JPS62203071A - 赤外センサ装置 - Google Patents
赤外センサ装置Info
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/02—Constructional details
- G01J5/06—Arrangements for eliminating effects of disturbing radiation; Arrangements for compensating changes in sensitivity
-
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- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/60—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using determination of colour temperature
- G01J5/602—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using determination of colour temperature using selective, monochromatic or bandpass filtering
- G01J2005/604—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using determination of colour temperature using selective, monochromatic or bandpass filtering bandpass filtered
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- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
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。
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、高温な環境にめって焔や煙を通して物体を認
識する赤外センサ装置に関するものである。
識する赤外センサ装置に関するものである。
従来の技術
人間の眼に感じる光は、紫色から赤色の可視光と称せら
れる領域であシ、波長で表わすと個人差はあるが、およ
そ３５０〜７００ｎｍの範囲である。
れる領域であシ、波長で表わすと個人差はあるが、およ
そ３５０〜７００ｎｍの範囲である。
波長３５０ ｎｍ以下は紫外線領域であり、また波長７
００ ｎｍ以上は赤外線と分類されいずれも人間の眼に
は感じない領域である。赤外線も更に長波長領域では熱
線として放射される。赤外線は波長が長くなれば透過性
がよくなシ例えば、霧や煙の雰囲気中でも比較的減衰さ
れずに遠距離まで到達することが知られている。
００ ｎｍ以上は赤外線と分類されいずれも人間の眼に
は感じない領域である。赤外線も更に長波長領域では熱
線として放射される。赤外線は波長が長くなれば透過性
がよくなシ例えば、霧や煙の雰囲気中でも比較的減衰さ
れずに遠距離まで到達することが知られている。
吊器の温度変化を、抵抗変化あるいは電荷量変化などの
物理量として検知する「熱型検出器」と、赤外光を光量
子として検知する「量子型検出器」がある。
物理量として検知する「熱型検出器」と、赤外光を光量
子として検知する「量子型検出器」がある。
熱型検出器には、素子の冷却不要な焦電型検出器があり
、代表的なものには、弗化ビニリデン（ＰＶＦ２ ）フ
ィルム、硫酸グリシン（ＴＧＳ）単結晶薄板、弗化ベリ
リウム酸グリシン（ＴＧＦＢ）、重水素硫酸グリシン（
ＤＴＧＳ ）、重水素弗化ベリリウム酸グリシン（Ｉ７
ｒ０′Ｂ）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉ０ａ ）焼結体など
がある。量子型検出器には、Ｓ １−、 Ｉ ｎＳｂ
