ターゲットおよび／又は化学種のスペクトル特性を遠隔検知および／又は解析して検出および／又は特定するためのシステムおよび方法
【課題】廉価で、頑丈および単純な光学リモート・センシング装置を提供する【解決手段】システムは非常にポータブルであるが、固定してあるいはそれらの組み合せとして使用することができる。本方法およびシステムは、容積測定のターゲット化学種（個体、液体、あるいはガス）によって放射されあるいは吸収された放射線を分配し、アパーチャーし、変調し、そしてスペクトル解析する能力を備えている。放射線は、レンズ、レンズ、望遠鏡あるいは鏡のような単一の集光装置によってまず集められ、次いで、スペクトル識別コンポーネントを通じて複数の検知器に分配し、必要に応じて所望の検知および識別を達成するために孔を通過させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、ターゲットおよび/または化学種のスペクトルの特性を遠隔検知および/または解析するための、それらを検知して特定するための手段としての、方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
過去数年にわたって、光センサは、物理的な現象、化学な現象および生物学上の現象を遠隔測定するのに幅広く適用可能性であることが判明した。これらのセンサは、温度、圧力、力、流量、放射、液位、ペーハー、排気量、湿度、振動、歪み、回転、速度、磁界・電界、加速、音場に限定されないがこれらを含む幅広い変数を測定するのに用いることができ、また1つ以上の化学種の存在を検知しかつ識別するのに用いることができる。潜在的なこのように広い用途に加えて、光センサは多くの他の利点を有する。例えば、それらは多くの場合小さくてコンパクトであり、他のタイプのセンサより長寿命である。光センサは、さらに電磁障害に対して免疫のある傾向があり、電気的に分離することができ、しばしば高感度である。その結果、これらのセンサは、科学、エンジニアリングおよび医学の多くの分野において従来のセンサに取って代わるだけでなく、研究者達はユニークな特性を持つ新しい種類のセンサを作成し始めている。エンジニアリング、また、医学だが研究者は、ユニークな特性を持っている新しい種類のセンサを作成し始めている。リモートセンサーは、測定ターゲットに直接接触することを要求するものではなく、また化学品のサンプリングを要求するものでもないので、それらは短期間で大きな領域および体積をスキャンする能力がある。
【０００３】
多くの産業において光センサは実用的であり需要がある。幾つかの実例を挙げると、環境・大気のモニタリング、地球および宇宙科学への適用、産業的化学処理およびバイオテクノロジー、法の執行、ディジタル・イメージング、スキャニングおよび印刷がある。これらの確立した用途に加えて、特にセキュリティおよび安全を確保するために、危険なガスや他の物質を早期、受動的、かつ遠隔的に検知することが可能な装置と方法の必要性が確実に増加している。最近、これらのシステムの必要は世界中における化学戦争技術の普及によって高まり、かつ例えば化学工場に対する脅威などの国際テロ行為が増大すると、そのようなプラントの近くにおける大規模人口センターに悪影響を与えることがある。事実、危険な物質が放出される可能性があることは、軍隊に対してのみならず国内的にも今や深刻な懸念である。リモートセンサーが大量かつ迅速に実際に化学の雲に入ることなく検査する能力は、第１の応答者および法執行機関に明らかに利点を提供する。
【０００４】
受動型の遠隔検出器の開発は、農薬による環境汚染の他の形式はもとより産業および自動車の排気ガスの影響に関する高まる懸念のような、他の要因によっても駆り立てられている。遠隔型検出器も、地域および地球規模の住民の健康に影響を与えうる日々の環境問題について警告を識別して提供することはもとより、長期的な傾向をモニターし研究するために必要である。
【０００５】
大半のリモートセンサー(例えばライダーベースのシステム、フーリエ変換干渉計)はほとんどのこれらの検知目的に適合しうるが、それらは複雑で、高価で、大きく、重いものであった。廉価、非常にポータブル、かつ頑丈な装置という強いニーズを満たしていない。例えば、多くの国内のセキュリティ用途において、パトカーあるいは消防車が、事故現場にその乗組員によって運ばれて実際にそれを操作する者を危険にさらすことなく操作することができる、化学品用の敏感なリモートセンサーを装備することが望まれている。同様に、公共建築は、屋内であるいは戸外で放たれた化学品の脅威から占有者を保護する高度な警告を必要としている。そのようなセンサのコストは、地方自治体のニーズを満たさなければならず、かつその複雑さとトレーニングのレベルは、警官または消防士の能力に対応しなければならない。
【０００６】
廉価で、頑丈および単純なシステム(例えば差異吸収放射計-DAR)を提供するように設計されたいくつかの光学リモート・センシング装置においては、光を収集し、変調し、かつ複数の検出器へ分配する(つまり多重化する)方法が必要である。ここで、光は、Ｘ線、紫外線、可視、赤外線およびマイクロ波放射に限定されることはないがそれらを含む、あらゆる種類の電磁放射について記述するために使用される。そのようなアプリケーションでは、マルチプル検出器に、ターゲットの分光解析のために、異なるフィルタ(例えばバンドパス、ノッチ、ロング・パス、ショート・パス、回折、あるいは偏光子)がしばしば取り付けられる。さらに、多くのタイプの検出器は、レスポンス(例えば焦電検出器)を最適化しあるいはノイズを低減して周波数領域の復調によって検知されるようにすることにより検知能を増強するために、振幅変調信号を受信しなければならない。多重化、つまりマルチプル検出器への一致した視界(FOV)の提供は、マルチプル・レンズ、プリット・レンズ、あるいは偏光子またはスプリット・ミラーの様々な構成を使用することによって達成されうるものではあるが、これらの技術はそれぞれ、各検出器の光学部品の正確なアラインメントを要求するものであって、そのために複雑さとコストを増加させ、振動、穏やかなショック、温度差、音響などによってシステムにずれを生じさせやすくし、それによって意図したアプリケーションに不適切なものとする。廉価で、頑丈および単純なシステム(例えば差異吸収放射計-DAR)を提供するように設計されたいくつかの光学リモート・センシング装置においては、光を収集し、変調し、かつ複数の検出器へ分配する(つまり多重化する)方法が必要である。ここで、光は、Ｘ線、紫外線、可視、赤外線およびマイクロ波放射に限定されることはないがそれらを含む、あらゆる種類の電磁放射について記述するために使用される。そのようなアプリケーションでは、マルチプル検出器に、ターゲットの分光解析のために、異なるフィルタ(例えばバンドパス、ノッチ、ロング・パス、ショート・パス、回折、あるいは偏光子)がしばしば取り付けられる。さらに、多くのタイプの検出器は、レスポンス(例えば焦電検出器)を最適化しあるいはノイズを低減して周波数領域の復調によって検知されるようにすることにより検知能を増強するために、振幅変調信号を受信しなければならない。多重化、つまりマルチプル検出器への一致した視界(FOV)の提供は、マルチプル・レンズ、プリット・レンズ、あるいは偏光子またはスプリット・ミラーの様々な構成を使用することによって達成されうるものではあるが、これらの技術はそれぞれ、各検出器の光学部品の正確なアラインメントを要求するものであって、そのために複雑さとコストを増加させ、振動、穏やかなショック、温度差、音響などによってシステムにずれを生じさせやすくし、それによって意図したアプリケーションに不適切なものとする。さらに、これらの技術は、集めた放射の変調を提供せず、Nが検出器の数である場合、1/Nずつ利用可能な放射を縮小する。放射変調は、通常、既に複雑な多重システムに加えられなければならない、紡ぎ車またはおんさチョッパーによって、あるいは偏光モジュレータによって達成される。これら両変調技術は、変調サイクルの一部のための放射をブロックし、それによって収集および光マネージメント効率を低下させる。典型的な機械的変調器は50%のデューティサイクル(時間の閉じた50%)を使用する
【０００７】
したがって、当該分野において簡素で、頑丈でしかも廉価である、マスキング・システムによって連続的に検出器を照らし、かつバンドパス、ノッチ、ロング・パス、ショートパス、回折、あるいは偏光子のような部品をスペクトル的に分解することによって、検出器から集めた光信号を分散し、変調し、アパーチャリングし、スペクトル解析し、大きな単レンズの後にマルチプル検出器を置くことを含む同時多重化および変調のための方法およびシステムが望まれている。この場合、検出器は、十分な収集強度で、だがデューティサイクルのほんの少しの間だけ照射され、検出器が照射されないときにノイズが記録されることを防ぎながら、ターゲットからの放射によって個々の検出器が照射される間だけ、信号が記録される。また検出器を直線状に、環状、あるいはリング型配列(したがって隣接した検出器間のスペースが縮小される)に高密度にパックすることにより、連続照射の放射損失を、隣接した検出器間の小さなスペース内に放射しているときの期間のみに減少させることが可能である。以下の特許、特許出願および刊行物が、その内容がそっくりそのままレファレンスとしてここに組み入れられる。
【特許文献１】米国特許第6,111,248号
【特許文献２】米国特許第5,930,027号
【特許文献３】米国特許第5,585,62号
【特許文献４】米国特許第5,338,933号
【特許文献５】米国特許第4,980,547号
【特許文献６】米国特許第4,778,988号
【特許文献７】米国特許第4,669,817号
【特許文献８】国際公開第WO 00/55602号
【特許文献９】米国特許第5,479,258号
【特許文献１０】米国特許第5,128,797号
【特許文献１１】米国特許第4,790,654号
【特許文献１２】米国特許第3,955,891号
【特許文献１３】米国特許第6,057,923号
【特許文献１４】米国特許第5,210,702号
【特許文献１５】米国特許第5,319,199号
【特許文献１６】米国特許第5,371,367号
【特許文献１７】米国特許第5,401,967号
【特許文献１８】米国特許第5,489,777号
【特許文献１９】米国特許第5,498,872号
【特許文献２０】米国特許第6,064,488号
【特許文献２１】米国特許第5,886,247号
【非特許文献２２】「科学的な流出液のリモート・センシング用の最適化された差異吸収放射計(DAR)（Optimized Differential Absorption Radiometer (DAR) for Remote Sensing of Chmical Effluents）」、G. ラウファー、A.ベン=デービッド著、App. Opt. 41、2263-2273、2002年
【非特許文献２３】「化学の流出液のリモート・センシング用の冷やしていないLiTa03検出器ベースのディファレンシャル吸収放射計のデモンストレーションおよび評価」（Demonstration and Evaluation of an Uncooled LiTa03 Detector Based Differential Absorption Radiometer for Remote Sensing of Chemical Effluentsto be published, Opt. Eng. , 2004.）、S.K.オランダ、R.H.クラウス、G.ラウファー、著Opt. Eng. 2004年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、概ね、ターゲットを検知し識別するための手段としての、ターゲットの特性を遠隔的に検知し解析するための方法、および廉価、頑丈かつ単純なシステムに関する。このシステムは、人が持ち運べるようなものを含む(例えば、これらには限定されないが、携帯装置あるいは個人装備的なもの）ポータブルなものであっても良いし、あるいはある場所に固定され、または自動車に装備されたようなものであっても良い。本発明のある実施形態によれば、容積測定のターゲット化学種(固体、液体あるいはガス)あるいはターゲット表面によって放射された又は吸収された放射を、分配し、変調し、アパーチャーし、かつスペクトル解析するための、方法およびシステムである。放射は、レンズ、望遠鏡あるいは鏡のような単一の集光装置によってまず集められ、次いでにマルチプル検出器に分配されて、望まれる検知および識別がなされる。この種の配光および変調は、例えば、同時に入射信号を変調する間にマルチプル検出器が同じシーンを観察することを要求されるアプリケーションにおいて、有用である。本書を通じて述べる光は、これらには限定されないが、赤外線、遠赤外放射、マイクロ波放射、エックス線放射、紫外放射、可視放射、あるいは焦点を合わせることが可能なあらゆる放射を含む、あらゆる種類の電磁放射を含めるように解釈されるべきであると、認識されなければならない。
【０００９】
あるアプリケーションでは、各検出器はスペクトルのフィルタを装備しており、本発明の開示において記述されるようなこれらの検出器間で放射を分配することによって、ターゲット・エリアの多重スペクトル特性を測定することができる。時間依存変調は、周波数ドメイン、ゲーテッド又はウインドウド検知、および瞬間的な入力が必要な廉価な検出器(例えば焦電検出器)の使用を許容する。マルチプル放射線検出装置は、相互間に僅かなスペースあるいはほとんど物理的スペースが無い状態で、(例えば円板等の上の)環状的なパターン、リングパターン(つまり、円の内側あるいは外側に向かう）、あるいは直線状または曲線状配列のいずれかの状態に配列される。スピニングすなわち回転する鏡あるいはレンズ、軸のまわりで振れる鏡、あるいは直線的に振動するレンズあるいは検出器アレイは、これら検出器に入射する信号を分配するのに使用される。検知エリアの1つのセクションは空にしても良い。システムの操作が停止されるとき、過剰露光（例えば、これに限定されないが、太陽に面しているとき）からシステムを保護するために、鏡あるいはレンズが空のエリアの方へ向けられ（パークされ）ても良い。
【００１０】
各検出器は、回転あるいは振動サイクルの一部分だけ放射に露出されるので、各検出器の出力が変調される。アレイの検出器間のギャップが小さいか存在しなくても良いので、走査サイクル全体を通じて集光装置によって集められた大半の放射は、検出器アレイの作用面積に降りかかるなければならない。したがって、チョッパーに基づいたシステムと異なり、放射がチョッパー・ブレードによって通常はブロックされる場合、このシステムは集めた放射をほとんど完全に使用することが可能である。その後、同期復調プロセスは、時間ドメインにおいて信号を検出し、かつコンポジット信号から希望の信号(それは回転あるいは振動サイクルの既知の位相中の時間ドメインあるいは既知の回転あるいは振動サイクル周波数で周波数ドメインに位置する)を分けるために利用される。
【００１１】
本発明のある実施形態によれば、化学種、または他の望まれたあるいは必要なターゲット、またはターゲットおよび／または化学種の部分を遠隔受動検知するための統合された放射収集、変調および分配システムを提供する。ある側面では、本システムは1つ以上の化学種あるいは他のターゲットを、当該種あるいは他のターゲット自身で生成されたものとは独立した放射のアクティブソースなしで検知することができ、また、測定に使用された光学機器によって放射されたものからのターゲット種によって放射された放射を確実に分離することができる。
【００１２】
本発明のある実施形態の側面によると、リモート・センシング用のシステムおよび少なくとも1つのターゲットおよび/または化学種のスペクトル特性を遠隔的に検知し解析するシステムを含む。このシステムは以下を含む:a) 解析されるターゲットおよび/または化学種によって放射され、および／または散在され、および/または吸収された入射放射線を集めて焦点を合わせる集光装置、b) 集光装置から集めて合焦された放射線を、複数の検出器の少なくとも1つに向ける折り畳み光学エレメント、c)集めた放射線をスペクトル的に分解するための検出器のうちの少なくともいくつかの前の少なくとも1つのスペクトル的に識別する光学エレメント、d)前記検出器は、前記折り畳み光学エレメントとの相対的運動で、出力信号を生成し、またe)前記相対的運動を生成する駆動装置、f) 前記相対的運動の位相および周波数をモニターする装置あるいは方法、そしてg)、前記検出器によって生成された出力信号を復調するための、前記駆動装置と同期する、復調装置。
【００１３】
本発明のある実施形態には、リモート・センシング用のシステムおよび少なくとも1つのターゲットおよび/または化学種のスペクトル特性を遠隔的に検知し解析するシステムが含まれる。このシステムは以下を含む。a) 解析されるターゲットおよび/または化学種によって放射され、および/または吸収され、および/または散在された入射放射線を収集し、合焦し、そして複数の検出器のうちの1つに向かわせる集光装置、b)前記集めた放射線をスペクトル的に分解するための検出器のうちの少なくともいくつかの前の少なくとも1つのスペクトル的に識別する光学装置、c) 出力信号を生成する、前記集光装置と相対運動する、検出器、d) 前記集光装置と前記検出器との間で相対的運動を生成する駆動装置、e) 前記相対的運動の位相および周波数をモニターする装置あるいは方法、g)、前記検出器によって生成された出力信号を復調するための、前記駆動装置と同期する、復調装置。
【００１４】
本発明のある実施形態には、リモート・センシング用のシステムおよび少なくとも1つのターゲットおよび/または化学種のスペクトル特性を遠隔的に検知し分析する方法が含まれる。この方法は以下を含む。a) 分析されるターゲットおよび/または化学種によって放射され、および/または吸収され、および/または散乱された入射放射線を収集し合焦すること、前記収集および合焦は収集位置から行われる、 b)合焦した放射線を方向付ける、該方向付けは方向付け位置で行われる、c)スペクトル分析位置で集めた放射線をスペクトル分析する、該スペクトル解析は、ターゲットを識別するために使用することができるスペクトル署名を生成する、d)検知位置で、方向付けられスペクトル分析された放射線を検知する、前記方向付け位置および前記検知位置は、互いかに相対的運動し、前記検知は出力信号を生成する、e) 前記相対的運動の位相および周波数をモニターする、そしてf)前記出力信号を復調する。
【００１５】
本発明のある実施形態には、リモート・センシング用のシステムおよび少なくとも1つのターゲットおよび/または化学種のスペクトル特性を遠隔的に検知し分析する方法が含まれる。この方法は以下を含む。a) 分析されるターゲットおよび/または化学種によって放射され、および/または吸収され、および/または散乱された入射放射線を集め、合焦し、そして方向付ける、前記収集、合焦および方向付けは、収集位置で行う、b)スペクトル解析位置で集めた放射線をスペクトル解析する、前記スペクトル解析は、ターゲットを識別するために使用することができえるスペクトル署名を生成する、c)前記方向付けられたスペクトル解析された放射線を検知位置で検知する、前記収集位置および前記検知位置は、互いに相対的運動し、前記検知は、出力信号を生成する、d) 前記相対的運動の前記位相および周波数をモニターする、そしてe)前記出力信号を復調する。
