JPS61249197A

JPS61249197A - センサ−装置

Info

Publication number: JPS61249197A
Application number: JP60091588A
Authority: JP
Inventors: 始大坂; 純一池田
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1985-04-27
Filing date: 1985-04-27
Publication date: 1986-11-06
Also published as: JPH0412878B2

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】産業上の利用分野本発明は、暗視野警報装置と測長装置もしくは速度検出
装置とを具備したセンサー装置に関するものである。

従来の技術従来、夜間の警備など暗闇を監視する装置として、赤外
線を利用したいわゆる暗視野警報装置があった。すなわ
ち、発光部から照射された赤外線を遠く離れた受光部が
受け、発光部と受光部の間を何物かがしゃ断すると受光
部でこれを検知するか、あるいは発光部から照射さた赤
外線が何物かに当たって反射してくる赤外線を受光部で
検出して、警報を発するものである。

この暗視野警報装置においては、発光部として一般にＧ
ａＡｓ発光ダイオード！ガ用、−いられ、波長１μｍ前
後の近赤外線が使用されている。また、受光部で赤外線
をとらえる赤外線センサーとして、例えばＰｂＴ＋Ｏｉ
などの焦電性材料、ＰｂＳ、　ＩｎＳｂなどの赤外光導
材料が用いられているが、これはゲルマニウム、シリコ
ンなどからなる受光窓の内側に保護され、赤外線はこの
受光窓を透過して赤外線センサーに到達する。

一方、遠く離れた物体あるいは移動体までの距離を測定
する装置として、マイクロ波を発して物体からの反射波
をとらえ、この反射波の位相から距離を算出するパルス
レーダがある。また、移動体の検知あるいはその移動速
度を検出する装置としては、電磁波や超音波を用いたド
ツプラー効果、すなわち反射波の周波数変化量から速度
を算出するドツプラーレーダがある。

ところが、近年のレーザ技術の進展、特にエネルギー効
率が高く、数十Ｗから数十ＫＷまでの大出力が得られる
炭酸ガスレーザの開発に伴って、波長１Ｏ０６μｍの遠
赤外線を用いたパルスレーダおよびドツプラーレーダが
考案されている。

発■が解”しようとする問題点暗視野警報装置に、パルスレーダが有する測長機能もし
くはドツプラーレーダが有する速度検出機能が備われば
、非常に有効である。ところが、これらの機能を付加す
ることによって装置の開口部が複数段けられ、装置が大
型化すれば、その設置場所や設置方法に制限を受けると
いう問題を生じ、さらに装置の移動が困難になるという
問題も生じる。

そこで、暗視野警報と測長あるいは速度検出、移動体検
知の各機能を兼ね備え、かつ小型のセンサー装置の実現
が望まれているが、そのためには、センサー装置の開口
部を一つとし、内部に、暗視野警報のための近赤外線セ
ンサーおよび測長、速度検出又は移動体検知のためマイ
クロ波あるいは遠赤外線センサーを設置し、開口部に設
けられた窓を通して暗視野警報用の波長１μｍ程度の近
赤外線と、測長あるいは速度検出、移動体検知用のマイ
クロ波あるいは遠赤外線を照射又は受光、受信する必要
がある。また、゛このように異なる測定に異なる波長の
電磁波（光及び電波）を使用することは、測定用電磁波
相互の干渉を防止するためにも必要である。

しかしながら、従来の暗視野警報装置の受光窓の材料で
あったゲルマニウム、シリコンは、波長１μｍを含む近
赤外域（波長０．７６〜２．５μｍ）の透過率は高いが
、炭酸ガスレーザの波長１０．６μｍを含む遠赤外域（
波長２．５μｍ以上）の透過率が低く、またマイクロ波
域も通過し難いという透過スペクトルを有している。そ
のため、ゲルマニウム、シリコンからなる受光窓を用い
ると、マイクロ波および炭酸ガスレーザ光のエネルギー
の大部分が受光窓で吸収されてしまう。従って、マイク
ロ波センサー右よび遠赤外線用センサーでとらえられる
エネルギーはわずかなものとなるので高感度の測長ある
いは速度検出、移動体検知を行なうことが困難である。

そこで、本発明の目的は、暗視野警報の機能と測長もし
くは速度検出・移動体検知の機能が備った新しいセンサ
ー装置を提供しようとするものであり、高感度の測定、
検出を可能とする窓材料を提供することにある。

問題点を　決するための手段本発明のセンサー装置は、第１、第２のセンサーに共通
の開口部を設け、この開口部に窓板を設置し、その窓板
を、第１及び第２のセンサーの検知波長域の両方に対し
て透過性な材料で構成したものである。本発明の好まし
い態様においては、窓板がＺｎＳから構成されている。