−、Ｈｇ Ｃｄ Ｔｅなどの半導体素子がある。
、代表的なものには、弗化ビニリデン（ＰＶＦ２ ）フ
ィルム、硫酸グリシン（ＴＧＳ）単結晶薄板、弗化ベリ
リウム酸グリシン（ＴＧＦＢ）、重水素硫酸グリシン（
ＤＴＧＳ ）、重水素弗化ベリリウム酸グリシン（Ｉ７
ｒ０′Ｂ）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉ０ａ ）焼結体など
がある。量子型検出器には、Ｓ １−、 Ｉ ｎＳｂ
−、Ｈｇ Ｃｄ Ｔｅなどの半導体素子がある。
これらの赤外線検出器を用いて像センサ装置として応用
する場合走査方式によって、機械走査型、固体走査型、
電子ビーム走査型の３種に分類でき、それぞれサーモグ
ラフィ、赤外検出器をＣＣＤにオンチップしたモノリシ
ック型、焦電型撮像管等が代表的なものである。いずれ
のセンサ装置も対象とする被写体からの赤外像を検出器
の上に結像して電気信号に変換するパッシブ型（受動型
）である。パッシブ型の場合、被写体からの赤外線の放
射がなければ像として検出できない欠点がある。一方、
被写体に積極的に赤外線を照射し、その反射光を検出す
る方式のアクティブ型（能動型）のセンサ装置もある。
する場合走査方式によって、機械走査型、固体走査型、
電子ビーム走査型の３種に分類でき、それぞれサーモグ
ラフィ、赤外検出器をＣＣＤにオンチップしたモノリシ
ック型、焦電型撮像管等が代表的なものである。いずれ
のセンサ装置も対象とする被写体からの赤外像を検出器
の上に結像して電気信号に変換するパッシブ型（受動型
）である。パッシブ型の場合、被写体からの赤外線の放
射がなければ像として検出できない欠点がある。一方、
被写体に積極的に赤外線を照射し、その反射光を検出す
る方式のアクティブ型（能動型）のセンサ装置もある。
第３図は、アクティブ型赤外センサ装置の一例テあシ、
赤外レーザ光を走査しながら被写体に照射し、被写体か
らの反射光を赤外線検出器で受けて電気信号に変換して
像として可視化するものである。赤外線放射素子１から
の赤外線を偏向器１２で二次元に偏向し、対象物４に照
射する。対象物４からの反射光は、レンズ等の集光器１
６で集光され、赤外線検出器２に導かれ、電気信号に変
換後、信号処理装置１８で信号処理されＴＶモニタ１９
で映像される。
赤外レーザ光を走査しながら被写体に照射し、被写体か
らの反射光を赤外線検出器で受けて電気信号に変換して
像として可視化するものである。赤外線放射素子１から
の赤外線を偏向器１２で二次元に偏向し、対象物４に照
射する。対象物４からの反射光は、レンズ等の集光器１
６で集光され、赤外線検出器２に導かれ、電気信号に変
換後、信号処理装置１８で信号処理されＴＶモニタ１９
で映像される。
最近、暗視下の物体の可視像化や各種災害下での情況把
握の必要・性が高まって来ている。特に火災現場におけ
る火点の検知、焔で覆われた中の物体や設備の破損情況
、人命救助のための周辺情況把握などに赤外センサ装置
の活用が検討されている。しかしながら、十数百度の焔
に近づけても適確に動作する赤外センサ装置は、まだ存
在しない。
握の必要・性が高まって来ている。特に火災現場におけ
る火点の検知、焔で覆われた中の物体や設備の破損情況
、人命救助のための周辺情況把握などに赤外センサ装置
の活用が検討されている。しかしながら、十数百度の焔
に近づけても適確に動作する赤外センサ装置は、まだ存
在しない。
一般に黒体の表面から放射されるエネルギの波長分布、
最大放射量の波長、全放射エネルギ量は、黒体の温度で
決まシ、それぞれブランクの法則、ウィーンの変位側、
ステファン・ボルツマンの法則で示される。
最大放射量の波長、全放射エネルギ量は、黒体の温度で
決まシ、それぞれブランクの法則、ウィーンの変位側、
ステファン・ボルツマンの法則で示される。
（１）ブランクの法則（放射エネルギの波長分布）Ｗλ
：単位面積、単位波長当り放射さ れるエネルギ（Ｗ／ｃゴ・μｍ） λ ：波長 、 Ｔ：絶対温度 ｈ ： ブランクの定数、 Ｃ：光速ｋ ： ボルツ
マンの定数 （２） ウィーンの変位側（最大放射量）λｍＴ＝
２８９７．８ ）ｍ・Ｋ （２）λ