【００１６】
さらに、前記方法およびシステムは、プロセッサーを含むものであっても良く、前記プロセッサは、前記検出器および/または復調装置から出力信号を受け取り、出力信号からバックグラウンド効果およびノイズを分離し、前記ターゲットおよび/または化学種の前記スペクトル特性を表わす総出力を提供すると共に前記ターゲットおよび/または化学種を検知しおよび/または識別するためにそれらの特性を使用する。この検知された、および/または識別されたターゲットおよび/または化学種は、有毒化学物質により、公衆、個人あるいは軍事施設、あるいは空間あるいは戸外が危険に晒されることを縮小させあるいは除去し、化学あるいは医学的製造工程をコントロールすることを可能にし、あるいは、プラントあるいは工場の排出、あるいは他の装置に起因する汚染あるいは他のプロセスをコントロールし、あるいは監視することを可能にする、ことのうちの少なくとも１つのために提供される。システムは、携帯装置(手のひら装置、スーツケース、パック、手首付属装置等)、携帯機器、マウントされた固定ロケーション、マウントされた車、あるいはマウントされたロボット、あるいはマウントされた人（ヘルメット、パック、ベルト、バックパック衣服、マウントされた武器等)として定義されるハウジング内に少なくとも部分的に配置することが可能である。モジュール間あるいはそれらの内部どおしを接続するコミュニケーションのために供給される信号は、様々なコミュニケーション・パスあるいはチャネルであっても良い、と認識されるべきである。そのようなインプリメンテーションとしては、特に制限されるものではないが、例えばハードウェア、半導体、集積回路、ワイヤ、ケーブル、光ファイバー、電話線、携帯電話リンク、RFリンク、赤外線リンク、ブルートゥース、あるいは他の通信チャネル等がある。
【００１７】
これらおよび他の目的は、ここに開示された発明の利点および特徴に加えて、口述する記述、図面および請求項からより明白になるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図1を参照すると、図1は、ターゲットのスペクトル特性を遠隔的に検知し、解析する、それらを検知、識別する手段としての、本発明システムの実施形態を概略図示するものである。システム10の実施形態は集光装置20を含んでおり、該装置は、ターゲットによって直接放射された入射放射線、あるいは解析されるターゲットおよび/または化学種11によって部分的に吸収された証明源からの放射線を収集し、合焦する。折り畳み光学エレメント30は、集光装置20からのこの収集されて合焦した放射線を検出器8のアレイ4に向ける。スペクトル的に識別する光学装置9は、収集された放射線をスペクトル的に分解する検出器8のうちの少なくともいくつかの前方、即ち光学通路にある。スペクトル的に識別する光学装置9としては、特に制限されるものではないが、例えば、帯域フィルター、ノッチフィルター、ロングおよびショートパス・フィルタ、回折エレメント、偏光子フィルタ、あるいはそれの組み合せ等を例示しうる。前記折り畳み光学エレメント30は、大きな反射角で傾けられた鏡であり、大きな反射角が、入射放射線1の軸光2を、図1で示されるように集光装置20の軸上合焦円錐から遠ざけて投影するのに必要な鏡の傾斜角として定義される。同様に、小さな反射角は、図2で示されるように集光装置20の軸上合焦円錐によって定義されるようなそれ自身のパスへ、入射放射線1の軸光2を投影する、鏡の任意の傾斜角として定義され、あるいは放射線を、放射線円錐の方へ内部へ面する敏感な検出エレメントが前記放射円錐に対して内側に向けられたリング状に構成されるアレイ上に配列された前記検出器に向けて反射する前記集光装置20の収集円錐から遠ざけて放射線を方向付けることが要求されあるいは求められる反射角（ｓ）として定義される。この構成により、検出器が入射する放射線をブロックすることはない。これらのマルチプル検出器8は、図示されあるいは後述するように、相互間に狭いスペースを隔ててあるいは物理的スペース無
しに、環状パターン、曲がったパターンあるいは直線配列で、配置することができる。この実施形態および本書の全体にわたって議論された実施形態に加えて、個々の検出器の数は増加しても減少しても良く、各種サイズとタイプのもので構成しても良いと、認識されるべきである。したがって、集光装置20によって集められた放射線が走査中に検出器8の少なくとも1つに連続して降りかかり、入射放射線1がほぼ完全に使用されるようにすることが好ましい。これにより、信号対雑音比と感度が向上する。開口装置12は必要なときのオプションであり、集光装置20のターゲット側(前方)あるいは集光相違の検出器側(後方)のいずれかに配置する。
【００１９】
ある実施形態では、1つの検出器(s)を、例えば時間の９０％あるいは必要な％で走査し、それから読み取りに十分な間、ビームを移動させ、次いで、当該ビームをその上に戻すことができ、それゆえ入射放射線をほぼ完全に使用することができる、と理解されなければならない。
【００２０】
検出器アレイと同様、本書で言及されたいずれのレンズ、鏡、開口装置、マスクあるいはフィルタも様々な形およびサイズを取りうると言うことが認識されるべきである。レンズ、鏡、フィルター、アレイの表面は、平面、あるいは曲面(凹面あるいは凸面)、対称あるいは非対称、その表面に複数の輪郭および面を持つものであっても良い。
【００２１】
本書を通じて述べるように、光は、これらに限定されないが、赤外線、遠赤外放射線、マイクロ波放射線、エックス線放射線、紫外放射線、可視放射線あるいは合焦しうる任意の放射線を含む、すべての種類の電磁放射を含むものと解釈されるべきである。実施形態では、検出器8および光学エレメント30が相対的運動中であるので、検出器8のアレイ上の放射線入射が変調される。この動きまたは回転は、Rとして示された回転矢印によって示されるように折り畳み光学エレメント30と連動した駆動装置6(あるいは他の希望の機構あるいは技術)によって生成される。あるいは、検出器アレイ4が回転しても良く(図示略）、あるいは光学エレメントと検出器アレイの両方が相対運動(図示略)しても良い。ソフトウェアあるいはハードウェア、あるいはそれらの組み合せのようなモニタリング装置またはモニタリングの方法25は、光学エレメント(および/または検出器アレイ)の位相および周波数をモニターするために、システムと、図１に示す実施例では駆動装置で、連動している。図1では、駆動装置6は光学エレメント30を駆動するものとして示されている。集光装置20および折り畳み光学エレメント30は、検知されるあるいは解析される種またはターゲット11によって放射され、あるいは通過された(即ち、放射され、分散さた、あるいは部分的に吸収された)放射線1のほぼすべてが、検出器アレイ4中の1つの検出器8上に一度に合焦するように配置されている、ということに注目すべきである。したがって、検出器アレイ4は、折り畳み光学エレメント30によって反射されたときに集光装置20の焦点面FPと一致あるいはほぼ一致するような集光装置20から離れた距離に位置している。要するに、ある1つの方法では、マルチプル検出器は、リング状パターン(あるいは適宜パターン)に配列され、鏡がその中心軸、即ち入射放射線1の焦点、の回りに回転したときに、ターゲット・シーン11の像がアレイ4上の検出器8に連続的に移動するように配置される。このようにして、ターゲットからの入射放射線は、全ての検出器が、光学エレメントあるいは鏡が完全に回転した後に像に露出されるまで、一度に1つの検出器に配達される。
【００２２】
駆動装置6は、入射放射線が合焦する個々の検出器を選択する。アナログあるいはディジタル・エンコーダを備えた、ディジタル制御モータ(例えばステップモータ)あるいは連続的なモータを使用することによって、放射線が検出器アレイ4中の所定の検出器8上で合焦する時間量あるいは検出器間の露光シーケンス(例えば、ある検出器へのスキップあるいは繰り返し露光)をコントロールすることができる。対称な一定の速度構成は、同じ量の時間だけ各検出器を照射する。しかしながら、他のアプリケーションでは、例えば、検出器のうちの1つのレスポンスが低い場合(あるいは望まれた時)、入射放射線は、他の検出器より長い期間、その検出器上で合焦しても良い。あるいは、検出器の1つ以上のセクションが所定の時間に露出されるようにしても良い。同様に、完全にいくつかの検出器をスキップし、必要ならば任意のサイクル中に二度以上いくつかの検出器を露出しても良い。さらに、検出器アレイ4の1つ以上のセクションを空のままに残しても良い。そのため、スペース空(例えば稼動中の検出器なしで)は、ギャップ(あるいは複数のギャップ)を定義し、センサが稼働中でない場合、その方向に光を向けることが可能である。本システムの操作を停止する場合、過剰露光が検知され、予想され、あるいは望まれる場合に、システムを保護するために、焦点が空のエリアに一致するように、折り畳み光学エレメントを向ける(「停止する」)ようにしても良い。各検出器8には、もしターゲット材中の異なる(例えば、多重スペクトル)特性の分析のために、(例えばバンドパス、ノッチ、ロングまたはショートパス、回折、あるいは偏光子)のようなスペクトルのフィルタのような、異なるフィルタを取り付けても良い。
【００２３】
その入射して、収集され、合焦され、変調されて方向付けられた放射線に応じて、アレイ4の検出器は、出力信号5を生成する。この信号は、折り畳み光学エレメント30あるいは検出器アレイ4のいずれかをある既知の周波数で移動させている駆動装置6で同期する、復調装置7によって復調される。同期信号は、モニター装置25あるいは他の代替手段によって復調装置7に供給される。この復調装置7は、2つの隣接したセンサの「オン」信号をモニターする最大2つのアナログ・ディジタル(A/D)コンバーターを使用して、必要な復調を遂行することができ、もう一つのコンバーターが、照射されていない「オフ」状態をモニターするために(配置如何によっては)必要とされる。2つのA/Dコンバーターが、2つの隣接したセンサのオン状態をモニターするのに必要かもしれない、というのは焦点位置が変更されるにつれて、合焦した放射線の部分は、センサ間間隔が放射線ビームサイズより著しく小さい光センサアレイ中の2つの隣接したセンサに降りかかる場合があるからである。これらのマルチプルA/Dチャネルは、入力チャネルマルチプレクサーを備えた単一のA/Dコンバーターで実行されても良い。放射線がそれらの上で合焦している間、検出器信号のサンプルが得られる。検出器をモニターする決定は、ステッパーモーターコントローラー即ちエンコーダの出力に基づくものであっても良い。遅いサンプリング速度で獲得される参考サンプルは、通常は合焦した放射線の露光直前に、検出器から得られる。その後、マイクロプロセッサーを、各検出器のターゲット照射基準信号間の差の加重平均を計算するために使用してもよく、これにより各センサに達する放射度に比例した使用可能なベースバンド信号出力が提供される。最後に、プロセッサ26等はシステムと連携して、必要に応じてあるいは検出器からの要求に応じて、信号を処理する。
【００２４】
集光装置20は、図示されるようなレンズ(例えば、屈折、フレネル(GRIN)、ホログラフィー等)であっても良いが、さらに鏡あるいは望遠鏡であっても良い。その集光装置は、軸ずれおよびオフ軸および望まれない放射線がセンサに入力されるのを防止するために開口が必要であるかも知れない。多くの様々な装置がそのようなものを提供するために使用することができ、例えば、開口装置は並列な光学伝送チャネルあるいは実質的に並列な光学伝送チャネルを有する。例えば、複数の並列な光学伝送チャネルを備えたプレートからなるハニカムは、レンズの直前あるいは直後に置いても良い。これらのチャネルの幅および長さを選択することによって、ハニカムによる視界は、センサの視界と一致させることができ、それにより、軸ずれした放射線を遮断して軸が一致した放射線の損失を最小限にする。
【００２５】
これに代えて、開口状の孔がある不透明な円板あるいは他の成形された部材からなるマスクを、折り畳み光学エレメント30に付けても良い。このマスクは、集光装置20の後ろの入射放射線1によって形成された放射線円錐がその開口によって中断されなく通過する一方、軸ずれした放射線がブロックされるように配置される。折り畳み光学エレメント30にマスクを取り付けることによって、それと共に移動することが可能となり、それによって、同相開口マスキングが提供される。
【００２６】
多くの異なる構造物を、前記折り畳み光学エレメント30として使用することができる。例えば、折り畳み光学エレメント30として、大きな反射角で傾けられ、検出器8のリングアレイの中心に配置された鏡を用いることができる。この種の光学エレメントは図1に示されているる。駆動装置6は鏡あるいは検出器アレイ4のいずれかを移動させることができ、希望する分配および変調を提供する。本書で言及された鏡は、必要あるいは要求に応じて様々な反射角に設定され、集光装置20の収集円錐の外部に配置された検出器に照射するものであると、理解されなければならない。
【００２７】
次に、図2に移って、図2は、ターゲットのスペクトル特性を遠隔的に検知および/または解析しそれらを検知、識別する手段としての本発明システムの実施形態を図示する。集光装置20は、(入射放射線1を受け取る)折り畳み光学エレメント30と光学的通信状態にあり、該光学エレメントは、入射されて合焦された放射線が集光装置20の背後に配置された環状検出器アレイ4における検出器8のうちの1つに向けられるように駆動装置6あるいは必要に応じて他の機構によって回転駆動される、小さな反射角で傾斜された、反射鏡31を含んでいる。この構成では、検出器アレイ4は集光装置20より小さく、したがって、入射する合焦した放射線のほんの少しだけをブロックする。スペクトル的に識別する光学装置9は、収集された放射線をスペクトル的に分解するための少なくとも幾つかの検出器8の前あるいはその光学通路中に配置しても良い。スペクトル的に識別する光学装置9のいくつかの例としては、これらに限定されるものではないが、帯域フィルター、ノッチフィルター、ロングおよびショートパス・フィルタ、回折フィルタ、偏光子フィルタなどが挙げられる。鏡31は、Rとして示された回転矢印によって示されるように、駆動装置6によって回転され、あるいは、それに代わって、検出器アレイ4が回転され（図示略)、あるいはそれら両方が回転するものとしても良い（図示略)。例えば、検出器は、焦点近傍の軸光のラインの回りを回転するだろう。ソフトウェアあるいはハードウェアあるいは、それらの組み合せのようなモニタ装置25またはモニタリング方法は、光学エレメント(および/または検出器アレイ)の位相および周波数をモニターするためにシステム10と連携している。最後に、望まれるように、プロセッサ26等は、必要に応じてあるいは検出器からの要求に応じて、信号を処理するためにシステムと連携している。開口装置12は必要なときあるいは要求された場合のオプションであり、集光装置20のターゲット側(前方)あるいは同集光装置20の光学エレメント側(後方)のいずれかに置くことができ、また固定されていても良く、あるいは鏡31と共に回転するものとしても良い。
【００２８】
図示していないが、検出器はレンズの前方である必要がないと認識されるべきである。むしろ、鏡は、ビームを循環させると共に、角度を付けることによって、ビームを入射放射線円錐のライン外に(レンズ側に外れて)傾斜させてもよい。
【００２９】
次に、図3に移って、図3は、ターゲットのスペクトル特性を遠隔的に検知および/または解析しそれらを検知、識別する手段としての本発明システムの実施形態を図示する。折り畳み光学エレメント30は、駆動装置6あるいは必要に応じて他の機構によって回転された多面鏡32であっても良い。鏡は、矢印Ｒで示されるように、回転されても良い。検出器8は、半円あるいは曲成されたアレイ4に、駆動装置6が多面鏡32を回転させたときに、放射線
が、順次、各検出器8に合焦するような位置となるように、配置されている。スペクトル的に識別する光学装置9は、収集された放射線をスペクトル的に分解するための少なくともいくつかの検出器8の前方あるいは光学パス上に配置されている。スペクトル的に識別する光学装置9の例としては、これらに限定されるものではないが、帯域フィルター、ノッチフィルター、ロングおよびショート、フィルタ、回折フィルタ、偏光子フィルタなどを例示することができる。ある手法においては、スピニング多面鏡が、各検出器が光学システムの焦点面FP内あるいはその近傍に位置するように、曲面上に配置された検出器のアレイに放射線を合焦させるために使用される。この構成によると、比較的遅い鏡回転数で迅速な変調が可能である。さらに、検出器を放射線パスの外部に配置しても良く、それによって、入射放射線がブロックされるのを防止できる。
【００３０】
次に、図4に移って、図4は、ターゲットのスペクトル特性を遠隔的に検知および/または解析しそれらを検知、識別する手段としての本発明システムの実施形態を図示する。図1ないし3で既に議論した実施形態とは異なり、追加されてもいいと認識されるべきではあるが、折り畳み光学エレメントは特に含まれていない。システム10は、検知あるいは解析される種またはターゲット11によって放射された放射線1を収集し、合焦し、そして検出器8のアレイ4に方向付ける集光装置21を備えている。検出器8は、環状に形成されたアレイ4あるいは必要に応じてあるいは要求された他の形に配置されている。集められた放射線1を直接各検出器に方向付けることによって、図4に示す集光装置21は、例えば図1で同様に図示された集光装置および折り畳み光学エレメントの両方の役割を満たす。スペクトル的に識別する光学装置9は、収集された放射線を分配するための少なくとも幾つかの検出器8の前方あるいは光学パス内にある。スペクトル的に識別する光学装置9のいくつかの例として、これらに限定されるものではないが、帯域フィルター、ノッチフィルター、ロングおよびショート、フィルタ、回折フィルタ、偏光子フィルタなどを例示することができる。開口装置12は必要なときあるいは要求された場合のオプションであり、集光装置21のターゲット側(前方)あるいは同集光装置の後方のいずれかに置くことができ、また固定されていても良く、あるいは集光装置21と共に回転するものとしても良い。再び、検出器アレイ4は、集光装置21の焦点面FPと一致するか実質的に一致する、集光装置21から離れた位置に配置されている。以下に、詳しく議論される手法では、環伏の検出器アレイ4は、オフ軸焦点を備えたレンズの焦点面に置かれ、レンズは、環伏の検出器アレイの軸と一致するレンズに垂直な軸のまわりに回転される。この手法の利点は、これらに限定されるものではないが、スピニング・レンズは平面(例えばフレネルあるいはホログラフィーのレンズを使用する場合)であっても良く、角度を付けられて回転する鏡を使用する配置のレベル以下の空力抵抗を減少させる。別の利点は、光学エレメントの数を角度を付けられて回転する鏡を使用する配置における数以下に減少させることにある。軸ずれ合焦は、１以上の軸ずれ焦点を備えたホログラフィーレンズを使用し、あるいは１以上の軸焦点を備えたフレネルレンズを使用するなど、様々な方法で達成することができる。
