JPS5873829A - 放射測定器械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、可視及び赤外スペクトルにおける放射輝度及
び放射照度の遠隔測定を行うための器械に関する。

地上標的の反射率の計測は遠隔検知プログラムの重要な
部分である。特に、波長に対する反射率の変化は、１つ
の標的を別の標的から識別するのにしばしば利用される
「スペクトル記号」となる。

ニューシーラント物理技術研究所の遠隔検知部は、１９
７３年以来、標的反射率の地上計測を行っている。最近
まで使用してきた器械は、ランＦサット・サテライト・
マルチスペクトル写つの領域内寸操作する市販のＩ地上
放射測定器であ、１″１・、。

つた、少なくとも理論的には、この地上器械でとらえた
計測値を、Ｍ８８画像から得られる対応の放射輝度レベ
ルと比較することは可能である。これまでランドサット
帯綾地上放射測定器を使って。

農地、森林、放牧地、水、その他の地上の特徴のスペク
トル反射率、即ち波長に対する反射率の変化の計測が行
われている。これらの計測は、ランドナツト画像と航空
機によるマルチスペクトル写真とからそれらの特徴を分
析及び分類するのを容易にしていた。

放射測定器はまた。航空機におけるマルチスペクトル写
真の正確な露出を決めるのに利用される。

また入射放射の強度を計測する放射照度アダプタを使っ
て、大気が各ランドナツト画像に与える影響を調査でき
、そしてそれらの計測からランドナツト画偉処理のため
の一連の修正ファクタが得られていた。

２、設計思想 前記遠隔検知部でこれまで使用してきた放射測定器は幾
つかの、父、、、、点があった。ニンパス７及びランド
、ッ、Ｄ、）よ族最近。遠隔検知ｆｆ、イ。

は、ランドナツトＭ８Ｂより広いスペクトル帯域をカバ
ーし且つそのＭ８Ｂ帯域より狭いスペクトル帯域内の放
射エネルギーを計測できる検知器械を備えている。

実際上の点から、計測の成るものに対してはランドナツ
ト地上放射測定器は余り理想的でないことが知られた。

放射測定器の成るものはケーブルで結合される幾つかの
モジュールで構成されるが。

これらモジュールは全て一緒にし、て操作者が運ばねば
ならず、そして包装及び輸送するのにかさばったものに
なるのである。典型的には、各スペクトル帯域の計測は
、操作者が光学フィルタを切換え、そして利得レベルを
変えることによって逐次的に行われる。この方法による
と、４つの読取りのシーケンスを行うのに数分間要する
。当地及びオーストラリアにおける計測が示す所では、
その時間内で入射放射強度は著しく変化することがある
。航空機で使用する場合、１つの計測から次の計測まで
の間のそのような時間経過が許されないことは明らかで
ある。

それらの理由から１本発明では、上記のような問題点の
多くを克服し、そして本来の地球資源利用から遠く離れ
た仕事分野まで充分応用できる融通性をもった放射測定
器を設計した。

そこで本発明は、少なくとも１つの計測システムを備え
、可視及び赤外スペクトル内の１つまた１ｒ゛ はそれ以上のスペクトル帯域で標的から放射または反射
される放射の強度を測定及び記録するための器械におい
て、その薗１の構成において、２つの孔によって規準さ
れる１０度から３０度の範囲内の視界と、この主視界を
取囲む０．２度から１度の間に置かれる半影とを有する
器械で構成される。

本発明は上記の如く構成されると共にまた。添付図面を
参照して後述づるような実施例の構造を目的とする。

本発明の一般的な設計思想は以下の如く要約できる。

２４．１重蓋及び電力 本発明の目的は１片手で持ち、照準し、そして操作でき
る単一モジュールの小型ポータプル器械を作ることであ
った。その結果、持運びに便利なように取外し自在の杷
手を備える「ピストル」型の設計になった。Ｓぎストル
グリップ上の引金を使って計測システムの作動を行う、
　ＣＭＯＢエレクトロニクスの使用によって、小型乾電
池から電力供給される寿命の長い操作を行えるようにな
った。