ｍ＝ ある温度の黒体の放射する 最大の波長 （３） ステファン・ボルツマンの法則Ｗ＝σ・Ｔ４
（３）Ｗ： 黒体の単位
表面積から放射されるエネルギ（Ｗ／ｃｍ２） σ： ステファン・ボルツマン定数 （５，６７Ｘ Ｉ Ｆ１２Ｗ／ａｍ２− Ｋ４）これら
の関係をまとめたものが第４図で示される黒体放射エネ
ルギーの波長分布図である。この図から例えば火災現場
等を想定すると相当幅広い波長分布の赤外光が放射され
ておシ、シかもその周辺においても輻射熱により非常に
高温な環境となっていることが推定される。ところが前
記のパッシブ型およびアクティブ型の赤外センサ装置は
、安定に動作する通常の温度上限は７０℃程度であるの
でそのままでは熱のため破損してしまうことが容易に理
解される。
：単位面積、単位波長当り放射さ れるエネルギ（Ｗ／ｃゴ・μｍ） λ ：波長 、 Ｔ：絶対温度 ｈ ： ブランクの定数、 Ｃ：光速ｋ ： ボルツ
マンの定数 （２） ウィーンの変位側（最大放射量）λｍＴ＝
２８９７．８ ）ｍ・Ｋ （２）λ
ｍ＝ ある温度の黒体の放射する 最大の波長 （３） ステファン・ボルツマンの法則Ｗ＝σ・Ｔ４
（３）Ｗ： 黒体の単位
表面積から放射されるエネルギ（Ｗ／ｃｍ２） σ： ステファン・ボルツマン定数 （５，６７Ｘ Ｉ Ｆ１２Ｗ／ａｍ２− Ｋ４）これら
の関係をまとめたものが第４図で示される黒体放射エネ
ルギーの波長分布図である。この図から例えば火災現場
等を想定すると相当幅広い波長分布の赤外光が放射され
ておシ、シかもその周辺においても輻射熱により非常に
高温な環境となっていることが推定される。ところが前
記のパッシブ型およびアクティブ型の赤外センサ装置は
、安定に動作する通常の温度上限は７０℃程度であるの
でそのままでは熱のため破損してしまうことが容易に理
解される。
そこで、赤外センサ装置を常温に近い温度環境に保持し
ながら、火焔等の環境で使用するには、装置全体を耐熱
構造の容器に収納して外部環境がらしゃ断すると共に、
赤外センサ装置の放射口および受光口を赤外線のみが透
過できる例えばＧｅｚ Ｓ Ｉ ＸＧａＡｓＮａｃｌ、
Ｋｃｌ−、Ｚｎ５ｅ等の単結晶による固体の窓材でシ
ールすることが考えられる。
ながら、火焔等の環境で使用するには、装置全体を耐熱
構造の容器に収納して外部環境がらしゃ断すると共に、
赤外センサ装置の放射口および受光口を赤外線のみが透
過できる例えばＧｅｚ Ｓ Ｉ ＸＧａＡｓＮａｃｌ、
Ｋｃｌ−、Ｚｎ５ｅ等の単結晶による固体の窓材でシ
ールすることが考えられる。
発明が解決しようとする問題点
しかし、以上のような固体の窓材を使用した赤外センサ
装置においては、窓材の材料が高価であり、まだ単結晶
であるため大口径化が困難であり、シかも温度変化に対
する機械的強度が弱い等多くの問題点があった。本発明
は、従来技術の以上のような問題点を解決するもので、
低価格で大口径化が可能であり、かつ温度変化に対する
機械的強度にすぐれた窓材を耐熱装置に使用した赤外セ
ンサ装置を提供することを目的とするものである。
装置においては、窓材の材料が高価であり、まだ単結晶
であるため大口径化が困難であり、シかも温度変化に対
する機械的強度が弱い等多くの問題点があった。本発明
は、従来技術の以上のような問題点を解決するもので、
低価格で大口径化が可能であり、かつ温度変化に対する
機械的強度にすぐれた窓材を耐熱装置に使用した赤外セ
ンサ装置を提供することを目的とするものである。
問題点を解決するための手段
上記目的を達成するために、本発明は赤外センサ装置を
構成する赤外線放射素子と赤外線検出素子とを断熱壁で
囲み、この断熱壁に赤外線放射口および赤外線受光口を
設け、この赤外線放射口および受光口を耐熱性ガスで覆
うようにしたものである。
構成する赤外線放射素子と赤外線検出素子とを断熱壁で
囲み、この断熱壁に赤外線放射口および赤外線受光口を
設け、この赤外線放射口および受光口を耐熱性ガスで覆
うようにしたものである。
作用
上記の構成において、赤外線放射口子および受光１゛５
−ｉＲ気から熱的、にしゃへいされ赤外センサ装置が高
温以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説
