出口」の記号のような典型的な記号の外観を監視窓に与えるように選択される。

監視窓は概ね平坦面を呈しており、複数の異なる層からなる。本発明の一実施形態によれば、監視窓の後方における１つ以上のプレートは、カメラのような監視装置を収容するために開口を有していてもよい。監視装置が監視窓の隣に取り付けられる場合、文字及び監視装置は、文字が監視装置の視界を妨げないように配置される。これは、例えば監視窓の近傍又は近接位置であって、監視窓の文字が無い部分に配置された微小レンズを有する監視装置によって成し遂げられる。いくつかの監視装置は可視像及び不可視像の両方を監視することができるので、監視窓は複数の異なる波長の光を伝達できることが望ましい。例えば、赤外光及び可視光を検知できる監視装置が使用される場合、監視窓は赤外光を遮断しない。

最初に図５及び図６を参照すると、監視窓組立体５００はいくつかの応用及び環境のために、全体的に耐火性材料又はプレートで被われる。なぜなら、典型的な高分子を基材とした偏向器及び波長板は可燃性だからである。航空機内のようないくつかの環境においては、高分子を基材とした1/4波長板が水晶や方解石結晶を基材とした複屈折材料よりも望ましい。なぜなら、それらは軽くて、高価でなく、耐久性があるからである。例えば、航空機に取り付けられる監視窓での使用では、難燃性材料による被いが求められる。監視窓の前方には、前方ポリカーボネート板３００が備えられ、それは該して難燃性である。もし、監視窓が記号の一部として製造された場合、文字３０５はポリカーボネート板３００上に設けられる。文字３０５をポリカーボネート板３００の前面または背面に設ける場合、文字３０５を劣化から保護するために、プレート３００の背面に文字３０５を設けることが望ましい。文字３０５は様々な従来の技術で付けられるが、監視窓を構成する重ね合せ体（stack）内のプレート３００の関係を変更したり壊したりすることのないように、文字３０５を非常に薄くすることが望ましい。一実施形態において、文字３０５は、シルクスクリーンのような方法によって非常に薄い態様で設けられる。

前方ポリカーボネート３００の背後に設けられているのは、前方円偏向器３１０である。先に説明したように、そのような偏向器は1/4波長板と直線偏向器とからなる。前方円偏向器３１０の直線偏向器側は、とても薄い光学的に透明な接着剤を使って前方ポリカーボネート３００に接合される。また、直線偏向器側が前方円偏向器３１０の1/4波長板側（難燃物側）に近接するように、また、前方円偏向器３１０の1/4波長板側（難燃物側）の遅相軸及び後方円偏光器３２０とが平行となるように、配置された後方円偏向器３２０が設けられる。後方円偏向器３２０は、大変薄い光学的に透明な接着剤を使って前方円偏向器３１０に接合される。望ましくは難燃性の後方ポリカーボネート板３３０は、後方円偏向器３２０の背後に設けられ、大変薄い光学的に透明な接着剤を使って円偏向器３２０に接合される。より強い構造的支持及びカメラのような監視装置を収容するための配列を提供するために、アルミ板３４０が後方ポリカーボネート板３３０の背後に設けられる。アルミ板３４０は、相対的に薄くて、黒色陽極酸化アルミ(black anodized aluminum)から製造することが望ましい。加えて、プレート３４０は図示されたように円形状の開口３４５のような開口を有するように製造され、カメラのような監視装置やそのような監視装置の少なくともレンズ組立体の前方部分を収容でき位置合わせできるようになっている。アルミ板３４０は、高性能のアクリル接着剤を用いて後方ポリカーボネート板３３０に接合されている。監視窓組立体を壁部やその他の表面に取り付けるために、一方の側がアルミ板３４０に貼りつき、他方の側が表面（図示略）に貼りつく両面接着テープ３５０が設けられ、その上に監視窓組立体が取り付けられる。最後に、組立体の全ての縁部の回りにシリコンエポキシシール４００が設けられる。シリコンエポキシシール４００は、難燃性であることが望ましい。