さらに、第２のセンサーがマイクロ波センサーであって
、ＺｎＳからなる窓の厚さがマイクロ波センサーに検出
されるマイクロ波のＺｎＳ中における波長の半分の整数
倍にほぼ等しい値となっている。また、第２のセンサ−
は炭酸ガスレーザ光用センサーであってもよい。

庇月 □　　このような構成にすることによって、波長１μｍ
程度の近赤外線は第１のセンサーに、マイクロ波又は遠
赤外線は第２のセンサーにそれぞれ感知させることがで
きる。従って、第１のセンサーによって暗視野の監視が
可能となり、第２のセンサーによって測長もしくは移動
体検知、速度検出が可能となる。

この２つの機能をコンパクトなセンサー装置として具備
するためには、近赤外線から遠赤外又はマイクロ波域ま
でを通過させる窓材料が重要である。遠赤外線、特に波
長１０．６μｍ付近まで通過させ、かつマイクロ波も通
過させる材料は、はとんど知られていなかった。我々の
実測からＺｎＳは、近赤外線からマイクロ波までを効率
よく通過させることをはじめて確認した材料である。

第３図に厚さ６ｍｌｌ１のＺｎＳ板の赤外光域での透過
スペクトルを示す。

この図から明らかなように、ＺｎＳは波長が約１５μｍ
よりも短い赤外線域を透過させ、特に炭酸ガスレーザ光
の波長１０．６μｍ付近では高い透過率を示している。

また、第１表に３種類の厚さのＺｎＳ板の周波数６　（
ｌＪｚ、　１２ＧＨｚに対するマイクロ波特性を示す。

ただし、ε、は比誘電率、ｔａｎδは誘電率の損失係数
である。このように各厚さのＺｎＳ板とも各周波数帯に
おいて損失係数が小さい、すなわち損失されるエネルギ
ーが小さいのでマイクロ波が効率よく透過されることが
わかる。

第１表また、ＺｎＳ中における使用マイクロ波の波長λは数ｍ
ｍ〜数十ｍ１ｌｌであり、開口部の窓に用いられるＺｎ
Ｓ板の厚さとほぼ同程度であるので干渉の現象が無視で
きない。すなわち、第４図・においてＺｎＳ板に入射す
るマイクロ波は上面３５で反射波３１を生じ、またこの
上面３５を透過した波は下面３４で再び反射して反射波
３２となって返ってくる。従って、ＺｎＳ板による合成
反射波３３はこの反射波３１と３２の和で表される。い
ま、上面３５と下面３４での反射係数は良く知られたよ
うに位相が反転して等振幅逆位相となるので、干渉によ
り合成反射波３３が最小になる条件は、反射波３１と３
２との伝播距離の差が波長の整数倍であることであり、
次式で与えられる。

２ｄ＝ｎλ　　　・・・・（１）ただし、ｄ：２ｎｓ板の厚さ λ：マイクロ波のＺｎＳ中の波長ｎ：整数従って、（１）式よりＺｎＳ板の厚さｄがマイクロ波の
ＺｎＳ中での波長λの半分の整数ｎ倍であるときに最も
効率よ＜　Ｚｎ　Ｓ板がマイクロ波を透過させることに
なる。

なお、ＺｎＳ板内での多重反射を考慮した解析において
も同様の条件が得られる。

比誘電率ε、を用いて周波数６８Ｈｚ、　１２ＧＨｚに
おけるＺｎＳ中のマイクロ波の半波長λ／２を求めると
、それぞれほぼ９．０ｍｍ、　　４．５ｍａ＋となり、
第１表の各試料厚９．０ｍｍ、　１８．０ｍｍ、　２６
．９ｍｍは（１）式を満足させる値に設定されている。

なお、ＺｎＳ板の厚さｄの変化による赤外線の透過スペ
クトルはあまり変化しない。したがってＺｎＳ板の厚さ
ｄは、使用マイクロ波の周波数ｆによって決定される。

すなわち、測長もしくは移動体検知、検出として炭酸ガ
スレーザ光を用いる場合にはＺｎＳ板の厚さｄは任意の
値でよい。

実施例以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

実施例１第１図は本発明の一実施例にかかるセンサー装置の開口
部の構成図である。窓１はＺｎＳからなり、赤外線およ
び′イク°波を透過すｔとともに赤外線センサー２、マ
イクロ波センサー３を保護する。

そして、その厚さは約９、Ｏｍｍである。赤外線センサ
ー２として電荷結合素子（ＣＣＤ）を用いた。

ホルダー４は窓１の支持用部材である。ＧａＡｓ発光ダ
イオードによる波長１μｍ程度の赤外線および６Ｇ）ｌ
ｚのマイクロ波を用いて実験した結果、夜間１００　ｍ
離れた物体を赤外線センサーによって感知し、この１０
０　ｍの距離をマイクロ波センサー３によって測定する
ことができた。