明する。
温以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説
明する。
第１図は、本発明の実施例による赤外線センサ装置の原
理構成図である。赤外線放射素子１がら放射された赤外
線は、放射口３から対象物４に照射され、その反射光が
受光口６から赤外線検出素子２に導入され電気信号に変
換される。赤外線放射素子１および赤外線検出素子２は
、高温環境５がら保護するため、放射口３および受光口
６を耐熱ガス７で覆うように構成される。耐熱ガス７と
しては炭酸ガスもしくは水蒸気、またはこれらの混合ガ
スが用いられる。
理構成図である。赤外線放射素子１がら放射された赤外
線は、放射口３から対象物４に照射され、その反射光が
受光口６から赤外線検出素子２に導入され電気信号に変
換される。赤外線放射素子１および赤外線検出素子２は
、高温環境５がら保護するため、放射口３および受光口
６を耐熱ガス７で覆うように構成される。耐熱ガス７と
しては炭酸ガスもしくは水蒸気、またはこれらの混合ガ
スが用いられる。
８は、耐熱ガス発生装置である。９は放射口３および受
口光６を除いて赤外線放射素子１および赤外線検出素子
２を囲み熱的にじゃへいするだめの断熱壁である。
口光６を除いて赤外線放射素子１および赤外線検出素子
２を囲み熱的にじゃへいするだめの断熱壁である。
赤外線検出素子２の出力は信号処理装置１８に接続ｐ構
成比もほぼ一定であることは知られている。第２図は１
、大気の光の波長に対する透過率について、波長１μｍ
から１４μｍまでの特性を示したものである。この図よ
り、大気の窓と称される波長領域がいくつかあることが
わかる。その代表的なものは、波長３．５〜４．２μｍ
、８．３〜１３．３μｍの領域である。これとは逆に、
光が大気に吸収されて、はとんど透過しな′い領域もあ
シ、例えば波長２．５〜３．２μｍ ５．２〜７．６μ
ｍの赤外光は、大気中の水（水蒸気）により吸収され、
また波長４．２〜４．５μｍ１３．５〜１４．０μｍの
赤外光は大気中の炭酸ガスにより吸収される。
成比もほぼ一定であることは知られている。第２図は１
、大気の光の波長に対する透過率について、波長１μｍ
から１４μｍまでの特性を示したものである。この図よ
り、大気の窓と称される波長領域がいくつかあることが
わかる。その代表的なものは、波長３．５〜４．２μｍ
、８．３〜１３．３μｍの領域である。これとは逆に、
光が大気に吸収されて、はとんど透過しな′い領域もあ
シ、例えば波長２．５〜３．２μｍ ５．２〜７．６μ
ｍの赤外光は、大気中の水（水蒸気）により吸収され、
また波長４．２〜４．５μｍ１３．５〜１４．０μｍの
赤外光は大気中の炭酸ガスにより吸収される。
本発明は、これらのガスの赤外光に対する吸収特性を利
用して、特定の波長の赤外光を透過し、その他の波長の
赤外光をガスに吸収させることにより、赤外光の透過窓
を構成し、赤外線センサ装置を外部環境の熱から保護す
るものである。
用して、特定の波長の赤外光を透過し、その他の波長の
赤外光をガスに吸収させることにより、赤外光の透過窓
を構成し、赤外線センサ装置を外部環境の熱から保護す
るものである。
すなわち、第１図に示すように、゛波長１０．６μｍの
ＣＯ２レーザを赤外線放射素子１とし、ＨｇｃｄＴｅ化
合物半導体による赤外検出器を赤外線検出素子２として
、これらを断熱壁９で囲み、断熱壁９の一部に形外線検
出素子２で検出する。このとき、放射口３おｉよび受光
口６には耐熱ガス発生装置８からの耐熱ガ゛スが導入さ
れ、高温環境５がら受けだ熱エネルギー・を吸収後、赤
外センサ装置外へ放出され颯。一方対象物４へ照射され
、受光される赤外光は波長が１０．６μｍであるから耐
熱ガス７でさえぎられることはない。
ＣＯ２レーザを赤外線放射素子１とし、ＨｇｃｄＴｅ化
合物半導体による赤外検出器を赤外線検出素子２として
、これらを断熱壁９で囲み、断熱壁９の一部に形外線検
出素子２で検出する。このとき、放射口３おｉよび受光
口６には耐熱ガス発生装置８からの耐熱ガ゛スが導入さ
れ、高温環境５がら受けだ熱エネルギー・を吸収後、赤
外センサ装置外へ放出され颯。一方対象物４へ照射され