２．２オゾチクス 新しいサテライト器械は７つまたはそれ以上のスペクト
ル帯域をもつことになろう。そこで本発明では、各帯域
通過が高品質干渉フィルタによって決められる８帯域放
射測定器を設計した。それらフィルタは特定の注文仕様
に合わせて簡単に変更できる。

８個の別々の光学システムが、８個の検出器及び８個の
予増幅器と共に使用される。このことは全ての計測と読
取りが実質的に同時に行われることを意味する。各光学
チャンネルが管１の一方の端部に非常に小さい孔３と検
出器５を、そして他方の端部に大きな孔７を備支たもの
で構成される。

それら孔は広い視界を作る（本発明の器械では２０度の
視界）。この計測態様において器械は狭い範囲で広がる
標的を見るのに使用されるので。

視界の縁に小さな半影９ができてもよい。

８個の単一要素平凸レンズ１１を含む、クリップ留めレ
ンズプレートを、その各レンズの焦点が小孔３の面に合
うようにして、入射大孔Ｔの前部に取付け【もよい。こ
れは視界をずっと狭くしく典型的には１度）、小さな寸
法の標的の放射輝度を計測できるようにする。透過率と
反射損失とを一定のレベルに保てば、レンズプレートの
代りに適当な平ガラス窓１３を備えるようにしても。

成る放射輝度の標的による信号は、それら２つの操作態
様において同じものになる。

保膜窓１５が、計測すべき放射の通路内に塵埃その他の
物質が入るのを防ぐ。それは両方の構成ともに、また全
てのスペクトル帯域に対して備えられるので、視界が変
えられたときに計測値を変えることはない。

バッフル１１が％内の乱反射を少な（する。

別のクリップ留め前部プレートが、全放射照度計測を行
えるようにする半透明スクリーン（図示せず）Ｋよって
構成される。全放射照度は地表における全入射放射の値
であり、そして標的反射率の計算に必要なものである。

２．６エレクトロニクス 過去における１つの問題点は、計測の各シリーズの前及
び最中の各放射測定器の範囲、ゼロ、及び利得の標準化
が必要なことであった。それらの調節は野外では困難で
あり、誤差が生じ易い。本発明では信号処理チャンネル
に非常に高い安定性を与えることを０指している。これ
は全ての利得及びゼロ制御装置をプリセットできるよう
Ｋし。

野外での調節の必要をなくす。予増幅の後、各信号はデ
ジタル化されてデジタル記憶装置（図示せず）内に記憶
され、そして操作者が元に戻って４デジツトＬＣＤデイ
スプレイ（図示せず）上で読むことができる。広い範囲
のディスプレイ（０−９９９９）は範囲切換えの必要を
なくす。記憶装置は、操作者が器械の照準を付は始動す
るときの各読取りを記録する必要をなくす。

放射測定器の第１変化形は、最大波長１１００ナノメー
トルまでの可視及び近赤外スペクトルをカバーする検出
器５を用いる。これはスペクトルの反対部分、即ち反射
太陽光の遠隔検知の多くに適用できる。

例えば表面温度の遠隔検知のような、スペクトルの放射
部分に応用する場合、いろいろな検出器と透過オゾチク
スとを使用しなければならない。

放射測定器の第２変化形では、４つのチャンネル内で高
温電気検出器とゲルマニウムレンズとを用い、１から１
２ミクロメートルのスペクトルをカバーする。ピロ電気
検出器は過渡信号にだけ応答し、そして通常、入ってく
る放射が回転または振動チョッパにより、単一周波数に
より、「さい断」される条件において用いられる。チョ
ッパとこれに付随する信号処理エレクトロニクスは高価
であり、そして小さなスペースで簡単に包装することは
できない。本発明の新規な方法によれば、信号シャッタ
を用いて計測時に４つの検出器を開き、これによって過
渡信号を１秒以内でサンプルに取リ、デジタル化し、そ
して記憶装置内に記憶させる。こうして単一の器械で４
００　ｎｕから１２ミクロメートルまでのスペクトルを
カバーできる放射測定器が発明された。