【００３１】
検出器アレイ4が集光装置21と相対的運動するので、検出器アレイ4に到達する放射線が変調される。上述したのとおそらく同じ特性を持つ駆動装置6は、この相対的運動をもたらす。駆動装置は、回転矢印Ｒで示されたように集光装置21を回転させ、あるいは検出器アレイ4を回転させ(図示略)させある両方を回転させる(図示略)。図4では、駆動装置6は集光装置21に接続されたものとして示されている。
【００３２】
一度放射線にさらされると、検出器8は、上述した方法と同様に作動する復調装置7に向けられた出力信号5を生成する。集光装置21としては様々な異なる構造物を使用することができる。図4では、集光装置21は、駆動装置6によってそれ自身の中心軸のまわりを回転する、オフ軸焦点14を備えたレンズである（線形焦点のオフセットを備えた、図4に示すように、レンズのFPが収集された放射線を検出器上に位置するようにして連続して回転する限り、さらに角をなしてオフセットされても良い)。レンズ21の中央の回転軸15は、参照符号14として示されたレンズ焦点軸を持つ検出器アレイ8の中心軸17と一致しており、それは、レンズ21によって合焦されたソース放射線1が、一度に検出器8の一つに入射する(あるいは必要に応じて、あるいは要求されたシーケンスで）。あるいは、図示していなが、集光装置、レンズ21および検出器アレイ4は、同様に配置することができる。しかし、レンズ21は固定しても良く、また、検出器アレイ4は駆動装置6などによってその中央の回転軸17の回りに回転するものとしても良い。
【００３３】
次に、図5に移って、図5は、ターゲットのスペクトル特性を遠隔的に検知および/または解析する、それらを検知、識別する手段としての本発明システムの実施形態を図示する。集光装置20はここでもレンズ22である。この実施形態では、レンズは中心軸焦点14を持っている。スペクトル的に識別する光学装置9は、収集された放射線を分配するための検出器8の少なくともいくつかの光学パスの前方、あるいはその光学パスの中に配置される。スペクトル的に識別する光学装置9の例としては、これらに限定されるものではないが、帯域フィルター、ノッチフィルター、ロングおよびショート、フィルタ、回折フィルタ、偏光子フィルタなどを例示することができる。放射線を変調し各検出器8へ分配するために、検出器アレイ4の中央の回転軸17と一致する駆動装置6によってレンズの光学的に中心から外れた軸15のまわりで、Rとして参照符号が付けられた回転の矢印によって示されるように、このレンズ22が回転される。あるいは、図示は省略したが、レンズ22および検出器アレイ4は、同様の方法で配列しても良い。しかし、レンズ22は固定しても良く、所望する変調を生成するために駆動装置6によって検出器アレイ4をその中心軸17の回りに回転させてもよい(あるいは、レンズとアレイの両方を回転させても良い)。開口装置12は、必要なときあるいは要求された場合のオプションであり、集光装置のターゲット側(前方)あるいは同集光装置の後方のいずれかに置くことができ、また固定されていても良く、あるいは検出器アレイ4と共に回転するものとしても良い。
【００３４】
次に、図6ないし7に移って、図6および7は、ほぼ図1および2に対応するものであり、ターゲットのスペクトル特性を遠隔的に検知および/または解析する、それらを検知、識別する手段としての本発明システムの実施形態であって、ピボットの回りの角度の振動(旋回あるいは回転に対立するものと異なる)の顕著な特徴を有し、そのために検出器アレイおよび集光装置間あるいは折り畳み光学エレメント間の相対的運動を提供するものを図示する。図6に戻って、折り畳み光学装置30(例えば鏡)あるいは集光装置20(例えばレンズ)は、ピボット・ポイントPあるいは参照符号Ｏが付された矢印で示されるようなピボット軸(そのようなピボット軸は、折り畳み光学装置の光軸と必ずしも一致しない)の回りに角をなして振れる。あるいは、リニアディテクタ・アレイ4は、検出器の中心をつなぐラインに沿って参照符号ＯＬが付けられた破線矢印によって示されるように横に振動しても良い。さらに、光学の装置30あるいは集光装置20、およびリニアディテクタ・アレイ4の両方が、振動するものとする(図示略)ことも考えられる。従って、本書の全体にわたって議論されるような側面は、図6に等しくあるいは実質的に適用されるものであると認識されるべきである。開口装置12は、必要なときあるいは要求された場合のオプションであり、集光装置20のターゲット側(前方)あるいは同集光装置の後方のいずれかに置くことができ、また固定されていても良く、あるいは開口がビームを追跡する必要に応じて折り畳み光学エレメント22と共に振動するものとしても良い。
【００３５】
図7(A)ないし7(B)に移って、折り畳み光学装置30(例えば鏡)は、ピボット・ポイントPあるいはOとして参照符号が付けられた矢印によって示されるようなピボット軸の回りに角をなして振れる。鏡は、図7(A)-(B)に示されるように小さな反射角で傾けられても良く、あるい中立位置にある場合、集光装置20の光軸に垂直であっても良い。図7(Ａ)に概略的に示されるように、ピボット・ポイントPあるいはピボット軸は図面に対して実質的に平行に配置されている。これに代えて、リニアディテクタ・アレイ4は、OLとして参照符号が付けられた破線矢印によって示されるように検出器の中心を結ぶ線に沿って横に振動するものとしても良い。しかるに、図7(B)に概略的に示されるように、ピボット・ポイントPあるいはピボット軸は図面に対して垂直に配置されている。これに代えて、OLとして参照符号が付けられた破線矢印によって示されるように、リニアディテクタ・アレイ4は、検出器の中心を結ぶ線に沿って横に振動するものとしても良い。さらに、折り畳み光学装置30およびリニアディテクタ・アレイ4の双方ともに、振動するものとする(図示略)ことが考えられる。従って、本書の全体にわたって議論されるような側面は、図7に等しくあるいは実質的に適用されるものであると認識されるべきである。開口装置12は、必要なときあるいは要求された場合のオプションであり、集光装置20のターゲット側(前方)あるいは同集光装置の後方のいずれかに置くことができ、また固定されていても良く、あるいは折り畳み光学エレメント22と共に振動するものとしても良い。
【００３６】
次に、図8および9に移って、図8および9は、ほぼ図4および5に対応するものであり、ターゲットのスペクトル特性を遠隔的に検知および/または解析する、それらを検知、識別する手段としての本発明システムの実施形態であって、アレイ4上の検出器8の中心を結ぶ線に対して平行な線にそって集光装置20が直線振動する(旋回あるいは回転に対立するものと異なる)顕著な特徴を有し、そのために検出器アレイおよび集光装置あるいは折り畳み光学エレメント間の相対的運動を提供するものを図示する。OLとして参照符号が付けられた矢印によって示されるように、集光装置20(例えばレンズ)は横に振動する。これに代えて、OLとして参照符号が付けられた破線矢印によって示されるように、リニア検知アレイ4は、検出器8の中心を結ぶ線に沿って横に振動しても良い。さらに、光学装置あるいは集光装置、およびリニア検知アレイの両方が、振動するもの(図示略)も考えられる。従って、ここに開示した態様は、図8および9にも等しく適用することができると認識されるべきである。開口装置12は、必要なときあるいは要求された場合のオプションであり、集光装置のターゲット側(前方)あるいは同集光装置の後方のいずれかに置くことができ、また固定されていても良く、あるいは集光装置20と又は検出器アレイ4と共に振動するものとしても良い。
【００３７】
ここに記述した全ての分配方法およびシステムを適用すれば、所望の入射信号のほぼ100%が検出器8に配達され、人によって搬送されながら操作されるとき、あるいはヘリコプター、ロボット、無人飛体のような車両から操作されたときにのように、センサーが動いている場合でさえも、ほぼ同じシーンを各検知器8が見る。
【００３８】
分配に加えて、入射放射線の変調は、上述の方法およびシステムを使用して達成される。ある実施形態では、鏡、レンズあるいは検出器アレイがその焦点が検出器と一致しない位置へ回転されたときの検出器からの信号は、参照、すなわちオフ信号を提供し、一方、FOVの中の入射放射線に起因する信号、すなわちオン信号は、焦点が検出器と一致する場合に達成される。しかしながら、安定した基準信号を保証するためには、オフ軸入射放射線は、ブロックされ、あるいは隙間を通過され、変調のサイクルの基準部分中の検出器への反射あるいはターゲット・エリアの望まれない部分への露出が妨げられなければならない。このブロッキングは、レンズあるいは動的鏡上のマスク(例えば、マスクは、
入射放射線1の一部である光線が妨げられずに送信され、望まれないオフ軸光線がブロックされるように穴が位置した不透明な円板からなるものであっても良い)、あるいはハニカム構造のような、レンズの前あるいは後ろに配置された、アパーチャリング装置で、達成され得る。非反射マスクあるいは放射線ブロッキング孔は、センサー外からの放射線が安定した基準(典型的には単一の回転あるいは振動周期の小さなごく一部分)を得るために、周期的な期間の十分な部分のために各検出器に連続的に反射されるのを防ぐように、レンズ、鏡上あるいはいずれかの側、あるいは検出器の近傍に、に配置される。このマスクまたは開口によって、所望の信号およびセンサー外からの他の放射線が、サイクルのあるマスクされた部分のために検出器上に入射されないときに、入射放射線1は単一の検出器に達する。したがって、安定した示差測定が達成されうる。
【００３９】
しばしば、光学フィルター(それらもほとんどスペクトルの遠赤外線範囲の中で)検出器に放射ししうる)が、検出器の前に取り付けられる。同様に、センサーの他の部分は検出器に放射しても良い。しかしながら、フィルター、あるいはセンサ自体の部分によって放射された放射線は、この方法で変調されないので、フィルタまたはセンサからの所望されない放射線信号は、所望の入射信号から分離されても良い。検出器のいずれかによっても経験されるような変調周波数は、運動を起こすエレメントが一定の割合で循環する場合、鏡あるいはレンズ・スピニング、鏡面通過あるいは鏡またはレンズの振動周波数に一致する。各検出器の変調周波数も、動かすエレメントとしてのステッパーモーター、リニアモーターあるいはコード化されたアナログ・モータを使用することにより積極的に制御することができる。したがって、鏡または検出器の角周波数が積極的にコントロールされ変わる場合、各サイクル中に、あるいはサイクルからサイクルまでのいずれかに、実際の変調周波数が分かる。
【００４０】
これに代えて、ステッパーモーター、線形あるいはエンコーダ・モータではなく、鏡の位相および周波数をモニターすることによって、検出器がそれぞれターゲット・エリアに露出される時間が分かり、また、その出来事に関連した信号を記録することができ、一方、ほかの時の信号は、拒絶されるかあるいはレファレンスとして別に記録され得る。その結果、モニタリング技術あるいは方法が達成される。
【００４１】
一旦放射線が分配され変調されれば、入射放射線に対する検出器反応が決定される。典型的には、アナログ・ロックイン増幅器は、50%のデューティサイクル変調で信号の正確な復調のために最適化される。nが検出器の数である場合、1つのセンサ当たりの等しいドウェル時間の使用がおよそ100%/nである場合、達成可能な信号のデューティサイクルは記述した分配および変調方式に関係していた。したがって、このシグナル・パターンに一致した復調方法が好まれる。2つまでのアナログ・ディジタル(A/D)コンバーターが2つの隣接した検出器の(オン)信号をモニターするために使用され、一方、もう一つのコンバーターが、非照射検出器の(オフ)基準状態をモニターすることを（位置に応じて）要求されることがある。2つのA/Dコンバーターが、2つの隣接した検出器の(オン)信号のモニターに必要かもしれない。というのは、焦点位置が変更されたとき、合焦された信号の部分が、検出器アレイ用の2つの隣接した検出器に降りかかる場合があるからであり、ここで検出器間間隔は合焦したビームサイズよりも著しく小さい。これらのマルチプルA/Dチャネルは、入力チャネルマルチプレクサーを備えた単一のA/Dコンバーターで実施され得る。放射線がそれらの上で合焦している間、検出器信号のサンプルが得られる。検出器をモニターする決定は、ステッパーモーター・コントローラー、リニアモーター・コントローラーあるいはエンコーダの出力に基づくことができる。遅いサンプリング速度でおそらく獲得される基準サンプルは、合焦した放射線が照射される前の検出器から得られる。その後、マイクロプロセッサーは各検出器の(オンおよびオフ)信号の加重平均の差を計算するために使用することができ、ターゲットからの各検出器に達する光の強さに比例した出力が提供される。
【００４２】
このターゲットを検知して、このスペクトル情報は様々なアプリケーションのために利用することができる。以下に限定されるものではないが、例えば、工場からの廃棄ガス、自動車の排気ガス等をむがこれらに限定されない汚染制御のような環境・大気のモニタリング、脅威化学ガスを検知するための軍事用途、脅威化学ガスの検知のための反テロリスト用途、品質管理、プロセス進行、安全性などを含むがこれらに限定されない化学工程をモニターし制御する産業用途、油あるいはガス漏れをモニターし制御するオイル産業用途、医薬生産プロセスをモニターに制御するの製薬産業、様々なガスの形成をモニターするセキュリティ用途等を挙げることができる。システムは、少なくとも部分的にあるいは完全に、携帯機器、ポータブル機器、マウントされた固定ロケーション、マウントされた車、据え付けたロボットの据え付けおよび/または人あるいはそれらの組み合せのいずれかで定義されるモジュールあるいはハウジングに配置することができる。
【００４３】
更に他の実施形態は、当該分野における技術者であれば実施形態の上記詳細な説明および図面を読むことによりたやすく明白になるであろう。多数の変化、修正および追加の実施形態が可能でり、従って、そのような変化、修正および実施形態はすべて、添付請求項の精神および範囲内にあると見なされると理解されるべきである。例えば本願の任意の部分(例えばタイトル、節、要約ト、図面等)の内容にかかわらず、それとは逆に明白に特定されない限り、如何なる特定の記述ないしは図示されたアクティビティもエレメント、そのようなアクティビティの任意の特別のシーケンス、任意の特定のサイズ、速度、寸法あるいは周波数、あるいはそのようなエレメントの任意の特別の相互関係についての要件はない。さらに、いずれのアクティビティも繰り返すことができ、いずれのアクティブティもマルチプル円ティティによって行なうことができ、かつ/または、如何なるエレメントも複写することができる。さらに、いずれのアクティビティあるいはエレメントも除外することができ、アクティビティのシーケンスを変えることができ、エレメントの相互関係を変えることができる。従って、本記述および図面は、事実上図示のためであって、限定のためではない。
【００４４】
本発明は、２００３年２月１０日付出願に係る、「「マルチプル検出器への放射変調および分配のための方法およびシステム」と題する米国仮出願第６０／４４６，３０１号の先の出願日を米国特許法第１１９条（ｅ）項に従って優先権の主張を伴うものであり、これらの開示内容はそっくりそのまま本願に導入される。
【００４５】
本願は、また、２０００年２月１８日付出願に係る、「化学製品の受動型リモートセンサー」と題する国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ００／０４０２７号およびこれに対応する２００１年９月１７日付出願に係る米国特許出願第０９／９３６，８３３号に関連するものであり、これらの開示内容はそっくりそのまま本願に導入される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
本発明の前述したおよび他の目的、特徴および利点、および発明それ自身は、添付図面を参酌して読まれた時、好ましい実施形態の記述からより完全に理解されるであろう。
【図１】図1は、ターゲットのスペクトル特性を遠隔的に検知し解析するための本発明にかかるシステムの実施形態を概略図示するものであり、集光装置は、入射した集められて合焦された放射線が検出器アレイに向かうように大きな反射角度で傾いて、反射鏡等の折り畳み光学エレメントと光通信できるようになっている。
【図２】図２は、ターゲットのスペクトル特性を遠隔的に検知し解析するための本発明にかかるシステムの実施形態を概略図示するものであり、集光装置は、入射した収集されて合焦された放射線が検出器アレイに向かうように小さな反射角度で傾いて、反射鏡等の折り畳み光学エレメントと光通信できるようになっている。
【図３】図３は、ターゲットのスペクトル特性を遠隔的に検知し解析するための本発明にかかるシステムの実施形態を概略図示するものであり、集光装置は、入射した収集されて合焦された放射線が検出器アレイに向かうように、反射多面鏡等の折り畳み光学エレメントと光通信できるようになっている。
【図４】図４は、ターゲットのスペクトル特性を遠隔的に検知し解析するための本発明にかかるシステムの実施形態を概略図示するものであり、集光装置は、検知されるあるいは解析される種あるいはターゲットによって放射された放射線を収集し、合焦し、検出器のアレイに向けるものであり、折り畳み光学エレメントは必ずしも含まれていない。
【図５】図５は、ターゲットのスペクトル特性を遠隔的に検知し解析するための本発明にかかるシステムの実施形態を概略図示するものであり、集光装置は、検知されるあるいは解析される種あるいはターゲットによって放射された放射線を収集し、合焦し、検出器のアレイに向けるものであり、折り畳み光学エレメントは必ずしも含まれていない。
【図６】図６は、図１にほぼ対応するものであり、ターゲットのスペクトル特性を遠隔的に検知し解析するための本発明にかかるシステムの実施形態を概略図示するものであり、前記検出器アレイと集光装置あるいはフォールディング光学エレメント間の相対的運動を提供する、軸ピボットの回りに振動する(回転または回動ではなく)顕著な特徴を備えている。
【図７Ａ】図７Aは、図２にほぼ対応するものであり、ターゲットのスペクトル特性を遠隔的に検知し解析するための本発明にかかるシステムの実施形態を概略図示するものであり、前記検出器アレイと集光装置あるいはフォールディング光学エレメント間の相対的運動を提供する、軸ピボットの回りに振動する(回転または回動ではなく)顕著な特徴を備えている。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図２にほぼ対応するものであり、ターゲットのスペクトル特性を遠隔的に検知し解析するための本発明にかかるシステムの実施形態を概略図示するものであり、前記検出器アレイと集光装置あるいはフォールディング光学エレメント間の相対的運動を提供する、軸ピボットの回りに振動する(回転または回動ではなく)顕著な特徴を備えている。