以上明らかなように、図４，５，６に示された監視窓組立体５００は、一般的には可燃性であると理解されている円偏向器３１０，３２０が、難燃性材料内に包み込まれて組み立てられる。難燃性材料は、例えば前方ポリカーボネート板３００と、後方ポリカーボネート板３３０と、組立体の縁部のまわりのシリコンエポキシシール４００とからなる。そのような構成は、可燃性の円偏向器のために比較的燃えやすい点を除いては、比較的難燃性の組立体を提供することができる。

図７について見てみると、本発明の監視窓組立体５００が秘密監視のための環境で取り付けられた態様を示している。本発明の監視窓組立体５００は、例えば図４，５，６に関連して説明したように、壁部７００又は他の表面に取り付けられている。監視窓組立体は、航空機の操縦室の扉の上の横木(header)に取り付けられる。観察部側からカメラのような監視装置を収容するために、監視窓は壁部又は面の開口を被って取り付けられる。壁部の他方の側には、壁部の開口を通して広がるカメラやビデオカメラなどの監視装置７１０が取り付けられる。そのような構成において、壁部のカメラ側は観察部側と見なされ、他方の側が対象部側と見なされる。監視装置は、窓の対象部側における対象部、個体及び活動を監視するが、本発明の監視窓の一方向特性により、窓の観察部側は概して監視装置の存在が隠されたままとなる。

ここに明示的に説明した好適な実施形態に対する様々な変更や改良は、当該技術分野の当業者にとっては明らかであることが理解されるであろう。そのような変更及び改良は、本発明の思想及び範囲から逸脱することなく、また付随する効果を低減することなく成し遂げられる。

図１は、本発明の一実施形態による監視窓の方向付けと配置の断面図である。 図２は、本発明の他の実施形態による薄い監視窓の方向付けと配置の断面図である。 図３は、本発明による監視窓システム内の光の偏光を示す概略図である。 図４は、監視装置を収容するための本発明の一実施形態の前方平面図である。 図５は、図４の発明の実施形態の５−５線における拡大断面図である。 図６は、図４の発明の実施形態の分解斜視図である。 図７は、秘密監視の応用のために取り付けられた態様を示す本発明の図である。

Claims (15)

1. 秘密監視のための窓であって、前記窓は、
   円偏光セットを備えており、このセットは対象部側の直線偏向器と、観察部側の1/4波長板と、前記直線偏向器を前記1/4波長板に接合するための光学的に透明な材料とを含み、
   更に、前記円偏光セットの観察部側に反射面を備えている。
2. 請求項１の窓において、
   更に前記円偏向セットと反射面との間に配置された追加の円偏光セットを備えている。
3. 請求項１の窓において、前記窓は更に、
   窓の対象部側のための透明防護被いを備えている。
4. 請求項１の窓において、前記窓は更に、
   窓の対象部側に透明防護被覆を備えている。
5. 請求項１の窓において、前記窓は更に、
   前記セットの対象部側にトゥーウェイ鏡を備えている。
6. 請求項１の窓において、前記窓は更に、
   前記セットの観察部側にトゥーウェイ鏡を備えている。
7. 請求項１の窓において、前記窓は更に、
   前記セットの対象部側に中性フィルタを備えている。
8. 請求項１の窓において、前記窓は更に、
   前記セットの観察部側に中性フィルタを備えている。
9. 請求項１の窓において、前記窓は更に、
   前記窓の対象部側に擬装グラフィックスを備えている。
10. 秘密監視のための方法であって、前記方法は、
    直線に偏光された光を作り出すために、入射光をある軸に沿って偏光し、
    前記直線に偏光された光を円形に偏光された光に変換し、
    前記円形に偏光された光を反射する、行程からなる。
11. 請求項１０の方法において、前記方法は更に、
    外部を透明被覆で防護する、行程を備える。
12. 請求項１０の方法において、前記方法は更に、
    外部を透明被いで防護する、行程を備える。
13. 請求項１０の方法において、前記方法は更に、
    均一吸収フィルタで光を濾光する、行程を備える。
14. 請求項１０の方法において、前記方法は更に、
    外部を擬装グラフィックスで擬装する、行程を備える。
15. 請求項１０の方法において、前記方法は更に、
    対象部によって検知されない波長の光を対象部に照射し、
    そのような波長の光の使用に適した検知器で対象部を検知する、行程を備える。

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