、２．５遠隔検知用例 この８チヤンネル放射測定器は遠隔検知において広い範
囲に利用できる。そこでニューシーラントで行われた用
例を下記に要約する。

２．５．１航空機及びサテライト画像データと比較する
ための地上標的のスペクトル放射輝度の計測。

２．５．２航空機ｉルチスベクトル写真の露出の決定。

２．５．５最初米国で開発された検証済み技術を使って
の農地及び牧場のバイオマスの計測。

２．５．４大気を通る放射照度の計測、従って大気密度
及び汚染レベルの監視。

２．６その他の用例 本発１″′計思想″１・多少９．変更を”え″。とによ
り、遠隔検知分野以外の様々な用途にまで広げることが
できる。

２．６．１温度計測 温かいまたは高温の「黒体」からの放射は、黒体６”−
高温になる程各波長の放射が増大し、そして温度増大と
共にピーク放射の波長が青の方へ移っていくという厳密
に決定されている法則に従う。

波長の関数としての放射率が知られている何等かの実表
面について、異なるスペクトル帯域での２つまたはそれ
以上の放射計測から、その温度を測定できる。それら計
測の相対値が知られれば。

その結果を放射／波長分布関数の形に当てはめるととに
よって温度を計算できる。

放射測定器の１つの変化形は、４帯域から放射計測値を
選択し、それらの結果を分布関数に当てはめることによ
り温度を求め、そしてこの結果を直接ディスプレイに表
わすように設計されたアル♂リズムをもったマイクロプ
ロセッサを備える。

この考え方は研１究所において証認された。

２．６．２個色　′□ １［ 本発明の器械の多チヤンネル容量は１例えば彩色パネル
のような着色表面のルーチン計測の応用を可能にする。

本発明はさらに、農業、製造業。

及び鉱業における製品の品質管理への利用も１指してい
る。

原型器械の主要な構造体はアルミニウム合金バーと押出
しセクションとから機械加工された。将来ケーシングの
成るものにはプラスチックを使えるようになろうが、プ
ラスチックの多くはズにクトルの中間赤外領域では透明
になるので、前端部光学ブロックには使えないであろう
。

全てのスペクトル帯域に紅いて確実な視界を作るため、
オゾチクスを収容する８個のバレルを正確に整合させ、
２つの孔付きプレートを精密に位雪決めしなければなら
ない。それはバレルは４個ずつ２列に並べられ、それら
の直ぐ後に検出器／予増幅器が−ドが装架される。全て
のエレクトロニクスと後部パネルとは、光学ゾロツクに
取付けられるサブフレーム上に装架される。　ＬＣＤデ
ィスプレイを視るための窓を持った矩形管の形のカバー
がその組立体上に嵌められる。

電池パックもサブフレーム上に取付けられ、そしてカバ
ーを取外し、好適には全ての回路ボードを露出させて器
械の試験を行うことができる。ピストルグリップ把手は
標準的な映画カメラ把手の形にされ、引金が押しロッド
と結合される。この押しロッドによって器械体部内のマ
イクロスイッチを作動する。従って外部の電気接続は必
要ない。

把手は標準的なねじコネクタによって器械に結合される
。これによって必要なときには器械に６脚台を取付ける
ことができる。

３．２照準 この器械の照準は、器械側部に装架される特別な設計の
照準望遠鏡によって行われる。この望遠鏡は倍率が１で
あり、そして操作者の視界を器械の前部から後部へもっ
てくるのに使われる。それは２０度の視界と１度の視界
とを作る装置を備える。望遠鏡を備える設計の特徴は製
作費を安くできることである。この望遠鏡設計は別の特
許出願の主題である− ３゜３検出器整合 検出器チップはＴｏ−５カン内に収納され、そして機械
的軸心からずらされる。器械内に挿入する前にそれらチ
ップは合金リング２３内にエポキシ樹脂によって固定さ
れ、そして顕微鏡によって上記軸心上に心出しされる。

３゜４フイルタ及び孔組立体 放射測定器で使用される帯域通過フィルタ１Ｓは多層干
渉型のものであり、厚さが著しく異なる。

それらフィルタは光学組立体内の２つの孔３と１との間
に設置される。従ってレンズゾレートが用いられる場合
、その焦点はフィルタの厚さによって変わる。標準的な
バレル長さを使えるようにするため、本発明では、フィ
ルタと小孔とを備える嵌込みカプセル２１を用いるよう
にしている。このカプセルはその孔を元軸上の正確な焦
点に位置決めする。フィルタを交換す、る場合、完全な
カプセルを簡単に挿入すればよい。□ ６．５エレクトロニクス ＰＩＮ光ダイオード検出器は最適なドリフト一定性のた
めにゼロバイアスモードで操作される。予増幅器は非常
に高いドリフト安定性を有する集積チョッパ安定型のも
のである。