【図８】図８は、図４にほぼ対応するものであり、ターゲットのスペクトル特性を遠隔的に検知し解析するための本発明にかかるシステムの実施形態を概略図示するものであり、前記検出器アレイと集光装置あるいはフォールディング光学エレメント間の相対的運動を提供する、軸ピボットの回りに直線振動する(回転または回動ではなく)顕著な特徴を備えている。
【図９】図７は、図５にほぼ対応するものであり、ターゲットのスペクトル特性を遠隔的に検知し解析するための本発明にかかるシステムの実施形態を概略図示するものであり、前記検出器アレイと集光装置あるいはフォールディング光学エレメント間の相対的運動を提供する、軸ピボットの回りに直線振動する(回転または回動ではなく)顕著な特徴を備えている。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、ターゲットおよび/または化学種のスペクトルの特性を遠隔検知および/または解析するための、それらを検知して特定するための手段としての、方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
過去数年にわたって、光センサは、物理的な現象、化学な現象および生物学上の現象を遠隔測定するのに幅広く適用可能性であることが判明した。これらのセンサは、温度、圧力、力、流量、放射、液位、ペーハー、排気量、湿度、振動、歪み、回転、速度、磁界・電界、加速、音場に限定されないがこれらを含む幅広い変数を測定するのに用いることができ、また1つ以上の化学種の存在を検知しかつ識別するのに用いることができる。潜在的なこのように広い用途に加えて、光センサは多くの他の利点を有する。例えば、それらは多くの場合小さくてコンパクトであり、他のタイプのセンサより長寿命である。光センサは、さらに電磁障害に対して免疫のある傾向があり、電気的に分離することができ、しばしば高感度である。その結果、これらのセンサは、科学、エンジニアリングおよび医学の多くの分野において従来のセンサに取って代わるだけでなく、研究者達はユニークな特性を持つ新しい種類のセンサを作成し始めている。エンジニアリング、また、医学だが研究者は、ユニークな特性を持っている新しい種類のセンサを作成し始めている。リモートセンサーは、測定ターゲットに直接接触することを要求するものではなく、また化学品のサンプリングを要求するものでもないので、それらは短期間で大きな領域および体積をスキャンする能力がある。
【０００３】
多くの産業において光センサは実用的であり需要がある。幾つかの実例を挙げると、環境・大気のモニタリング、地球および宇宙科学への適用、産業的化学処理およびバイオテクノロジー、法の執行、ディジタル・イメージング、スキャニングおよび印刷がある。これらの確立した用途に加えて、特にセキュリティおよび安全を確保するために、危険なガスや他の物質を早期、受動的、かつ遠隔的に検知することが可能な装置と方法の必要性が確実に増加している。最近、これらのシステムの必要は世界中における化学戦争技術の普及によって高まり、かつ例えば化学工場に対する脅威などの国際テロ行為が増大すると、そのようなプラントの近くにおける大規模人口センターに悪影響を与えることがある。事実、危険な物質が放出される可能性があることは、軍隊に対してのみならず国内的にも今や深刻な懸念である。リモートセンサーが大量かつ迅速に実際に化学の雲に入ることなく検査する能力は、第１の応答者および法執行機関に明らかに利点を提供する。
【０００４】
受動型の遠隔検出器の開発は、農薬による環境汚染の他の形式はもとより産業および自動車の排気ガスの影響に関する高まる懸念のような、他の要因によっても駆り立てられている。遠隔型検出器も、地域および地球規模の住民の健康に影響を与えうる日々の環境問題について警告を識別して提供することはもとより、長期的な傾向をモニターし研究するために必要である。
【０００５】
大半のリモートセンサー(例えばライダーベースのシステム、フーリエ変換干渉計)はほとんどのこれらの検知目的に適合しうるが、それらは複雑で、高価で、大きく、重いものであった。廉価、非常にポータブル、かつ頑丈な装置という強いニーズを満たしていない。例えば、多くの国内のセキュリティ用途において、パトカーあるいは消防車が、事故現場にその乗組員によって運ばれて実際にそれを操作する者を危険にさらすことなく操作することができる、化学品用の敏感なリモートセンサーを装備することが望まれている。同様に、公共建築は、屋内であるいは戸外で放たれた化学品の脅威から占有者を保護する高度な警告を必要としている。そのようなセンサのコストは、地方自治体のニーズを満たさなければならず、かつその複雑さとトレーニングのレベルは、警官または消防士の能力に対応しなければならない。
【０００６】
廉価で、頑丈および単純なシステム(例えば差異吸収放射計-DAR)を提供するように設計されたいくつかの光学リモート・センシング装置においては、光を収集し、変調し、かつ複数の検出器へ分配する(つまり多重化する)方法が必要である。ここで、光は、Ｘ線、紫外線、可視、赤外線およびマイクロ波放射に限定されることはないがそれらを含む、あらゆる種類の電磁放射について記述するために使用される。そのようなアプリケーションでは、マルチプル検出器に、ターゲットの分光解析のために、異なるフィルタ(例えばバンドパス、ノッチ、ロング・パス、ショート・パス、回折、あるいは偏光子)がしばしば取り付けられる。さらに、多くのタイプの検出器は、レスポンス(例えば焦電検出器)を最適化しあるいはノイズを低減して周波数領域の復調によって検知されるようにすることにより検知能を増強するために、振幅変調信号を受信しなければならない。多重化、つまりマルチプル検出器への一致した視界(FOV)の提供は、マルチプル・レンズ、プリット・レンズ、あるいは偏光子またはスプリット・ミラーの様々な構成を使用することによって達成されうるものではあるが、これらの技術はそれぞれ、各検出器の光学部品の正確なアラインメントを要求するものであって、そのために複雑さとコストを増加させ、振動、穏やかなショック、温度差、音響などによってシステムにずれを生じさせやすくし、それによって意図したアプリケーションに不適切なものとする。廉価で、頑丈および単純なシステム(例えば差異吸収放射計-DAR)を提供するように設計されたいくつかの光学リモート・センシング装置においては、光を収集し、変調し、かつ複数の検出器へ分配する(つまり多重化する)方法が必要である。ここで、光は、Ｘ線、紫外線、可視、赤外線およびマイクロ波放射に限定されることはないがそれらを含む、あらゆる種類の電磁放射について記述するために使用される。そのようなアプリケーションでは、マルチプル検出器に、ターゲットの分光解析のために、異なるフィルタ(例えばバンドパス、ノッチ、ロング・パス、ショート・パス、回折、あるいは偏光子)がしばしば取り付けられる。さらに、多くのタイプの検出器は、レスポンス(例えば焦電検出器)を最適化しあるいはノイズを低減して周波数領域の復調によって検知されるようにすることにより検知能を増強するために、振幅変調信号を受信しなければならない。多重化、つまりマルチプル検出器への一致した視界(FOV)の提供は、マルチプル・レンズ、プリット・レンズ、あるいは偏光子またはスプリット・ミラーの様々な構成を使用することによって達成されうるものではあるが、これらの技術はそれぞれ、各検出器の光学部品の正確なアラインメントを要求するものであって、そのために複雑さとコストを増加させ、振動、穏やかなショック、温度差、音響などによってシステムにずれを生じさせやすくし、それによって意図したアプリケーションに不適切なものとする。さらに、これらの技術は、集めた放射の変調を提供せず、Nが検出器の数である場合、1/Nずつ利用可能な放射を縮小する。放射変調は、通常、既に複雑な多重システムに加えられなければならない、紡ぎ車またはおんさチョッパーによって、あるいは偏光モジュレータによって達成される。これら両変調技術は、変調サイクルの一部のための放射をブロックし、それによって収集および光マネージメント効率を低下させる。典型的な機械的変調器は50%のデューティサイクル(時間の閉じた50%)を使用する
【０００７】
したがって、当該分野において簡素で、頑丈でしかも廉価である、マスキング・システムによって連続的に検出器を照らし、かつバンドパス、ノッチ、ロング・パス、ショートパス、回折、あるいは偏光子のような部品をスペクトル的に分解することによって、検出器から集めた光信号を分散し、変調し、アパーチャリングし、スペクトル解析し、大きな単レンズの後にマルチプル検出器を置くことを含む同時多重化および変調のための方法およびシステムが望まれている。この場合、検出器は、十分な収集強度で、だがデューティサイクルのほんの少しの間だけ照射され、検出器が照射されないときにノイズが記録されることを防ぎながら、ターゲットからの放射によって個々の検出器が照射される間だけ、信号が記録される。また検出器を直線状に、環状、あるいはリング型配列(したがって隣接した検出器間のスペースが縮小される)に高密度にパックすることにより、連続照射の放射損失を、隣接した検出器間の小さなスペース内に放射しているときの期間のみに減少させることが可能である。以下の特許、特許出願および刊行物が、その内容がそっくりそのままレファレンスとしてここに組み入れられる。
【特許文献１】米国特許第6,111,248号
【特許文献２】米国特許第5,930,027号
【特許文献３】米国特許第5,585,62号
【特許文献４】米国特許第5,338,933号
【特許文献５】米国特許第4,980,547号
【特許文献６】米国特許第4,778,988号
【特許文献７】米国特許第4,669,817号
【特許文献８】国際公開第WO 00/55602号
【特許文献９】米国特許第5,479,258号
【特許文献１０】米国特許第5,128,797号
【特許文献１１】米国特許第4,790,654号
【特許文献１２】米国特許第3,955,891号
【特許文献１３】米国特許第6,057,923号
【特許文献１４】米国特許第5,210,702号
【特許文献１５】米国特許第5,319,199号
【特許文献１６】米国特許第5,371,367号
【特許文献１７】米国特許第5,401,967号
【特許文献１８】米国特許第5,489,777号
【特許文献１９】米国特許第5,498,872号
【特許文献２０】米国特許第6,064,488号
【特許文献２１】米国特許第5,886,247号
【非特許文献２２】「科学的な流出液のリモート・センシング用の最適化された差異吸収放射計(DAR)（Optimized Differential Absorption Radiometer (DAR) for Remote Sensing of Chmical Effluents）」、G. ラウファー、A.ベン=デービッド著、App. Opt. 41、2263-2273、2002年
【非特許文献２３】「化学の流出液のリモート・センシング用の冷やしていないLiTa03検出器ベースのディファレンシャル吸収放射計のデモンストレーションおよび評価」（Demonstration and Evaluation of an Uncooled LiTa03 Detector Based Differential Absorption Radiometer for Remote Sensing of Chemical Effluentsto be published, Opt. Eng. , 2004.）、S.K.オランダ、R.H.クラウス、G.ラウファー、著Opt. Eng. 2004年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、概ね、ターゲットを検知し識別するための手段としての、ターゲットの特性を遠隔的に検知し解析するための方法、および廉価、頑丈かつ単純なシステムに関する。このシステムは、人が持ち運べるようなものを含む(例えば、これらには限定されないが、携帯装置あるいは個人装備的なもの）ポータブルなものであっても良いし、あるいはある場所に固定され、または自動車に装備されたようなものであっても良い。本発明のある実施形態によれば、容積測定のターゲット化学種(固体、液体あるいはガス)あるいはターゲット表面によって放射された又は吸収された放射を、分配し、変調し、アパーチャーし、かつスペクトル解析するための、方法およびシステムである。放射は、レンズ、望遠鏡あるいは鏡のような単一の集光装置によってまず集められ、次いでにマルチプル検出器に分配されて、望まれる検知および識別がなされる。この種の配光および変調は、例えば、同時に入射信号を変調する間にマルチプル検出器が同じシーンを観察することを要求されるアプリケーションにおいて、有用である。本書を通じて述べる光は、これらには限定されないが、赤外線、遠赤外放射、マイクロ波放射、エックス線放射、紫外放射、可視放射、あるいは焦点を合わせることが可能なあらゆる放射を含む、あらゆる種類の電磁放射を含めるように解釈されるべきであると、認識されなければならない。
【０００９】
あるアプリケーションでは、各検出器はスペクトルのフィルタを装備しており、本発明の開示において記述されるようなこれらの検出器間で放射を分配することによって、ターゲット・エリアの多重スペクトル特性を測定することができる。時間依存変調は、周波数ドメイン、ゲーテッド又はウインドウド検知、および瞬間的な入力が必要な廉価な検出器(例えば焦電検出器)の使用を許容する。マルチプル放射線検出装置は、相互間に僅かなスペースあるいはほとんど物理的スペースが無い状態で、(例えば円板等の上の)環状的なパターン、リングパターン(つまり、円の内側あるいは外側に向かう）、あるいは直線状または曲線状配列のいずれかの状態に配列される。スピニングすなわち回転する鏡あるいはレンズ、軸のまわりで振れる鏡、あるいは直線的に振動するレンズあるいは検出器アレイは、これら検出器に入射する信号を分配するのに使用される。検知エリアの1つのセクションは空にしても良い。システムの操作が停止されるとき、過剰露光（例えば、これに限定されないが、太陽に面しているとき）からシステムを保護するために、鏡あるいはレンズが空のエリアの方へ向けられ（パークされ）ても良い。
【００１０】
各検出器は、回転あるいは振動サイクルの一部分だけ放射に露出されるので、各検出器の出力が変調される。アレイの検出器間のギャップが小さいか存在しなくても良いので、走査サイクル全体を通じて集光装置によって集められた大半の放射は、検出器アレイの作用面積に降りかかるなければならない。したがって、チョッパーに基づいたシステムと異なり、放射がチョッパー・ブレードによって通常はブロックされる場合、このシステムは集めた放射をほとんど完全に使用することが可能である。その後、同期復調プロセスは、時間ドメインにおいて信号を検出し、かつコンポジット信号から希望の信号(それは回転あるいは振動サイクルの既知の位相中の時間ドメインあるいは既知の回転あるいは振動サイクル周波数で周波数ドメインに位置する)を分けるために利用される。
【００１１】
本発明のある実施形態によれば、化学種、または他の望まれたあるいは必要なターゲット、またはターゲットおよび／または化学種の部分を遠隔受動検知するための統合された放射収集、変調および分配システムを提供する。ある側面では、本システムは1つ以上の化学種あるいは他のターゲットを、当該種あるいは他のターゲット自身で生成されたものとは独立した放射のアクティブソースなしで検知することができ、また、測定に使用された光学機器によって放射されたものからのターゲット種によって放射された放射を確実に分離することができる。
【００１２】
本発明のある実施形態の側面によると、リモート・センシング用のシステムおよび少なくとも1つのターゲットおよび/または化学種のスペクトル特性を遠隔的に検知し解析するシステムを含む。このシステムは以下を含む:a) 解析されるターゲットおよび/または化学種によって放射され、および／または散在され、および/または吸収された入射放射線を集めて焦点を合わせる集光装置、b) 集光装置から集めて合焦された放射線を、複数の検出器の少なくとも1つに向ける折り畳み光学エレメント、c)集めた放射線をスペクトル的に分解するための検出器のうちの少なくともいくつかの前の少なくとも1つのスペクトル的に識別する光学エレメント、d)前記検出器は、前記折り畳み光学エレメントとの相対的運動で、出力信号を生成し、またe)前記相対的運動を生成する駆動装置、f) 前記相対的運動の位相および周波数をモニターする装置あるいは方法、そしてg)、前記検出器によって生成された出力信号を復調するための、前記駆動装置と同期する、復調装置。
【００１３】
本発明のある実施形態には、リモート・センシング用のシステムおよび少なくとも1つのターゲットおよび/または化学種のスペクトル特性を遠隔的に検知し解析するシステムが含まれる。このシステムは以下を含む。a) 解析されるターゲットおよび/または化学種によって放射され、および/または吸収され、および/または散在された入射放射線を収集し、合焦し、そして複数の検出器のうちの1つに向かわせる集光装置、b)前記集めた放射線をスペクトル的に分解するための検出器のうちの少なくともいくつかの前の少なくとも1つのスペクトル的に識別する光学装置、c) 出力信号を生成する、前記集光装置と相対運動する、検出器、d) 前記集光装置と前記検出器との間で相対的運動を生成する駆動装置、e) 前記相対的運動の位相および周波数をモニターする装置あるいは方法、g)、前記検出器によって生成された出力信号を復調するための、前記駆動装置と同期する、復調装置。
【００１４】
本発明のある実施形態には、リモート・センシング用のシステムおよび少なくとも1つのターゲットおよび/または化学種のスペクトル特性を遠隔的に検知し分析する方法が含まれる。この方法は以下を含む。a) 分析されるターゲットおよび/または化学種によって放射され、および/または吸収され、および/または散乱された入射放射線を収集し合焦すること、前記収集および合焦は収集位置から行われる、 b)合焦した放射線を方向付ける、該方向付けは方向付け位置で行われる、c)スペクトル分析位置で集めた放射線をスペクトル分析する、該スペクトル解析は、ターゲットを識別するために使用することができるスペクトル署名を生成する、d)検知位置で、方向付けられスペクトル分析された放射線を検知する、前記方向付け位置および前記検知位置は、互いかに相対的運動し、前記検知は出力信号を生成する、e) 前記相対的運動の位相および周波数をモニターする、そしてf)前記出力信号を復調する。
【００１５】