実施例２第２図は第２の実施例の開口部の構成図である。

この第２の実施例は第１図の実施例においマイクロ波セ
ンサー３の代わりに炭酸ガスレーザ光用センサー５を設
置したものである。炭酸ガスレーザ光用センサー５は波
長１０．６μｍ付近に特に高い感度を有している。炭酸
ガスレーザによる波長ＩＯ３６μｍの赤外域レーザ光お
よびＧａＡｓ発光ダイオードによる波長１μｍ程度の赤
外線を用いて実験した結果、夜間１００ｍ程度離れた物
体を赤外線センサー２によって感知し、この１００　ｍ
の距離を炭酸ガスレーザ光用センサ・−５によって測定
することが可能であった。

なお、上記実施例１．２ではマイクロ波あるいは炭酸ガ
スレーザ光を用いて距離測定を行なったが、速度検出、
移動体検知を行なっても同様の効果が得られる。

また、上記実施例では、暗視野警報用赤外線センサーの
ためにＧａＡｓ発光ダイオードを使用したが、ＩｎＰ発
光ダイオード、ＧａＳｂ発光ダイオード、ＣｄＳｎ　Ｐ
　２発光ダイオードなどの発光波長の異なる発光ダイオ
ードを使用することもできる。

更に、距離測定等に使用するマイクロ波は、Ｇｔｌｚ帯
を使用しているが、他の波長域も使用可能である。ただ
し、マイクロ波の波長が長くなると、窓板の厚さを厚く
しなければならないので、それに伴い減衰も大きくなる
。そこで、窓板が余りに厚くならない範囲で使用マイク
ロ波を決定する。

また、距離測定等に使用する遠赤外線レーザは、炭酸ガ
スレーザに限らず、Ｎ、０１ＣＮ、ＮＨ３などの気体ガ
スレーザやＰｂ５ｎＳｅＴｅやＰｂ５ｎ　Ｓ　Ｓｅなど
の半導体レーザも使用することができる。

更に、上記実施例の１つでは、暗視野警報用に近赤外光
を使用し、距離測定等に遠赤外光を使用しているが、そ
れを逆にして、暗視野警報に遠赤外光を使用し、距離測
定等に近赤外光を使用してもよい。

発明の詳細な説明したように本発明によれば、暗視野警報の機能と
ともに、対象物までの距離あるいは移動体の速度を高感
度で測定、検出できる機能を有し、かつ小型のセンサー
装置痴実現される。

従って、本発明によるセンサー装置を夜間の暗視野警報
装置に応用してビル管理などを行なえば非常に有効であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例にかかるセンサー装置の開口
部の構成図、第２図は他の実施例の構成図、第３図はＺ
ｎＳの透過スペクトル、第４図はＺｎＳ板によるマイク
ロ波品干渉を説明する図である。（主な参照番号）ｌ・・窓、　２・・赤外線センサー、３・・マイクロ波センサー、　４・・ホルタ−１５・・
炭酸ガスレーザ光用センサー特許出願人　　住友電気工業株式会社代　理　人　　弁理士　　新居　正彦第５１６図２赤外線センサー３マイクロン皮センサー４ホルグ− 第３図波　長　　〔μ請〕通過波

Claims

【特許請求の範囲】

（１）赤外線域にある第１の波長域を最高感度波長とす
る第１のセンサーと、電波域及び赤外線域を含む波長範
囲において前記第１の波長域と異なる第２の波長域を最
高感度波長とする第２のセンサーとを備えたセンサー装
置において、１つの開口部と、該開口部に設けられた窓板とを有し、
該窓板は、前記第１及び第２の波長域において透過性の
材料でつくられており、前記第１、第２のセンサーがそ
れぞれ前記開口部の内側に設置されていることを特徴と
するセンサー装置。
（２）前記窓板がＺｎＳで構成されている特許請求の範
囲第１項記載のセンサー装置。
（３）前記第２のセンサーがマイクロ波センサーである
特許請求の範囲第１項記載のセンサー装置。
（４）前記窓板がＺｎＳで構成されている特許請求の範
囲第３項記載のセンサー装置。
（５）前記窓板の厚さは、前記マイクロ波センサーの使
用マイクロ波の該窓板中における波長の半分の整数倍に
ほぼ等しい値である特許請求の範囲第３項または第４項
記載のセンサー装置。
（６）前記第２のセンサーが炭素ガスレーザ光用センサ
ーである特許請求の範囲第１項または第２項記載のセン
サー装置。