放射測定器が自動的に操作しているとき、予増幅器の出
力は増幅してアーナログーデジタル変換器へ送られる（
第５．５項参照）。器械後部のつまみホイールによシ操
作者が接近できるランダムアクセス記憶装置によって８
つの値が記憶される。引金方式を使って操作者は器械を
オンに切換え、照準し、そして引金を引く。これによっ
て４秒のシーケンスが作動される　最初の２秒は予増幅
器に電力を送シ、これを安定化させるのに使用される。

次の２秒で８つのチャンネルがサンプリングされ、デジ
タル化され、そしてこの結果が記憶される。

器械電力の８０％以上が予増幅器に使われるから、これ
ら予増幅器を計測シーケンス時にのみ作動さ、　　　い
： せることは電池の寿命を５倍以上長くする。

本発、。。！””！＊＊ｗや、操、□、３゜操作中つま
みホイールによって選択される任意のチャンネルを連続
的にディスプレイに表示できる。

４、校正及び機能チェック 各チャンネルの利得は、適当な値のフィードバック抵抗
器によって粗セットし、そしてプリセットされたポテン
ショメータによって微調整するととＫよシ、各予増幅器
内にセットされる。入力回路が後のデータにおいてリセ
ットを必要としないだけ充分に安定しているという仮定
の元に、ゼロレベルは固定の抵抗器によってのみ作られ
る。温度に対するゼロドリフト及び温度に対する利得変
化の値が原型器械上で計測され、そして仕様の中に列挙
される。

４．２スペクトル応答性 各器械チャンネルのスペクトル応答性は、モノクロメー
タ−からの放射入力に対する器械の応答を観測すること
によって確立される。可視及び近赤外領域内のフィルタ
帯域幅は好適に２０ナノメートルとすることができる。

４．３視界及び整合 視界は、規準レンズの焦点におけるスリット光源を見な
゛がら、回転角度に対する器械出力をプロットすること
によりチェックされる。１度視界の場合、この計測はま
た、無限遠物体が孔に焦点を結ばれることをチェックす
るのに利用される。

チャンネルと望遠鏡との整合は、全ての入口孔をカバー
するに充分な寸法の規準レンズの焦点におけるスリット
または点光源を利用することによって確立される。規準
された光源は無限遠になるから、光源を１・度の視界に
走査させることにより全てのチャンネルからの確実な応
答が得られる。

４．４絶対校正 スペクトル応答性が知られたら、放射測定器を有効な限
度内で校正することができる１、器械出力は、光源のス
ペクトル放射輝度に、各波長における器械のスペクトル
応答性を乗じることによって作られる曲線の下の面積に
比例する。

絶対校正は、スペクトル放射輝度の知られている標準的
なランプを用いて、硫酸バリウム表面のような反射率の
知られている標的を照射することによって行われる。器
械によって見られる放射輝度は、２つの曲線の積を積分
することにょシ計算できる。

放射測定器：　　　　　２５０ｘ１４２ｘ５１關把手：
　　　　　　　　１１７ｍ５ｃ長（取外し自在）重量：
ｏ、８ゆ ５．２光学仕様 視界＝　　　　　　　２０度 クリップ留めレンズプレー トで１度 余弦アダシタで余弦応答 （第５．５項参照） ポインティング精度：０．０５７度（チャンネル「０」
に対する７つのチャ 、： ンネルの平均）。