本発明のある実施形態には、リモート・センシング用のシステムおよび少なくとも1つのターゲットおよび/または化学種のスペクトル特性を遠隔的に検知し分析する方法が含まれる。この方法は以下を含む。a) 分析されるターゲットおよび/または化学種によって放射され、および/または吸収され、および/または散乱された入射放射線を集め、合焦し、そして方向付ける、前記収集、合焦および方向付けは、収集位置で行う、b)スペクトル解析位置で集めた放射線をスペクトル解析する、前記スペクトル解析は、ターゲットを識別するために使用することができえるスペクトル署名を生成する、c)前記方向付けられたスペクトル解析された放射線を検知位置で検知する、前記収集位置および前記検知位置は、互いに相対的運動し、前記検知は、出力信号を生成する、d) 前記相対的運動の前記位相および周波数をモニターする、そしてe)前記出力信号を復調する。
【００１６】
さらに、前記方法およびシステムは、プロセッサーを含むものであっても良く、前記プロセッサは、前記検出器および/または復調装置から出力信号を受け取り、出力信号からバックグラウンド効果およびノイズを分離し、前記ターゲットおよび/または化学種の前記スペクトル特性を表わす総出力を提供すると共に前記ターゲットおよび/または化学種を検知しおよび/または識別するためにそれらの特性を使用する。この検知された、および/または識別されたターゲットおよび/または化学種は、有毒化学物質により、公衆、個人あるいは軍事施設、あるいは空間あるいは戸外が危険に晒されることを縮小させあるいは除去し、化学あるいは医学的製造工程をコントロールすることを可能にし、あるいは、プラントあるいは工場の排出、あるいは他の装置に起因する汚染あるいは他のプロセスをコントロールし、あるいは監視することを可能にする、ことのうちの少なくとも１つのために提供される。システムは、携帯装置(手のひら装置、スーツケース、パック、手首付属装置等)、携帯機器、マウントされた固定ロケーション、マウントされた車、あるいはマウントされたロボット、あるいはマウントされた人（ヘルメット、パック、ベルト、バックパック衣服、マウントされた武器等)として定義されるハウジング内に少なくとも部分的に配置することが可能である。モジュール間あるいはそれらの内部どおしを接続するコミュニケーションのために供給される信号は、様々なコミュニケーション・パスあるいはチャネルであっても良い、と認識されるべきである。そのようなインプリメンテーションとしては、特に制限されるものではないが、例えばハードウェア、半導体、集積回路、ワイヤ、ケーブル、光ファイバー、電話線、携帯電話リンク、RFリンク、赤外線リンク、ブルートゥース、あるいは他の通信チャネル等がある。
【００１７】
これらおよび他の目的は、ここに開示された発明の利点および特徴に加えて、口述する記述、図面および請求項からより明白になるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図1を参照すると、図1は、ターゲットのスペクトル特性を遠隔的に検知し、解析する、それらを検知、識別する手段としての、本発明システムの実施形態を概略図示するものである。システム10の実施形態は集光装置20を含んでおり、該装置は、ターゲットによって直接放射された入射放射線、あるいは解析されるターゲットおよび/または化学種11によって部分的に吸収された証明源からの放射線を収集し、合焦する。折り畳み光学エレメント30は、集光装置20からのこの収集されて合焦した放射線を検出器8のアレイ4に向ける。スペクトル的に識別する光学装置9は、収集された放射線をスペクトル的に分解する検出器8のうちの少なくともいくつかの前方、即ち光学通路にある。スペクトル的に識別する光学装置9としては、特に制限されるものではないが、例えば、帯域フィルター、ノッチフィルター、ロングおよびショートパス・フィルタ、回折エレメント、偏光子フィルタ、あるいはそれの組み合せ等を例示しうる。前記折り畳み光学エレメント30は、大きな反射角で傾けられた鏡であり、大きな反射角が、入射放射線1の軸光2を、図1で示されるように集光装置20の軸上合焦円錐から遠ざけて投影するのに必要な鏡の傾斜角として定義される。同様に、小さな反射角は、図2で示されるように集光装置20の軸上合焦円錐によって定義されるようなそれ自身のパスへ、入射放射線1の軸光2を投影する、鏡の任意の傾斜角として定義され、あるいは放射線を、放射線円錐の方へ内部へ面する敏感な検出エレメントが前記放射円錐に対して内側に向けられたリング状に構成されるアレイ上に配列された前記検出器に向けて反射する前記集光装置20の収集円錐から遠ざけて放射線を方向付けることが要求されあるいは求められる反射角（ｓ）として定義される。この構成により、検出器が入射する放射線をブロックすることはない。これらのマルチプル検出器8は、図示されあるいは後述するように、相互間に狭いスペースを隔ててあるいは物理的スペース無
しに、環状パターン、曲がったパターンあるいは直線配列で、配置することができる。この実施形態および本書の全体にわたって議論された実施形態に加えて、個々の検出器の数は増加しても減少しても良く、各種サイズとタイプのもので構成しても良いと、認識されるべきである。したがって、集光装置20によって集められた放射線が走査中に検出器8の少なくとも1つに連続して降りかかり、入射放射線1がほぼ完全に使用されるようにすることが好ましい。これにより、信号対雑音比と感度が向上する。開口装置12は必要なときのオプションであり、集光装置20のターゲット側(前方)あるいは集光相違の検出器側(後方)のいずれかに配置する。
【００１９】
ある実施形態では、1つの検出器(s)を、例えば時間の９０％あるいは必要な％で走査し、それから読み取りに十分な間、ビームを移動させ、次いで、当該ビームをその上に戻すことができ、それゆえ入射放射線をほぼ完全に使用することができる、と理解されなければならない。
【００２０】
検出器アレイと同様、本書で言及されたいずれのレンズ、鏡、開口装置、マスクあるいはフィルタも様々な形およびサイズを取りうると言うことが認識されるべきである。レンズ、鏡、フィルター、アレイの表面は、平面、あるいは曲面(凹面あるいは凸面)、対称あるいは非対称、その表面に複数の輪郭および面を持つものであっても良い。
【００２１】
本書を通じて述べるように、光は、これらに限定されないが、赤外線、遠赤外放射線、マイクロ波放射線、エックス線放射線、紫外放射線、可視放射線あるいは合焦しうる任意の放射線を含む、すべての種類の電磁放射を含むものと解釈されるべきである。実施形態では、検出器8および光学エレメント30が相対的運動中であるので、検出器8のアレイ上の放射線入射が変調される。この動きまたは回転は、Rとして示された回転矢印によって示されるように折り畳み光学エレメント30と連動した駆動装置6(あるいは他の希望の機構あるいは技術)によって生成される。あるいは、検出器アレイ4が回転しても良く(図示略）、あるいは光学エレメントと検出器アレイの両方が相対運動(図示略)しても良い。ソフトウェアあるいはハードウェア、あるいはそれらの組み合せのようなモニタリング装置またはモニタリングの方法25は、光学エレメント(および/または検出器アレイ)の位相および周波数をモニターするために、システムと、図１に示す実施例では駆動装置で、連動している。図1では、駆動装置6は光学エレメント30を駆動するものとして示されている。集光装置20および折り畳み光学エレメント30は、検知されるあるいは解析される種またはターゲット11によって放射され、あるいは通過された(即ち、放射され、分散さた、あるいは部分的に吸収された)放射線1のほぼすべてが、検出器アレイ4中の1つの検出器8上に一度に合焦するように配置されている、ということに注目すべきである。したがって、検出器アレイ4は、折り畳み光学エレメント30によって反射されたときに集光装置20の焦点面FPと一致あるいはほぼ一致するような集光装置20から離れた距離に位置している。要するに、ある1つの方法では、マルチプル検出器は、リング状パターン(あるいは適宜パターン)に配列され、鏡がその中心軸、即ち入射放射線1の焦点、の回りに回転したときに、ターゲット・シーン11の像がアレイ4上の検出器8に連続的に移動するように配置される。このようにして、ターゲットからの入射放射線は、全ての検出器が、光学エレメントあるいは鏡が完全に回転した後に像に露出されるまで、一度に1つの検出器に配達される。
【００２２】
駆動装置6は、入射放射線が合焦する個々の検出器を選択する。アナログあるいはディジタル・エンコーダを備えた、ディジタル制御モータ(例えばステップモータ)あるいは連続的なモータを使用することによって、放射線が検出器アレイ4中の所定の検出器8上で合焦する時間量あるいは検出器間の露光シーケンス(例えば、ある検出器へのスキップあるいは繰り返し露光)をコントロールすることができる。対称な一定の速度構成は、同じ量の時間だけ各検出器を照射する。しかしながら、他のアプリケーションでは、例えば、検出器のうちの1つのレスポンスが低い場合(あるいは望まれた時)、入射放射線は、他の検出器より長い期間、その検出器上で合焦しても良い。あるいは、検出器の1つ以上のセクションが所定の時間に露出されるようにしても良い。同様に、完全にいくつかの検出器をスキップし、必要ならば任意のサイクル中に二度以上いくつかの検出器を露出しても良い。さらに、検出器アレイ4の1つ以上のセクションを空のままに残しても良い。そのため、スペース空(例えば稼動中の検出器なしで)は、ギャップ(あるいは複数のギャップ)を定義し、センサが稼働中でない場合、その方向に光を向けることが可能である。本システムの操作を停止する場合、過剰露光が検知され、予想され、あるいは望まれる場合に、システムを保護するために、焦点が空のエリアに一致するように、折り畳み光学エレメントを向ける(「停止する」)ようにしても良い。各検出器8には、もしターゲット材中の異なる(例えば、多重スペクトル)特性の分析のために、(例えばバンドパス、ノッチ、ロングまたはショートパス、回折、あるいは偏光子)のようなスペクトルのフィルタのような、異なるフィルタを取り付けても良い。
【００２３】
その入射して、収集され、合焦され、変調されて方向付けられた放射線に応じて、アレイ4の検出器は、出力信号5を生成する。この信号は、折り畳み光学エレメント30あるいは検出器アレイ4のいずれかをある既知の周波数で移動させている駆動装置6で同期する、復調装置7によって復調される。同期信号は、モニター装置25あるいは他の代替手段によって復調装置7に供給される。この復調装置7は、2つの隣接したセンサの「オン」信号をモニターする最大2つのアナログ・ディジタル(A/D)コンバーターを使用して、必要な復調を遂行することができ、もう一つのコンバーターが、照射されていない「オフ」状態をモニターするために(配置如何によっては)必要とされる。2つのA/Dコンバーターが、2つの隣接したセンサのオン状態をモニターするのに必要かもしれない、というのは焦点位置が変更されるにつれて、合焦した放射線の部分は、センサ間間隔が放射線ビームサイズより著しく小さい光センサアレイ中の2つの隣接したセンサに降りかかる場合があるからである。これらのマルチプルA/Dチャネルは、入力チャネルマルチプレクサーを備えた単一のA/Dコンバーターで実行されても良い。放射線がそれらの上で合焦している間、検出器信号のサンプルが得られる。検出器をモニターする決定は、ステッパーモーターコントローラー即ちエンコーダの出力に基づくものであっても良い。遅いサンプリング速度で獲得される参考サンプルは、通常は合焦した放射線の露光直前に、検出器から得られる。その後、マイクロプロセッサーを、各検出器のターゲット照射基準信号間の差の加重平均を計算するために使用してもよく、これにより各センサに達する放射度に比例した使用可能なベースバンド信号出力が提供される。最後に、プロセッサ26等はシステムと連携して、必要に応じてあるいは検出器からの要求に応じて、信号を処理する。
【００２４】
集光装置20は、図示されるようなレンズ(例えば、屈折、フレネル(GRIN)、ホログラフィー等)であっても良いが、さらに鏡あるいは望遠鏡であっても良い。その集光装置は、軸ずれおよびオフ軸および望まれない放射線がセンサに入力されるのを防止するために開口が必要であるかも知れない。多くの様々な装置がそのようなものを提供するために使用することができ、例えば、開口装置は並列な光学伝送チャネルあるいは実質的に並列な光学伝送チャネルを有する。例えば、複数の並列な光学伝送チャネルを備えたプレートからなるハニカムは、レンズの直前あるいは直後に置いても良い。これらのチャネルの幅および長さを選択することによって、ハニカムによる視界は、センサの視界と一致させることができ、それにより、軸ずれした放射線を遮断して軸が一致した放射線の損失を最小限にする。
【００２５】
これに代えて、開口状の孔がある不透明な円板あるいは他の成形された部材からなるマスクを、折り畳み光学エレメント30に付けても良い。このマスクは、集光装置20の後ろの入射放射線1によって形成された放射線円錐がその開口によって中断されなく通過する一方、軸ずれした放射線がブロックされるように配置される。折り畳み光学エレメント30にマスクを取り付けることによって、それと共に移動することが可能となり、それによって、同相開口マスキングが提供される。
【００２６】
多くの異なる構造物を、前記折り畳み光学エレメント30として使用することができる。例えば、折り畳み光学エレメント30として、大きな反射角で傾けられ、検出器8のリングアレイの中心に配置された鏡を用いることができる。この種の光学エレメントは図1に示されているる。駆動装置6は鏡あるいは検出器アレイ4のいずれかを移動させることができ、希望する分配および変調を提供する。本書で言及された鏡は、必要あるいは要求に応じて様々な反射角に設定され、集光装置20の収集円錐の外部に配置された検出器に照射するものであると、理解されなければならない。
【００２７】
次に、図2に移って、図2は、ターゲットのスペクトル特性を遠隔的に検知および/または解析しそれらを検知、識別する手段としての本発明システムの実施形態を図示する。集光装置20は、(入射放射線1を受け取る)折り畳み光学エレメント30と光学的通信状態にあり、該光学エレメントは、入射されて合焦された放射線が集光装置20の背後に配置された環状検出器アレイ4における検出器8のうちの1つに向けられるように駆動装置6あるいは必要に応じて他の機構によって回転駆動される、小さな反射角で傾斜された、反射鏡31を含んでいる。この構成では、検出器アレイ4は集光装置20より小さく、したがって、入射する合焦した放射線のほんの少しだけをブロックする。スペクトル的に識別する光学装置9は、収集された放射線をスペクトル的に分解するための少なくとも幾つかの検出器8の前あるいはその光学通路中に配置しても良い。スペクトル的に識別する光学装置9のいくつかの例としては、これらに限定されるものではないが、帯域フィルター、ノッチフィルター、ロングおよびショートパス・フィルタ、回折フィルタ、偏光子フィルタなどが挙げられる。鏡31は、Rとして示された回転矢印によって示されるように、駆動装置6によって回転され、あるいは、それに代わって、検出器アレイ4が回転され（図示略)、あるいはそれら両方が回転するものとしても良い（図示略)。例えば、検出器は、焦点近傍の軸光のラインの回りを回転するだろう。ソフトウェアあるいはハードウェアあるいは、それらの組み合せのようなモニタ装置25またはモニタリング方法は、光学エレメント(および/または検出器アレイ)の位相および周波数をモニターするためにシステム10と連携している。最後に、望まれるように、プロセッサ26等は、必要に応じてあるいは検出器からの要求に応じて、信号を処理するためにシステムと連携している。開口装置12は必要なときあるいは要求された場合のオプションであり、集光装置20のターゲット側(前方)あるいは同集光装置20の光学エレメント側(後方)のいずれかに置くことができ、また固定されていても良く、あるいは鏡31と共に回転するものとしても良い。
【００２８】
図示していないが、検出器はレンズの前方である必要がないと認識されるべきである。むしろ、鏡は、ビームを循環させると共に、角度を付けることによって、ビームを入射放射線円錐のライン外に(レンズ側に外れて)傾斜させてもよい。
【００２９】
次に、図3に移って、図3は、ターゲットのスペクトル特性を遠隔的に検知および/または解析しそれらを検知、識別する手段としての本発明システムの実施形態を図示する。折り畳み光学エレメント30は、駆動装置6あるいは必要に応じて他の機構によって回転された多面鏡32であっても良い。鏡は、矢印Ｒで示されるように、回転されても良い。検出器8は、半円あるいは曲成されたアレイ4に、駆動装置6が多面鏡32を回転させたときに、放射線
が、順次、各検出器8に合焦するような位置となるように、配置されている。スペクトル的に識別する光学装置9は、収集された放射線をスペクトル的に分解するための少なくともいくつかの検出器8の前方あるいは光学パス上に配置されている。スペクトル的に識別する光学装置9の例としては、これらに限定されるものではないが、帯域フィルター、ノッチフィルター、ロングおよびショート、フィルタ、回折フィルタ、偏光子フィルタなどを例示することができる。ある手法においては、スピニング多面鏡が、各検出器が光学システムの焦点面FP内あるいはその近傍に位置するように、曲面上に配置された検出器のアレイに放射線を合焦させるために使用される。この構成によると、比較的遅い鏡回転数で迅速な変調が可能である。さらに、検出器を放射線パスの外部に配置しても良く、それによって、入射放射線がブロックされるのを防止できる。
【００３０】
次に、図4に移って、図4は、ターゲットのスペクトル特性を遠隔的に検知および/または解析しそれらを検知、識別する手段としての本発明システムの実施形態を図示する。図1ないし3で既に議論した実施形態とは異なり、追加されてもいいと認識されるべきではあるが、折り畳み光学エレメントは特に含まれていない。システム10は、検知あるいは解析される種またはターゲット11によって放射された放射線1を収集し、合焦し、そして検出器8のアレイ4に方向付ける集光装置21を備えている。検出器8は、環状に形成されたアレイ4あるいは必要に応じてあるいは要求された他の形に配置されている。集められた放射線1を直接各検出器に方向付けることによって、図4に示す集光装置21は、例えば図1で同様に図示された集光装置および折り畳み光学エレメントの両方の役割を満たす。スペクトル的に識別する光学装置9は、収集された放射線を分配するための少なくとも幾つかの検出器8の前方あるいは光学パス内にある。スペクトル的に識別する光学装置9のいくつかの例として、これらに限定されるものではないが、帯域フィルター、ノッチフィルター、ロングおよびショート、フィルタ、回折フィルタ、偏光子フィルタなどを例示することができる。開口装置12は必要なときあるいは要求された場合のオプションであり、集光装置21のターゲット側(前方)あるいは同集光装置の後方のいずれかに置くことができ、また固定されていても良く、あるいは集光装置21と共に回転するものとしても良い。再び、検出器アレイ4は、集光装置21の焦点面FPと一致するか実質的に一致する、集光装置21から離れた位置に配置されている。以下に、詳しく議論される手法では、環伏の検出器アレイ4は、オフ軸焦点を備えたレンズの焦点面に置かれ、レンズは、環伏の検出器アレイの軸と一致するレンズに垂直な軸のまわりに回転される。この手法の利点は、これらに限定されるものではないが、スピニング・レンズは平面(例えばフレネルあるいはホログラフィーのレンズを使用する場合)であっても良く、角度を付けられて回転する鏡を使用する配置のレベル以下の空力抵抗を減少させる。別の利点は、光学エレメントの数を角度を付けられて回転する鏡を使用する配置における数以下に減少させることにある。軸ずれ合焦は、１以上の軸ずれ焦点を備えたホログラフィーレンズを使用し、あるいは１以上の軸焦点を備えたフレネルレンズを使用するなど、様々な方法で達成することができる。