、受光される赤外光は波長が１０．６μｍであるから耐
熱ガス７でさえぎられることはない。
：赤外線検出素子２で検出された赤外光は、対象物、ま
での距離や形状など予め定められた対象物認識のための
所定の信号処理を信号処理装置１８で行ない、モニタテ
レビ１９にその信号処理結果を映像や文字などにより表
示する。
での距離や形状など予め定められた対象物認識のための
所定の信号処理を信号処理装置１８で行ない、モニタテ
レビ１９にその信号処理結果を映像や文字などにより表
示する。
放射口３および受光口６には常に新しい冷却された耐熱
ガスが補給されて耐熱ガスで覆われているので、高温環
境５から断熱壁９内に輻射熱が侵入することはなく、赤
外線放射素子１および赤外線検出素子２は高温環境５か
ら完全吸熱的に保護されている。
ガスが補給されて耐熱ガスで覆われているので、高温環
境５から断熱壁９内に輻射熱が侵入することはなく、赤
外線放射素子１および赤外線検出素子２は高温環境５か
ら完全吸熱的に保護されている。
以上のように本実施例によれば特定のガスが特定の波長
のみを透過し、その他の波長の光を吸収する特性を用い
て、ガスにより光の透過窓を構成することにより、高温
の環境から装置を保護することができる。
のみを透過し、その他の波長の光を吸収する特性を用い
て、ガスにより光の透過窓を構成することにより、高温
の環境から装置を保護することができる。
なお、上記実施例では、赤外線放射素子１と赤外線検出
素子２のみを断熱壁９で覆った構成について述べたが、
信号処理装置１８や耐熱ガス発生装置８なども断熱壁９
内に入れて熱的にじゃへいしてもよい。
素子２のみを断熱壁９で覆った構成について述べたが、
信号処理装置１８や耐熱ガス発生装置８なども断熱壁９
内に入れて熱的にじゃへいしてもよい。
また、第１図では赤外光を照射あるいは走査するた人で
きることはもちろんである。
きることはもちろんである。
パ二発明の効果
：ｊ゛：
ｉ；、、以上のように、本発明は赤外線放射素子と赤外
線す→出素子とを断熱壁で囲み、断熱壁に設けた赤外線
放射口および赤外線受光口を耐熱性ガスで覆った赤外セ
ンサ装置で、放射口および受光口を大口径にすることが
可能であり、またこれを覆う窓材も耐熱性ガスのため安
価であり、かつ温度変化に対゛する機械的強度−にもす
ぐれている。
線す→出素子とを断熱壁で囲み、断熱壁に設けた赤外線
放射口および赤外線受光口を耐熱性ガスで覆った赤外セ
ンサ装置で、放射口および受光口を大口径にすることが
可能であり、またこれを覆う窓材も耐熱性ガスのため安
価であり、かつ温度変化に対゛する機械的強度−にもす
ぐれている。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による赤外線検出装置の全体構成を示す
ブロック図、第２図は本発明の詳細な説明するための大
気の光透過特性図、第３図は従来の赤外線検出装置の構
成の一例を示すプロｙり図、第４図は黒体放射エネルギ
の波長分布特性図である。 １・・・・・・赤外線放射素子、２・・・・・・赤外線
検出素子、３・・・・・・放射口、６・・・・・・受光
口、７・・・・・・耐熱ガス、８・・・・・・耐熱ガス
発生装置、９・旧・・断熱壁。 −透週孝 〔％〕 −５皮長〔）Ｊｍ］ 黒、少トがＩ寸エネ１しギーの孕ｔ４ｃ浅ν市才４図
ブロック図、第２図は本発明の詳細な説明するための大
気の光透過特性図、第３図は従来の赤外線検出装置の構
成の一例を示すプロｙり図、第４図は黒体放射エネルギ
の波長分布特性図である。 １・・・・・・赤外線放射素子、２・・・・・・赤外線
検出素子、３・・・・・・放射口、６・・・・・・受光
口、７・・・・・・耐熱ガス、８・・・・・・耐熱ガス
発生装置、９・旧・・断熱壁。 −透週孝 〔％〕 −５皮長〔）Ｊｍ］ 黒、少トがＩ寸エネ１しギーの孕ｔ４ｃ浅ν市才４図
Claims (8)
- （１）赤外光を放射する赤外線放射素子と、前記赤外光
の対象物からの反射光を受光する赤外線検出素子と、前
記赤外線放射素子および赤外線検出素子とを囲む断熱壁
とを備え、前記断熱壁に設けられた赤外線放射口および
赤外線受光口を耐熱性ガスで覆ったことを特徴とする赤