；、′ ＜０．．１一度全チヤンネル。

照準＝　　　　　　　２０度の望遠鏡及び１度のリング
サイト フィルタ：　　　　　用途に応じて選択される帯域幅及
び通過帯域 ５．３電気仕様 ｈ／Ｄ変換器：　　　　　１４ビツトレゾリュージョン
サンプリング時間：　「自動」態様で４秒「連続」態様
で１２５ミリ 秒 ディスプレイ型式：　液晶 ディスプレイ範囲：　　０−９９９９ 電池：　　　　　　　６×９ＶＡ２１６電池電池寿命：
　　　　　間欠使用で１００時間５．４温度安定性 温度範囲：　　　　　　０−５５℃ ゼロドリフト：　　　　＜０．５デジツト／’Ｏ／チヤ
ンネル 利得：　　　　　、　　７５％Ｆ、８．Ｄ、において、
′１．　　　＜１ｒＰ７）／’Ｃ！／チャ′１、ｊシ、
、、　　ネル ５．５操作態様 自動：　　　　　　　引金操作によるサンプリングと記
憶（４秒サイクル時 間） 連続＝　　　　　　　１チヤンネルのみ（つまみホイー
ルで選択可能） スタンバイ：　　　　低電流ドレイン−結果を記憶装置
内に保持 光学＝　　　　　　　２０度、１度放射輝度態様１８０
度余弦放射照度態様

【図面の簡単な説明】

第１図は第１構成における計測システム（光学部分）の
概略断面図、第２図は第２構成における同様な図面であ
る。 １・・・・・・・・・管、３・・・・・・・・・小孔、
５・・・・・・・・・検出器、７・・・・・・・・・大
孔、９・・・・・・・・・半影、１１・・・・・・・・
・平凸レンズ、１３・・・・・・・・・平が２ス窓、１
５・・・・・・・・・保線窓、１１・・・・・・・・・
バッフル。 代理人　浅　村　　　皓 外４名 ＦＩＧ　　２ 手続補正書（方式） 昭和へ２午ノイー月ｉ日 特許庁長官殿 １、事件の表示 昭和３し２年特許願第１．：Ｍ’７７　　号＆補正をす
る者 事件との関係　特許出願人 ４、代理人 ５、補正命令の日付 昭和、５７年／７月８ρ日 ６、補正により増加する尭明の数 ７、補正の対象 図面の浄１　（内？ｉ；こ変更なし） ＆補正の内容　　別紙のとおり

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ［１）　　少なくとも１つの計測システムを備え、可視
   及び赤外スペクトル内の１つまたはそれ以上のスペクト
   ル帯域で標的から放射または反射される放射の強度を測
   定及び記録するための器械において。 その第１の構成において、２つの？ＬＫよって規準され
   る１０度から３０度の範囲内の視界と、この主視界を取
   囲む０．２度から１′度の間に置かれる半影とを有する
   器械。 （２、特許請求の範囲第１項の器械において、ｍ第１４
   １１成よおい１．。オ、二、がヵ、１４、あれ、そして
   第２の構成において、２度以下の視界と無限遠に焦点を
   結ばれる物体儂とを検出孔に作るような形状の平凸レン
   ズが該ガラスシートに代えて備えられ、該平ガラスシー
   トと骸レンズとの透過度が等しいものとされる。器械。 （３）特許請求の範囲第１項の器械におい【、交換自在
   の干渉フィルタが該計測システムの通過帯域を決定する
   。器械。 （４）特許請求の範囲第１項の器械において、単一の制
   御装置によって制御されるそれぞれに独立した計測シス
   テムを各スペクトル帯域毎に使って１つ以上のスペクト
   ル帯域を同時に測定し、それら全ての帯域を１つの記録
   装置に記録する。器械。 （５）特許請求の範囲第１項の器械において、赤外帯域
   で操作“する該計測システムがそれぞれ一口電気検出器
   を備え、そして１つの器械に備えられるそれらシステム
   の全てに、１つまたはそれ以上の赤外帯域における強度
   を測定される放射がシャッタによって該検出器へ送られ
   るようにする装置が備えられ、核シャッタは、計測すべ
   き放射を通すように開き、そして該ピロ電気検出器が要
   求するサンプリング時間の終りに閉じる。器械。 （６）′特許請求の範囲第１項の器械において、いろい
   ろな波長で行われる放射輝度の観測値を黒体分布と比較
   するコンぎユータを備え、これによって。 相対的でしかない測定値から標的の温度を推定する器械
   。 （７）特許請求の範囲第１項の器械において、ｌ＋測プ
   サイクル中みに該゛器械の高電流消費部分に電力が供給
   される、器械。