【００３１】
検出器アレイ4が集光装置21と相対的運動するので、検出器アレイ4に到達する放射線が変調される。上述したのとおそらく同じ特性を持つ駆動装置6は、この相対的運動をもたらす。駆動装置は、回転矢印Ｒで示されたように集光装置21を回転させ、あるいは検出器アレイ4を回転させ(図示略)させある両方を回転させる(図示略)。図4では、駆動装置6は集光装置21に接続されたものとして示されている。
【００３２】
一度放射線にさらされると、検出器8は、上述した方法と同様に作動する復調装置7に向けられた出力信号5を生成する。集光装置21としては様々な異なる構造物を使用することができる。図4では、集光装置21は、駆動装置6によってそれ自身の中心軸のまわりを回転する、オフ軸焦点14を備えたレンズである（線形焦点のオフセットを備えた、図4に示すように、レンズのFPが収集された放射線を検出器上に位置するようにして連続して回転する限り、さらに角をなしてオフセットされても良い)。レンズ21の中央の回転軸15は、参照符号14として示されたレンズ焦点軸を持つ検出器アレイ8の中心軸17と一致しており、それは、レンズ21によって合焦されたソース放射線1が、一度に検出器8の一つに入射する(あるいは必要に応じて、あるいは要求されたシーケンスで）。あるいは、図示していなが、集光装置、レンズ21および検出器アレイ4は、同様に配置することができる。しかし、レンズ21は固定しても良く、また、検出器アレイ4は駆動装置6などによってその中央の回転軸17の回りに回転するものとしても良い。
【００３３】
次に、図5に移って、図5は、ターゲットのスペクトル特性を遠隔的に検知および/または解析する、それらを検知、識別する手段としての本発明システムの実施形態を図示する。集光装置20はここでもレンズ22である。この実施形態では、レンズは中心軸焦点14を持っている。スペクトル的に識別する光学装置9は、収集された放射線を分配するための検出器8の少なくともいくつかの光学パスの前方、あるいはその光学パスの中に配置される。スペクトル的に識別する光学装置9の例としては、これらに限定されるものではないが、帯域フィルター、ノッチフィルター、ロングおよびショート、フィルタ、回折フィルタ、偏光子フィルタなどを例示することができる。放射線を変調し各検出器8へ分配するために、検出器アレイ4の中央の回転軸17と一致する駆動装置6によってレンズの光学的に中心から外れた軸15のまわりで、Rとして参照符号が付けられた回転の矢印によって示されるように、このレンズ22が回転される。あるいは、図示は省略したが、レンズ22および検出器アレイ4は、同様の方法で配列しても良い。しかし、レンズ22は固定しても良く、所望する変調を生成するために駆動装置6によって検出器アレイ4をその中心軸17の回りに回転させてもよい(あるいは、レンズとアレイの両方を回転させても良い)。開口装置12は、必要なときあるいは要求された場合のオプションであり、集光装置のターゲット側(前方)あるいは同集光装置の後方のいずれかに置くことができ、また固定されていても良く、あるいは検出器アレイ4と共に回転するものとしても良い。
【００３４】
次に、図6ないし7に移って、図6および7は、ほぼ図1および2に対応するものであり、ターゲットのスペクトル特性を遠隔的に検知および/または解析する、それらを検知、識別する手段としての本発明システムの実施形態であって、ピボットの回りの角度の振動(旋回あるいは回転に対立するものと異なる)の顕著な特徴を有し、そのために検出器アレイおよび集光装置間あるいは折り畳み光学エレメント間の相対的運動を提供するものを図示する。図6に戻って、折り畳み光学装置30(例えば鏡)あるいは集光装置20(例えばレンズ)は、ピボット・ポイントPあるいは参照符号Ｏが付された矢印で示されるようなピボット軸(そのようなピボット軸は、折り畳み光学装置の光軸と必ずしも一致しない)の回りに角をなして振れる。あるいは、リニアディテクタ・アレイ4は、検出器の中心をつなぐラインに沿って参照符号ＯＬが付けられた破線矢印によって示されるように横に振動しても良い。さらに、光学の装置30あるいは集光装置20、およびリニアディテクタ・アレイ4の両方が、振動するものとする(図示略)ことも考えられる。従って、本書の全体にわたって議論されるような側面は、図6に等しくあるいは実質的に適用されるものであると認識されるべきである。開口装置12は、必要なときあるいは要求された場合のオプションであり、集光装置20のターゲット側(前方)あるいは同集光装置の後方のいずれかに置くことができ、また固定されていても良く、あるいは開口がビームを追跡する必要に応じて折り畳み光学エレメント22と共に振動するものとしても良い。
【００３５】
図7(A)ないし7(B)に移って、折り畳み光学装置30(例えば鏡)は、ピボット・ポイントPあるいはOとして参照符号が付けられた矢印によって示されるようなピボット軸の回りに角をなして振れる。鏡は、図7(A)-(B)に示されるように小さな反射角で傾けられても良く、あるい中立位置にある場合、集光装置20の光軸に垂直であっても良い。図7(Ａ)に概略的に示されるように、ピボット・ポイントPあるいはピボット軸は図面に対して実質的に平行に配置されている。これに代えて、リニアディテクタ・アレイ4は、OLとして参照符号が付けられた破線矢印によって示されるように検出器の中心を結ぶ線に沿って横に振動するものとしても良い。しかるに、図7(B)に概略的に示されるように、ピボット・ポイントPあるいはピボット軸は図面に対して垂直に配置されている。これに代えて、OLとして参照符号が付けられた破線矢印によって示されるように、リニアディテクタ・アレイ4は、検出器の中心を結ぶ線に沿って横に振動するものとしても良い。さらに、折り畳み光学装置30およびリニアディテクタ・アレイ4の双方ともに、振動するものとする(図示略)ことが考えられる。従って、本書の全体にわたって議論されるような側面は、図7に等しくあるいは実質的に適用されるものであると認識されるべきである。開口装置12は、必要なときあるいは要求された場合のオプションであり、集光装置20のターゲット側(前方)あるいは同集光装置の後方のいずれかに置くことができ、また固定されていても良く、あるいは折り畳み光学エレメント22と共に振動するものとしても良い。
【００３６】
次に、図8および9に移って、図8および9は、ほぼ図4および5に対応するものであり、ターゲットのスペクトル特性を遠隔的に検知および/または解析する、それらを検知、識別する手段としての本発明システムの実施形態であって、アレイ4上の検出器8の中心を結ぶ線に対して平行な線にそって集光装置20が直線振動する(旋回あるいは回転に対立するものと異なる)顕著な特徴を有し、そのために検出器アレイおよび集光装置あるいは折り畳み光学エレメント間の相対的運動を提供するものを図示する。OLとして参照符号が付けられた矢印によって示されるように、集光装置20(例えばレンズ)は横に振動する。これに代えて、OLとして参照符号が付けられた破線矢印によって示されるように、リニア検知アレイ4は、検出器8の中心を結ぶ線に沿って横に振動しても良い。さらに、光学装置あるいは集光装置、およびリニア検知アレイの両方が、振動するもの(図示略)も考えられる。従って、ここに開示した態様は、図8および9にも等しく適用することができると認識されるべきである。開口装置12は、必要なときあるいは要求された場合のオプションであり、集光装置のターゲット側(前方)あるいは同集光装置の後方のいずれかに置くことができ、また固定されていても良く、あるいは集光装置20と又は検出器アレイ4と共に振動するものとしても良い。
【００３７】
ここに記述した全ての分配方法およびシステムを適用すれば、所望の入射信号のほぼ100%が検出器8に配達され、人によって搬送されながら操作されるとき、あるいはヘリコプター、ロボット、無人飛体のような車両から操作されたときにのように、センサーが動いている場合でさえも、ほぼ同じシーンを各検知器8が見る。
【００３８】
分配に加えて、入射放射線の変調は、上述の方法およびシステムを使用して達成される。ある実施形態では、鏡、レンズあるいは検出器アレイがその焦点が検出器と一致しない位置へ回転されたときの検出器からの信号は、参照、すなわちオフ信号を提供し、一方、FOVの中の入射放射線に起因する信号、すなわちオン信号は、焦点が検出器と一致する場合に達成される。しかしながら、安定した基準信号を保証するためには、オフ軸入射放射線は、ブロックされ、あるいは隙間を通過され、変調のサイクルの基準部分中の検出器への反射あるいはターゲット・エリアの望まれない部分への露出が妨げられなければならない。このブロッキングは、レンズあるいは動的鏡上のマスク(例えば、マスクは、
入射放射線1の一部である光線が妨げられずに送信され、望まれないオフ軸光線がブロックされるように穴が位置した不透明な円板からなるものであっても良い)、あるいはハニカム構造のような、レンズの前あるいは後ろに配置された、アパーチャリング装置で、達成され得る。非反射マスクあるいは放射線ブロッキング孔は、センサー外からの放射線が安定した基準(典型的には単一の回転あるいは振動周期の小さなごく一部分)を得るために、周期的な期間の十分な部分のために各検出器に連続的に反射されるのを防ぐように、レンズ、鏡上あるいはいずれかの側、あるいは検出器の近傍に、に配置される。このマスクまたは開口によって、所望の信号およびセンサー外からの他の放射線が、サイクルのあるマスクされた部分のために検出器上に入射されないときに、入射放射線1は単一の検出器に達する。したがって、安定した示差測定が達成されうる。
【００３９】
しばしば、光学フィルター(それらもほとんどスペクトルの遠赤外線範囲の中で)検出器に放射ししうる)が、検出器の前に取り付けられる。同様に、センサーの他の部分は検出器に放射しても良い。しかしながら、フィルター、あるいはセンサ自体の部分によって放射された放射線は、この方法で変調されないので、フィルタまたはセンサからの所望されない放射線信号は、所望の入射信号から分離されても良い。検出器のいずれかによっても経験されるような変調周波数は、運動を起こすエレメントが一定の割合で循環する場合、鏡あるいはレンズ・スピニング、鏡面通過あるいは鏡またはレンズの振動周波数に一致する。各検出器の変調周波数も、動かすエレメントとしてのステッパーモーター、リニアモーターあるいはコード化されたアナログ・モータを使用することにより積極的に制御することができる。したがって、鏡または検出器の角周波数が積極的にコントロールされ変わる場合、各サイクル中に、あるいはサイクルからサイクルまでのいずれかに、実際の変調周波数が分かる。
【００４０】
これに代えて、ステッパーモーター、線形あるいはエンコーダ・モータではなく、鏡の位相および周波数をモニターすることによって、検出器がそれぞれターゲット・エリアに露出される時間が分かり、また、その出来事に関連した信号を記録することができ、一方、ほかの時の信号は、拒絶されるかあるいはレファレンスとして別に記録され得る。その結果、モニタリング技術あるいは方法が達成される。
【００４１】
一旦放射線が分配され変調されれば、入射放射線に対する検出器反応が決定される。典型的には、アナログ・ロックイン増幅器は、50%のデューティサイクル変調で信号の正確な復調のために最適化される。nが検出器の数である場合、1つのセンサ当たりの等しいドウェル時間の使用がおよそ100%/nである場合、達成可能な信号のデューティサイクルは記述した分配および変調方式に関係していた。したがって、このシグナル・パターンに一致した復調方法が好まれる。2つまでのアナログ・ディジタル(A/D)コンバーターが2つの隣接した検出器の(オン)信号をモニターするために使用され、一方、もう一つのコンバーターが、非照射検出器の(オフ)基準状態をモニターすることを（位置に応じて）要求されることがある。2つのA/Dコンバーターが、2つの隣接した検出器の(オン)信号のモニターに必要かもしれない。というのは、焦点位置が変更されたとき、合焦された信号の部分が、検出器アレイ用の2つの隣接した検出器に降りかかる場合があるからであり、ここで検出器間間隔は合焦したビームサイズよりも著しく小さい。これらのマルチプルA/Dチャネルは、入力チャネルマルチプレクサーを備えた単一のA/Dコンバーターで実施され得る。放射線がそれらの上で合焦している間、検出器信号のサンプルが得られる。検出器をモニターする決定は、ステッパーモーター・コントローラー、リニアモーター・コントローラーあるいはエンコーダの出力に基づくことができる。遅いサンプリング速度でおそらく獲得される基準サンプルは、合焦した放射線が照射される前の検出器から得られる。その後、マイクロプロセッサーは各検出器の(オンおよびオフ)信号の加重平均の差を計算するために使用することができ、ターゲットからの各検出器に達する光の強さに比例した出力が提供される。
【００４２】
このターゲットを検知して、このスペクトル情報は様々なアプリケーションのために利用することができる。以下に限定されるものではないが、例えば、工場からの廃棄ガス、自動車の排気ガス等をむがこれらに限定されない汚染制御のような環境・大気のモニタリング、脅威化学ガスを検知するための軍事用途、脅威化学ガスの検知のための反テロリスト用途、品質管理、プロセス進行、安全性などを含むがこれらに限定されない化学工程をモニターし制御する産業用途、油あるいはガス漏れをモニターし制御するオイル産業用途、医薬生産プロセスをモニターに制御するの製薬産業、様々なガスの形成をモニターするセキュリティ用途等を挙げることができる。システムは、少なくとも部分的にあるいは完全に、携帯機器、ポータブル機器、マウントされた固定ロケーション、マウントされた車、据え付けたロボットの据え付けおよび/または人あるいはそれらの組み合せのいずれかで定義されるモジュールあるいはハウジングに配置することができる。
【００４３】
更に他の実施形態は、当該分野における技術者であれば実施形態の上記詳細な説明および図面を読むことによりたやすく明白になるであろう。多数の変化、修正および追加の実施形態が可能でり、従って、そのような変化、修正および実施形態はすべて、添付請求項の精神および範囲内にあると見なされると理解されるべきである。例えば本願の任意の部分(例えばタイトル、節、要約ト、図面等)の内容にかかわらず、それとは逆に明白に特定されない限り、如何なる特定の記述ないしは図示されたアクティビティもエレメント、そのようなアクティビティの任意の特別のシーケンス、任意の特定のサイズ、速度、寸法あるいは周波数、あるいはそのようなエレメントの任意の特別の相互関係についての要件はない。さらに、いずれのアクティビティも繰り返すことができ、いずれのアクティブティもマルチプル円ティティによって行なうことができ、かつ/または、如何なるエレメントも複写することができる。さらに、いずれのアクティビティあるいはエレメントも除外することができ、アクティビティのシーケンスを変えることができ、エレメントの相互関係を変えることができる。従って、本記述および図面は、事実上図示のためであって、限定のためではない。
【００４４】
本発明は、２００３年２月１０日付出願に係る、「「マルチプル検出器への放射変調および分配のための方法およびシステム」と題する米国仮出願第６０／４４６，３０１号の先の出願日を米国特許法第１１９条（ｅ）項に従って優先権の主張を伴うものであり、これらの開示内容はそっくりそのまま本願に導入される。
【００４５】
本願は、また、２０００年２月１８日付出願に係る、「化学製品の受動型リモートセンサー」と題する国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ００／０４０２７号およびこれに対応する２００１年９月１７日付出願に係る米国特許出願第０９／９３６，８３３号に関連するものであり、これらの開示内容はそっくりそのまま本願に導入される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
本発明の前述したおよび他の目的、特徴および利点、および発明それ自身は、添付図面を参酌して読まれた時、好ましい実施形態の記述からより完全に理解されるであろう。
【図１】図1は、ターゲットのスペクトル特性を遠隔的に検知し解析するための本発明にかかるシステムの実施形態を概略図示するものであり、集光装置は、入射した集められて合焦された放射線が検出器アレイに向かうように大きな反射角度で傾いて、反射鏡等の折り畳み光学エレメントと光通信できるようになっている。
【図２】図２は、ターゲットのスペクトル特性を遠隔的に検知し解析するための本発明にかかるシステムの実施形態を概略図示するものであり、集光装置は、入射した収集されて合焦された放射線が検出器アレイに向かうように小さな反射角度で傾いて、反射鏡等の折り畳み光学エレメントと光通信できるようになっている。
【図３】図３は、ターゲットのスペクトル特性を遠隔的に検知し解析するための本発明にかかるシステムの実施形態を概略図示するものであり、集光装置は、入射した収集されて合焦された放射線が検出器アレイに向かうように、反射多面鏡等の折り畳み光学エレメントと光通信できるようになっている。
【図４】図４は、ターゲットのスペクトル特性を遠隔的に検知し解析するための本発明にかかるシステムの実施形態を概略図示するものであり、集光装置は、検知されるあるいは解析される種あるいはターゲットによって放射された放射線を収集し、合焦し、検出器のアレイに向けるものであり、折り畳み光学エレメントは必ずしも含まれていない。
【図５】図５は、ターゲットのスペクトル特性を遠隔的に検知し解析するための本発明にかかるシステムの実施形態を概略図示するものであり、集光装置は、検知されるあるいは解析される種あるいはターゲットによって放射された放射線を収集し、合焦し、検出器のアレイに向けるものであり、折り畳み光学エレメントは必ずしも含まれていない。
【図６】図６は、図１にほぼ対応するものであり、ターゲットのスペクトル特性を遠隔的に検知し解析するための本発明にかかるシステムの実施形態を概略図示するものであり、前記検出器アレイと集光装置あるいはフォールディング光学エレメント間の相対的運動を提供する、軸ピボットの回りに振動する(回転または回動ではなく)顕著な特徴を備えている。