外センサ装置。 - （２）赤外線放射素子より放射される赤外線の波長が８
μｍから１４μｍの間にある特許請求の範囲第１項記載
の赤外センサ装置。 - （３）赤外線検出素子が８μｍから１４μｍの波長の赤
外線にのみ感度を有する特許請求の範囲第１項記載の赤
外センサ装置。 - （４）赤外線放射素子がＣＯ＿２レーザである特許請求
の範囲第１項記載の赤外センサ装置。 - （５）赤外線検出素子がＨｇＣｄＴｅ化合物半導体を用
いた検出素子である特許請求の範囲第１項記載の赤外セ
ンサ装置。 - （６）耐熱ガスがＣＯ＿２ガスである特許請求の範囲第
１項記載の赤外センサ装置。 - （７）耐熱ガスがＣＯ＿２ガスと水蒸気の混合ガスであ
る特許請求の範囲第１項記載の赤外センサ装置。 - （８）耐熱ガスが水蒸気である特許請求の範囲第１項記
載の赤外センサ装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61044105A JPS62203071A (ja) | 1986-03-03 | 1986-03-03 | 赤外センサ装置 |
| US07/020,732 US4791299A (en) | 1986-03-03 | 1987-03-02 | Infrared ray sensing device |
| EP87301856A EP0236128B1 (en) | 1986-03-03 | 1987-03-03 | Infrared ray sensing device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61044105A JPS62203071A (ja) | 1986-03-03 | 1986-03-03 | 赤外センサ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62203071A true JPS62203071A (ja) | 1987-09-07 |
| JPH0433391B2 JPH0433391B2 (ja) | 1992-06-02 |
Family
ID=12682331
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61044105A Granted JPS62203071A (ja) | 1986-03-03 | 1986-03-03 | 赤外センサ装置 |
Country Status (3)
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|---|---|
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| EP (1) | EP0236128B1 (ja) |
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1986
- 1986-03-03 JP JP61044105A patent/JPS62203071A/ja active Granted
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1987
- 1987-03-02 US US07/020,732 patent/US4791299A/en not_active Expired - Fee Related
- 1987-03-03 EP EP87301856A patent/EP0236128B1/en not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4791299A (en) | 1988-12-13 |
| JPH0433391B2 (ja) | 1992-06-02 |
| EP0236128A2 (en) | 1987-09-09 |
| EP0236128B1 (en) | 1992-07-15 |
| EP0236128A3 (en) | 1988-09-21 |
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