【図７Ａ】図７Aは、図２にほぼ対応するものであり、ターゲットのスペクトル特性を遠隔的に検知し解析するための本発明にかかるシステムの実施形態を概略図示するものであり、前記検出器アレイと集光装置あるいはフォールディング光学エレメント間の相対的運動を提供する、軸ピボットの回りに振動する(回転または回動ではなく)顕著な特徴を備えている。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図２にほぼ対応するものであり、ターゲットのスペクトル特性を遠隔的に検知し解析するための本発明にかかるシステムの実施形態を概略図示するものであり、前記検出器アレイと集光装置あるいはフォールディング光学エレメント間の相対的運動を提供する、軸ピボットの回りに振動する(回転または回動ではなく)顕著な特徴を備えている。
【図８】図８は、図４にほぼ対応するものであり、ターゲットのスペクトル特性を遠隔的に検知し解析するための本発明にかかるシステムの実施形態を概略図示するものであり、前記検出器アレイと集光装置あるいはフォールディング光学エレメント間の相対的運動を提供する、軸ピボットの回りに直線振動する(回転または回動ではなく)顕著な特徴を備えている。
【図９】図７は、図５にほぼ対応するものであり、ターゲットのスペクトル特性を遠隔的に検知し解析するための本発明にかかるシステムの実施形態を概略図示するものであり、前記検出器アレイと集光装置あるいはフォールディング光学エレメント間の相対的運動を提供する、軸ピボットの回りに直線振動する(回転または回動ではなく)顕著な特徴を備えている。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも1つのターゲットおよび/または化学種のスペクトル特性を遠隔的に検知し解析するシステムであって、該システムは、解析されるターゲットおよび/または化学種によって放射されおよび/または吸収されおよび/または散乱され入射放射線を集めて合焦させる集光装置と、前記集められて合焦された放射線を前記集光装置から複数の検出器のうちの少なくとも１つに方向付ける折り畳み光学エレメントと、前記収集された放射線をスペクトル分解するするための少なくとも幾つかの前記検出器の前に配置された、少なくとも1つのスペクトル的に識別する光学エレメントと、前記折り畳み光学エレメントと相対的運動して出力信号を生成する前記検出器と、前記相対的運動を生成する駆動装置と、前記相対的運動の位相および周波数をモニターする装置あるいは方法と、前記駆動装置と同期して、前記検出器によって生成された前記出力信号を復調する復調装置と、を備えている
【請求項２】
請求項１に記載のシステムであって、前記集光装置はレンズからなる。
【請求項３】
請求項１に記載のシステムであって、前記検出器はアレイからなる。
【請求項４】
請求項３に記載のシステムであって、前記アレイは、曲がったアレイ、環伏のアレイ、輪状アレイあるいは直線状アレイのうちの少なくとも1つからなる。
【請求項５】
請求項３に記載のシステムであって、前記アレイは前記相対的運動を提供するために回転あるいは振動する。
【請求項６】
請求項１に記載のシステムであって、前記アレイは少なくとも1つのギャップを含み、該少なくとも１つのギャップは、アレイがオプショナルでない場合に光りが方向付けられる方向で如何なる稼動中の検出器がないものとして定義される。
【請求項７】
請求項１に記載のシステムであって、前記スペクトル的に識別する光学装置は、帯域フィルター、ノッチフィルター、ロングおよびショートパスフィルタ、回折フィルタ、偏光子フィルタの少なくとも１つ、あるいは、帯域フィルター、ノッチフィルター、ロング・パス・フィルタ、ショートパス・フィルタあるいは偏光子フィルタの少なくとも１つの組み合わせである。
【請求項８】
請求項１に記載のシステムであって、前記折り畳み光学エレメントは多面鏡である。
【請求項９】
請求項１に記載のシステムであって、前記折り畳み光学エレメントが傾斜している。
【請求項１０】
請求項９に記載のシステムであって、前記傾斜は大きな反射角であり、前記大きな反射角は、軸光を、前記集光装置によって合焦された入射放射線から遠ざけて投影する能力を提供する。
【請求項１１】
請求項１０に記載のシステムであって、前記鏡は前記駆動装置によって回転し前記相対的運動を提供する。
【請求項１２】
請求項１０に記載のシステムであって、前記複数の検出器は、前記駆動装置によって前記鏡のまわりに回転し、前記相対的運動を提供する。
【請求項１３】
請求項９に記載のシステムであって、前記傾斜は、小さな反射角であり、該小さな反射角は、前記集光装置によって合焦された入射放射線へ軸光を投影する能力を提供する。
【請求項１４】
請求項１３に記載のシステムであって、前記鏡は、前記駆動装置によって回転し、前記相対的運動を提供する。
【請求項１５】
請求項１３に記載のシステムであって、前記複数の検出器は、前記駆動装置によって回転し、前記相対的運動を提供する。
【請求項１６】
請求項１３に記載のシステムであって、前記複数の検出器は、前記駆動装置によって焦点の近くの軸光のラインの近くで回転し、前記相対的運動を提供する。
【請求項１７】
請求項１に記載のシステムであって、前記折り畳み光学エレメントは、回転あるいは振動して、前記相対的運動を提供する。
【請求項１８】
請求項１に記載のシステムであって、前記折り畳み光学エレメントは、傾斜した鏡を含み、前記複数の検出器と前記集光装置の間に位置する。
【請求項１９】
請求項１に記載のシステムであって、前記鏡は、前記駆動装置によって前記検出器に対してピボットのまわりで角をなして振動し、前記相対的運動を提供する。
【請求項２０】
請求項１９に記載のシステムであって、前記鏡が傾斜している。
【請求項２１】
請求項１に記載のシステムであって、前記複数の検出器は、前記駆動装置によって前記鏡に対して直線的に振動し、前記相対的運動を提供する。
【請求項２２】
請求項２１に記載のシステムであって、前記鏡が傾斜している。
【請求項２３】
請求項２２に記載のシステムであって、前記鏡は、大きな反射角で傾斜している。
【請求項２４】
請求項１に記載のシステムであって、前記駆動装置は、少なくとも１つのディジタルあるいはアナログで制御されるモータを含む。
【請求項２５】
請求項１に記載のシステムであって、オフ軸入射放射線が前記検出器に影響を与えるのを防ぐために前記ターゲットから前記検出器までの光学パスに沿った開口装置を更に含む。
【請求項２６】
請求項２５に記載のシステムであって、前記開口装置は、前記集光装置の前に並列な光学的送信チャネルあるいは実質的に並列な光学的送信チャネルを含む。
【請求項２７】
請求項２６に記載のシステムであって、前記並列または実質的に並列な光学的送信チャネルのアレイはハニカム構造である。
【請求項２８】
請求項２５に記載のシステムであって、前記開口装置は、前記集光装置の後方に並列な光学的送信チャネルあるいは実質的に並列な光学的送信チャネルを含む。
【請求項２９】
請求項２８に記載のシステムであって、前記並列あるいは実質的に並列な光学的に透明なチャネルのアレイはハニカム構造である。
【請求項３０】
請求項２５に記載のシステムであって、前記開口装置はマスクを含み、前記マスクは、前記サイクル・シーケンスの現在照射されている検出器に通り抜ける前記ターゲットからの放射線を許可し、それによりオフ軸放射線は、現在照射されている検出器および基準信号を生成するためにモニターされる検出器からブロックされ、あるいは少なくとも実質的にブロックされる。
【請求項３１】
請求項３０に記載のシステムであって、前記マスクは、放射線がそこを通り過ぎることを可能にするようになされた開口を形成する穴あるいはギャップを備えた少なくとも1つの不透明な部材として定義される。
【請求項３２】
請求項３１に記載のシステムであって、前記不透明な部材は、円板、平面部材あるいは実質的に平面な部材、あるいは前検出器アレイ表面の一般的な形状に一致する部材であり、前記表面の前で作動する。
【請求項３３】
請求項１に記載のシステムであって、さらにプロセッサを含み、前記プロセッサは、前記検出器および/または復調装置から出力信号を受け取り、出力信号からバックグラウンド影響およびノイズを分け、前記ターゲットの前記スペクトル特性を表わす総出力を提供しそれらの特性を使用して、前記ターゲットを検知および/または識別する。
【請求項３４】
請求項３３に記載のシステムであって、前記検知されたおよび/または識別されたターゲットが、有毒化学物質の存在に起因する公的、個人あるいは軍事施設あるいはスペース、あるいは戸外における危険の低減あるいは除去の少なくとも1つを提供し、プラントあるいは工場排出あるいは他の装置に起因して化学あるいは医学的製造工程のコントロールを可能とし、あるいは汚染あるいは他のプロセスの制御あるいはモニタリングを可能にする。
【請求項３５】
請求項３３に記載のシステムであって、前記システムは、携帯機器、ポータブル機器、マウントされた固定ロケーション、マウントされた車、あるいはマウントされたロボット、マウントされた人として定義される少なくともハウジングに部分的に配置される。
【請求項３６】
少なくとも1つのターゲットおよび/または化学種のスペクトル特性を遠隔的に検知し解析するシステムであって、該システムは、解析されるターゲットおよび/または化学種によって放射されおよび/または吸収されおよび/または散乱された入射放射線を集めて合焦させて複数の検知器の一つに方向付ける集光装置と、前記収集された放射線をスペクトル分解するするための少なくとも幾つかの前記検出器の前に配置された、少なくとも1つのスペクトル的に識別する光学エレメントと、前記光学エレメントと相対的運動して出力信号を生成する前記検出器と、前記集光装置と前記検知器との間の相対的運動を生成する駆動装置と、前記相対的運動の位相および周波数をモニターする装置あるいは方法と、前記駆動装置と同期して、前記検出器によって生成された前記出力信号を復調する復調装置と、を備えている
【請求項３７】
請求項３６に記載のシステムであって、前記検出器はアレイを含む。
【請求項３８】
請求項３７に記載のシステムであって、前記アレイは、曲がったアレイ、環伏のアレイ、輪状アレイあるいは直線状アレイのうちの少なくとも1つを含む。
【請求項３９】
請求項３８に記載のシステムであって、前記アレイは少なくとも1つのギャップを含み、該少なくとも１つのギャップは、アレイがオプショナルでない場合に光りが方向付けられる方向で如何なる稼動中の検出器がないものとして定義される。
【請求項４０】
請求項３６に記載のシステムであって、前記検出器はアレイを含み、前記集光装置は、前記ソース放射線が前記検出器アレイの前記エレメントに順次焦点を合わせるように、前記検出器アレイの中心軸と一致する幾何学的中心軸のまわりで回るオフ軸焦点を有するレンズを備えている。
【請求項４１】
請求項４０に記載のシステムであって、前記シーケンスは、一度に前記個別の検出器のうちの1つに合焦する放射線によって定義される。
【請求項４２】
請求項４０に記載のシステムであって、前記シーケンスは、前記個別の検出器の少なくとも複数個が一度に一あるいは一度に複数合焦する放射線によって定義される。
【請求項４３】
請求項３６に記載のシステムであって、前記検出器はアレイを含み、前記集光装置は、幾何学的な中心から外れており、かつ前記放射線が順次前記検出器アレイの前記エレメントに合焦するように前記検出器アレイの前記幾何学的中心軸と一致する、軸のまわりで回るレンズを含む。
【請求項４４】
請求項４３に記載のシステムであって、前記シーケンスは、一度に前記個別の検出器のうちの1つに合焦する放射線によって定義される。
【請求項４５】
請求項４３に記載のシステムであって、前記シーケンスは、前記個別の検出器の少なくとも複数個に一度に１あるいは一度に複数合焦する放射線によって定義される。
【請求項４６】
請求項３６に記載のシステムであって、前記検出器はアレイを含み、前記集光装置がオフ軸焦点を備えた固定レンズを含み、前記検出器アレイが、前記駆動装置により前記放射線が順次前記検出器アレイの前記エレメントに合焦するように前記レンズの幾何学的中心軸の回りに回転する。
【請求項４７】
請求項４６に記載のシステムであって、前記シーケンスは、一度に前記個別の検出器のうちの1つに合焦する放射線によって定義される。
【請求項４８】
請求項４６に記載のシステムであって、前記シーケンスは、前記個別の検出器の少なくとも複数個に一度に１または一度に複数合焦する放射線によって定義される。
【請求項４９】
請求項３６に記載のシステムであって、前記検出器はアレイを含み、前記集光装置は固定レンズを含み、前記検出器アレイは、前記レンズの中心軸からオフセットするが平行な軸のまわりを前記駆動装置によって前記放射線が順次前記検出器アレイの前記エレメントに合焦するように回転する。
【請求項５０】
請求項４９に記載のシステムであって、前記シーケンスは、前記個別の検出器のうちの1つに一度に合焦する放射線によって定義される。
【請求項５１】
請求項４９に記載のシステムであって、前記シーケンスは、前記個別の検出器の１つにに一度に合焦する放射線によって定義される。
【請求項５２】
請求項４０，４３，４６および４９のいずれか１に記載のシステムであって、前記アレイは環伏のアレイを含む。
【請求項５３】
請求項３６に記載のシステムであって、前記検出器はアレイを含み、前記集光装置が、前記放射線が順次前記検出器アレイに合焦するように前記検
出器アレイに対して直線的に振動するレンズを含む。
【請求項５４】
請求項５３に記載のシステムであって、前記シーケンスは、一度に前記個別の検出器のうちの1つに合焦する放射線によって定義される。
【請求項５５】
請求項５３に記載のシステムであって、前記シーケンスは、前記個別の検出器の少なくとも複数個に一度に１または一度に複数合焦する放射線によって定義される。
【請求項５６】
請求項３６に記載のシステムであって、前記検出器はアレイを含み、前記集光装置は、前記放射線が順次前記検出器アレイの前記エレメントに合焦するように前記レンズに対して直線的に振動するレンズを含む。
【請求項５７】
請求項５６に記載のシステムであって、前記シーケンスは、前記個別の検出器のうちの1つに一度に合焦する放射線によって定義される。
【請求項５８】
請求項５６に記載のシステムであって、前記シーケンスは、前記個別の検出器の少なくとも複数個に一度に１または一度に複数合焦する放射線によって定義される。
【請求項５９】
請求項５３または５６に記載のシステムであって、前記アレイは、直線アレイあるいは曲がったアレイからなる。
【請求項６０】
請求項３６に記載のシステムであって、前記駆動装置は、少なくとも１つのディジタルあるいはアナログで制御されるモータを含む。
【請求項６１】
請求項３６に記載のシステムであって、オフ軸入射放射線が前記検出器に影響を与えるのを防ぐために前記ターゲットから前記検出器までの光学パスに沿った開口装置を更に含む。
【請求項６２】
請求項６１に記載のシステムであって、前記開口装置は、前記集光装置の前に並列な光学的送信チャネルあるいは実質的に並列な光学的送信チャネルを含む。
【請求項６３】
請求項６２に記載のシステムであって、前記並列または実質的に並列な光学的送信チャネルのアレイはハニカム構造である。
【請求項６４】
請求項６１に記載のシステムであって、前記開口装置は、前記集光装置の後方に並列な光学的送信チャネルあるいは実質的に並列な光学的送信チャネルを含む。
【請求項６５】
請求項６４に記載のシステムであって、前記並列あるいは実質的に並列な光学的に透明なチャネルのアレイはハニカム構造である。
【請求項６６】
請求項６１に記載のシステムであって、前記開口装置はマスクを含み、前記マスクは、前記サイクル・シーケンスの現在照射されている検出器に通り抜ける前記ターゲットからの放射線を許可し、それによりオフ軸放射線は、現在照射されている検出器および基準信号を生成するためにモニターされる検出器からブロックされ、あるいは少なくとも実質的にブロックされる。
【請求項６７】
請求項６６に記載のシステムであって、前記マスクは、放射線がそこを通り過ぎることを可能にするようになされた開口を形成する穴あるいはギャップを備えた少なくとも1つの不透明な部材として定義される。
【請求項６８】
請求項６７に記載のシステムであって、前記不透明な部材は、円板、平面部材あるいは実質的に平面な部材、あるいは前検出器アレイ表面の一般的な形状に一致する部材であり、前記表面の前で作動する。
【請求項６９】
請求項３６に記載のシステムであって、前記スペクトル的に識別する光学装置は、帯域フィルター、ノッチフィルター、ロングおよびショートパスフィルタ、回折フィルタ、偏光子フィルタの少なくとも１つ、あるいは、帯域フィルター、ノッチフィルター、ロング・パス・フィルタ、ショートパス・フィルタあるいは偏光子フィルタの少なくとも１つの組み合わせである。
【請求項７０】
請求項３６に記載のシステムであって、さらにプロセッサを含み、前記プロセッサは、前記検出器および/または復調装置から出力信号を受け取り、出力信号からバックグラウンド影響およびノイズを分け、前記ターゲットの前記スペクトル特性を表わす総出力を提供しそれらの特性を使用して、前記ターゲットを検知および/または識別する。
【請求項７１】
請求項７０に記載のシステムであって、前記検知されたおよび/または識別されたターゲットが、有毒化学物質の存在に起因する公的、個人あるいは軍事施設あるいはスペース、あるいは戸外における危険の低減あるいは除去の少なくとも1つを提供し、プラントあるいは工場排出あるいは他の装置に起因して化学あるいは医学的製造工程のコントロールを可能とし、あるいは汚染あるいは他のプロセスの制御あるいはモニタリングを可能にする。
【請求項７２】
請求項７０に記載のシステムであって、前記システムは、携帯機器、ポータブル機器、マウントされた固定ロケーション、マウントされた車、あるいはマウントされたロボット、マウントされた人として定義される少なくともハウジングに部分的に配置される。
【請求項７３】
少なくとも1つのターゲットおよび/または化学種のスペクトル特性を遠隔的に検知し解析する方法であって、該方法は、解析される前記ターゲットおよび/または化学種によって放射され、および/または吸収された入射放射線を集めて合焦させること、前記収集および合焦は、収集位置から行う、前記合焦した放射線を方向付けること、この方向付けは、方向付け位置で行う、前記収集された放射線をスペクトル解析位置でスペクトル解析すること、前記スペクトル解析は、ターゲットを識別するために使用することができるスペクトルの署名を生成する、前記方向付けられスペクトル解析された放射線を検知位置で検知すること、前記方向付け位置および前記検知位置は相互に相対的運動中であり、前記検知は出力信号を生成すること、前記相対的運動の位相および周波数をモニターすること、前記出力信号を復調すること、を含む。
【請求項７４】
請求項７３に記載の方法であって、前記収集および合焦は、レンズを使用して遂行する。
【請求項７５】
請求項７３に記載の方法であって、前記収集された放射線は、少なくとも１つの帯域フィルター、ノッチフィルター、ロングおよびショートパスフィルタ、回折フィルタ、偏光子フィルタの少なくとも１つ、あるいは、帯域フィルター、ノッチフィルター、ロング・パス・フィルタ、ショートパス・フィルタあるいは偏光子フィルタの少なくとも１つの組み合わせ、の複数によってスペクトル分析される。
【請求項７６】
請求項７３に記載の方法であって、前記検知は複数の検出器によって遂行される。
【請求項７７】
請求項７６に記載の方法であって、検出器はアレイを含む。
【請求項７８】
請求項７７に記載の方法であって、前記アレイは少なくとも1つのギャップを含み、該少なくとも１つのギャップは、アレイがオプショナルでない場合に光りが方向付けられる方向で如何なる稼動中の検出器がないものとして定義される。
【請求項７９】
請求項７３に記載の方法であって、前記方向付けは、折り畳み光学エレメントによって遂行される。
【請求項８０】
請求項７９に記載の方法であって、前記折り畳み光学エレメントが傾斜している。
【請求項８１】
請求項８０に記載の方法であって、前記傾斜は大きな反射角であり、前記大きな反射角は、軸光を、前記集光装置によって合焦された入射放射線から遠ざけて投影する能力を提供する。
【請求項８２】
請求項８０に記載の方法であって、前記傾斜は、小さな反射角であり、該小さな反射角は、前記集光装置によって合焦された入射放射線へ軸光を投影する能力を提供する。
【請求項８３】
請求項７９に記載の方法であって、前記折り畳み光学エレメントは反射鏡または多面鏡である。
【請求項８４】
請求項７９に記載の方法であって、前記折り畳み光学エレメントが回転しあるいは振動する。
【請求項８５】
請求項７９に記載の方法であって、前記検知はアレイを構成する複数の検知器によって遂行され、前記検出器アレイは前記傾斜鏡の回りを回転する。
【請求項８６】
請求項７９に記載の方法であって、前記検知は、アレイを形成する複数の検出器によって遂行され、前記検出器アレイは、前記傾斜した鏡に対して直線的に振動する。
【請求項８７】
請求項７３に記載の方法であって、前記駆動は駆動装置によって遂行される。
【請求項８８】
請求項８７に記載の方法であって、前記駆動装置は、少なくとも１つのディジタルあるいはアナログで制御されるモータを含む。
【請求項８９】
請求項７３に記載の方法であって、前記方向付けは折り畳み光学エレメントによって遂行され、前記検知は複数の検出器によって遂行される。
【請求項９０】
請求項８９に記載の方法であって、オフ軸入射放射線が前記検出器に影響を与えるのを防ぐために前記入射放射線をアパーチャーする。
【請求項９１】
少なくとも1つのターゲットおよび/または化学種のスペクトル特性を遠隔的に検知し解析する方法であって、該方法は、解析される前記ターゲットおよび/または化学種によって放射され、および/または吸収され、および/または散乱された入射放射線を集めて合焦させ方向付けること、前記収集、合焦および方向付けは、収集位置から行う、前記収集された放射線をスペクトル解析位置でスペクトル解析すること、前記スペクトル解析は、ターゲットを識別するために使用することができるスペクトルの署名を生成する、前記方向付けられスペクトル解析された放射線を検知位置の検知すること、前記収集位置および検知位置は互いに相対運動しており、前記検知は出力信号を生成する、前記相対的運動の位相および周波数をモニターすること、前記出力信号を復調すること、を含む。
【請求項９２】
請求項９１に記載の方法であって、前記収集、合焦および方向付けは、レンズを使用して遂行する。
【請求項９３】
請求項９２に記載の方法であって、前記収集された放射線が帯域フィルター、ノッチフィルター、ロングおよびショートパス・フィルタ、回折フィルタ、あるいは帯域フィルターの少なくとも１つ、あるいは帯域フィルター、ノッチフィルター、ロング・パス・フィルタ、ショートパス・フィルタ、回折フィルタ、あるいは偏向子フィルターの少なくとも１の組み合わせ、あるいは帯域フィルタ、ノッチフィルター、ロング・パス・フィルタ、ショートパス・フィルタおよび偏光子フィルタの組み合わせ、によってスペクトル解析される。
【請求項９４】
請求項９１に記載の方法であって、前記検知は複数の検出器によって遂行される。
【請求項９５】
請求項９４に記載の方法であって、検出器はアレイからなる。
【請求項９６】
請求項９５に記載の方法であって、前記アレイは、曲がったアレイ、環伏のアレイ、輪状のアレイあるいは直線状アレイの少なくとも1つからなる。
【請求項９７】
請求項９５に記載の方法であって、前記アレイは少なくとも1つのギャップを含み、該少なくとも１つのギャップは、アレイがオプショナルでない場合に光りが方向付けられる方向で如何なる稼動中の検出器がないものとして定義される。
【請求項９８】
請求項９１に記載の方法であって、前記収集、合焦、および合焦はレンズを使用して遂行され、前記検知は複数の検出器によって遂行される。
【請求項９９】
請求項９８に記載の方法であって、前記検出器は検出器アレイを含み、前記ソース放射線が順次前記検出器アレイのエレメントに合焦するように前記検出器アレイの中心軸と一致する、オフ軸焦点を備えたレンズはその幾何学的中心軸の回りを回転する。
【請求項１００】
請求項９８に記載の方法であって、前記検出器は検出器アレイを含み、前記レンズが、幾何学的にオフセットされているが前記検出器の幾何学的中心軸に一致する軸の回りに、前記放射線が順次前記検出器アレイの前記エレメントに合焦するように、回転する。
【請求項１０１】
請求項９８に記載の方法であって、前記検出器はアレイを含み、前記レンズがオフ軸焦点に固定され、前記検出器アレイが、前記駆動装置により前記放射線が順次前記検出器アレイの前記エレメントに合焦するように前記レンズの幾何学的中心軸の回りに回転する。
【請求項１０２】
請求項９８に記載の方法であって、前記検出器はアレイを含み、前記レンズが固定され、前記検出器アレイが、前記駆動装置により、前記放射線が順次前記検出器アレイの前記エレメントに合焦するように前記レンズの幾何学的中心軸からオフセットされているが平行な軸の回りに回転する。
【請求項１０３】
請求項
９８に記載の方法であって、前記検出器はアレイを含み、前記集光装置が、前記放射線が順次前記検出器アレイのエレメントに合焦するように、前記検出器アレイに対して直線的に振動するレンズを含む。
【請求項１０４】
請求項９８に記載の方法であって、前記検出器はアレイを含み、前記集光装置がレンズを含み、前記前記検出器アレイが、放射線が順次前記検出器アレイのエレメントに合焦するように、前記レンズに対して直線的に振動する。
【請求項１０５】
請求項９８に記載の方法であって、前記駆動は駆動装置によって遂行される。
【請求項１０６】
請求項９８に記載の方法であって、更に、オフ軸入射放射線が前記検出器に影響を与えるのを防ぐために前記入射放射線をアパーチャリングすることを含む。
【請求項１】
少なくとも1つのターゲットおよび/または化学種のスペクトル特性を遠隔的に検知し解析するシステムであって、該システムは、解析されるターゲットおよび/または化学種によって放射されおよび/または吸収されおよび/または散乱され入射放射線を集めて合焦させる集光装置と、前記集められて合焦された放射線を前記集光装置から複数の検出器のうちの少なくとも１つに方向付ける折り畳み光学エレメントと、前記収集された放射線をスペクトル分解するするための少なくとも幾つかの前記検出器の前に配置された、少なくとも1つのスペクトル的に識別する光学エレメントと、前記折り畳み光学エレメントと相対的運動して出力信号を生成する前記検出器と、前記相対的運動を生成する駆動装置と、前記相対的運動の位相および周波数をモニターする装置あるいは方法と、前記駆動装置と同期して、前記検出器によって生成された前記出力信号を復調する復調装置と、を備えている
【請求項２】
請求項１に記載のシステムであって、前記集光装置はレンズからなる。
【請求項３】
請求項１に記載のシステムであって、前記検出器はアレイからなる。
【請求項４】
請求項３に記載のシステムであって、前記アレイは、曲がったアレイ、環伏のアレイ、輪状アレイあるいは直線状アレイのうちの少なくとも1つからなる。
【請求項５】
請求項３に記載のシステムであって、前記アレイは前記相対的運動を提供するために回転あるいは振動する。
【請求項６】
請求項１に記載のシステムであって、前記アレイは少なくとも1つのギャップを含み、該少なくとも１つのギャップは、アレイがオプショナルでない場合に光りが方向付けられる方向で如何なる稼動中の検出器がないものとして定義される。
【請求項７】
請求項１に記載のシステムであって、前記スペクトル的に識別する光学装置は、帯域フィルター、ノッチフィルター、ロングおよびショートパスフィルタ、回折フィルタ、偏光子フィルタの少なくとも１つ、あるいは、帯域フィルター、ノッチフィルター、ロング・パス・フィルタ、ショートパス・フィルタあるいは偏光子フィルタの少なくとも１つの組み合わせである。
【請求項８】
請求項１に記載のシステムであって、前記折り畳み光学エレメントは多面鏡である。
【請求項９】
請求項１に記載のシステムであって、前記折り畳み光学エレメントが傾斜している。
【請求項１０】
請求項９に記載のシステムであって、前記傾斜は大きな反射角であり、前記大きな反射角は、軸光を、前記集光装置によって合焦された入射放射線から遠ざけて投影する能力を提供する。
【請求項１１】
請求項１０に記載のシステムであって、前記鏡は前記駆動装置によって回転し前記相対的運動を提供する。
【請求項１２】
請求項１０に記載のシステムであって、前記複数の検出器は、前記駆動装置によって前記鏡のまわりに回転し、前記相対的運動を提供する。
【請求項１３】
請求項９に記載のシステムであって、前記傾斜は、小さな反射角であり、該小さな反射角は、前記集光装置によって合焦された入射放射線へ軸光を投影する能力を提供する。
【請求項１４】
請求項１３に記載のシステムであって、前記鏡は、前記駆動装置によって回転し、前記相対的運動を提供する。
【請求項１５】
請求項１３に記載のシステムであって、前記複数の検出器は、前記駆動装置によって回転し、前記相対的運動を提供する。
【請求項１６】
請求項１３に記載のシステムであって、前記複数の検出器は、前記駆動装置によって焦点の近くの軸光のラインの近くで回転し、前記相対的運動を提供する。
【請求項１７】
請求項１に記載のシステムであって、前記折り畳み光学エレメントは、回転あるいは振動して、前記相対的運動を提供する。
【請求項１８】
請求項１に記載のシステムであって、前記折り畳み光学エレメントは、傾斜した鏡を含み、前記複数の検出器と前記集光装置の間に位置する。
【請求項１９】
請求項１に記載のシステムであって、前記鏡は、前記駆動装置によって前記検出器に対してピボットのまわりで角をなして振動し、前記相対的運動を提供する。
【請求項２０】
請求項１９に記載のシステムであって、前記鏡が傾斜している。
【請求項２１】
請求項１に記載のシステムであって、前記複数の検出器は、前記駆動装置によって前記鏡に対して直線的に振動し、前記相対的運動を提供する。
【請求項２２】
請求項２１に記載のシステムであって、前記鏡が傾斜している。
【請求項２３】
請求項２２に記載のシステムであって、前記鏡は、大きな反射角で傾斜している。
【請求項２４】
請求項１に記載のシステムであって、前記駆動装置は、少なくとも１つのディジタルあるいはアナログで制御されるモータを含む。
【請求項２５】
請求項１に記載のシステムであって、オフ軸入射放射線が前記検出器に影響を与えるのを防ぐために前記ターゲットから前記検出器までの光学パスに沿った開口装置を更に含む。
【請求項２６】
請求項２５に記載のシステムであって、前記開口装置は、前記集光装置の前に並列な光学的送信チャネルあるいは実質的に並列な光学的送信チャネルを含む。
【請求項２７】
請求項２６に記載のシステムであって、前記並列または実質的に並列な光学的送信チャネルのアレイはハニカム構造である。
【請求項２８】
請求項２５に記載のシステムであって、前記開口装置は、前記集光装置の後方に並列な光学的送信チャネルあるいは実質的に並列な光学的送信チャネルを含む。
【請求項２９】
請求項２８に記載のシステムであって、前記並列あるいは実質的に並列な光学的に透明なチャネルのアレイはハニカム構造である。
【請求項３０】
請求項２５に記載のシステムであって、前記開口装置はマスクを含み、前記マスクは、前記サイクル・シーケンスの現在照射されている検出器に通り抜ける前記ターゲットからの放射線を許可し、それによりオフ軸放射線は、現在照射されている検出器および基準信号を生成するためにモニターされる検出器からブロックされ、あるいは少なくとも実質的にブロックされる。
【請求項３１】
請求項３０に記載のシステムであって、前記マスクは、放射線がそこを通り過ぎることを可能にするようになされた開口を形成する穴あるいはギャップを備えた少なくとも1つの不透明な部材として定義される。
【請求項３２】
請求項３１に記載のシステムであって、前記不透明な部材は、円板、平面部材あるいは実質的に平面な部材、あるいは前検出器アレイ表面の一般的な形状に一致する部材であり、前記表面の前で作動する。
【請求項３３】
請求項１に記載のシステムであって、さらにプロセッサを含み、前記プロセッサは、前記検出器および/または復調装置から出力信号を受け取り、出力信号からバックグラウンド影響およびノイズを分け、前記ターゲットの前記スペクトル特性を表わす総出力を提供しそれらの特性を使用して、前記ターゲットを検知および/または識別する。
【請求項３４】
請求項３３に記載のシステムであって、前記検知されたおよび/または識別されたターゲットが、有毒化学物質の存在に起因する公的、個人あるいは軍事施設あるいはスペース、あるいは戸外における危険の低減あるいは除去の少なくとも1つを提供し、プラントあるいは工場排出あるいは他の装置に起因して化学あるいは医学的製造工程のコントロールを可能とし、あるいは汚染あるいは他のプロセスの制御あるいはモニタリングを可能にする。
【請求項３５】
請求項３３に記載のシステムであって、前記システムは、携帯機器、ポータブル機器、マウントされた固定ロケーション、マウントされた車、あるいはマウントされたロボット、マウントされた人として定義される少なくともハウジングに部分的に配置される。
【請求項３６】
少なくとも1つのターゲットおよび/または化学種のスペクトル特性を遠隔的に検知し解析するシステムであって、該システムは、解析されるターゲットおよび/または化学種によって放射されおよび/または吸収されおよび/または散乱された入射放射線を集めて合焦させて複数の検知器の一つに方向付ける集光装置と、前記収集された放射線をスペクトル分解するするための少なくとも幾つかの前記検出器の前に配置された、少なくとも1つのスペクトル的に識別する光学エレメントと、前記光学エレメントと相対的運動して出力信号を生成する前記検出器と、前記集光装置と前記検知器との間の相対的運動を生成する駆動装置と、前記相対的運動の位相および周波数をモニターする装置あるいは方法と、前記駆動装置と同期して、前記検出器によって生成された前記出力信号を復調する復調装置と、を備えている
【請求項３７】
請求項３６に記載のシステムであって、前記検出器はアレイを含む。
【請求項３８】
請求項３７に記載のシステムであって、前記アレイは、曲がったアレイ、環伏のアレイ、輪状アレイあるいは直線状アレイのうちの少なくとも1つを含む。
【請求項３９】
請求項３８に記載のシステムであって、前記アレイは少なくとも1つのギャップを含み、該少なくとも１つのギャップは、アレイがオプショナルでない場合に光りが方向付けられる方向で如何なる稼動中の検出器がないものとして定義される。
【請求項４０】
請求項３６に記載のシステムであって、前記検出器はアレイを含み、前記集光装置は、前記ソース放射線が前記検出器アレイの前記エレメントに順次焦点を合わせるように、前記検出器アレイの中心軸と一致する幾何学的中心軸のまわりで回るオフ軸焦点を有するレンズを備えている。
【請求項４１】
請求項４０に記載のシステムであって、前記シーケンスは、一度に前記個別の検出器のうちの1つに合焦する放射線によって定義される。
【請求項４２】
請求項４０に記載のシステムであって、前記シーケンスは、前記個別の検出器の少なくとも複数個が一度に一あるいは一度に複数合焦する放射線によって定義される。
【請求項４３】
請求項３６に記載のシステムであって、前記検出器はアレイを含み、前記集光装置は、幾何学的な中心から外れており、かつ前記放射線が順次前記検出器アレイの前記エレメントに合焦するように前記検出器アレイの前記幾何学的中心軸と一致する、軸のまわりで回るレンズを含む。
【請求項４４】
請求項４３に記載のシステムであって、前記シーケンスは、一度に前記個別の検出器のうちの1つに合焦する放射線によって定義される。
【請求項４５】
請求項４３に記載のシステムであって、前記シーケンスは、前記個別の検出器の少なくとも複数個に一度に１あるいは一度に複数合焦する放射線によって定義される。
【請求項４６】
請求項３６に記載のシステムであって、前記検出器はアレイを含み、前記集光装置がオフ軸焦点を備えた固定レンズを含み、前記検出器アレイが、前記駆動装置により前記放射線が順次前記検出器アレイの前記エレメントに合焦するように前記レンズの幾何学的中心軸の回りに回転する。
【請求項４７】
請求項４６に記載のシステムであって、前記シーケンスは、一度に前記個別の検出器のうちの1つに合焦する放射線によって定義される。
【請求項４８】
請求項４６に記載のシステムであって、前記シーケンスは、前記個別の検出器の少なくとも複数個に一度に１または一度に複数合焦する放射線によって定義される。
【請求項４９】
請求項３６に記載のシステムであって、前記検出器はアレイを含み、前記集光装置は固定レンズを含み、前記検出器アレイは、前記レンズの中心軸からオフセットするが平行な軸のまわりを前記駆動装置によって前記放射線が順次前記検出器アレイの前記エレメントに合焦するように回転する。
【請求項５０】
請求項４９に記載のシステムであって、前記シーケンスは、前記個別の検出器のうちの1つに一度に合焦する放射線によって定義される。
【請求項５１】
請求項４９に記載のシステムであって、前記シーケンスは、前記個別の検出器の１つにに一度に合焦する放射線によって定義される。
【請求項５２】
請求項４０，４３，４６および４９のいずれか１に記載のシステムであって、前記アレイは環伏のアレイを含む。
【請求項５３】
請求項３６に記載のシステムであって、前記検出器はアレイを含み、前記集光装置が、前記放射線が順次前記検出器アレイに合焦するように前記検
出器アレイに対して直線的に振動するレンズを含む。
【請求項５４】
請求項５３に記載のシステムであって、前記シーケンスは、一度に前記個別の検出器のうちの1つに合焦する放射線によって定義される。
【請求項５５】
請求項５３に記載のシステムであって、前記シーケンスは、前記個別の検出器の少なくとも複数個に一度に１または一度に複数合焦する放射線によって定義される。
【請求項５６】
請求項３６に記載のシステムであって、前記検出器はアレイを含み、前記集光装置は、前記放射線が順次前記検出器アレイの前記エレメントに合焦するように前記レンズに対して直線的に振動するレンズを含む。
【請求項５７】
請求項５６に記載のシステムであって、前記シーケンスは、前記個別の検出器のうちの1つに一度に合焦する放射線によって定義される。
【請求項５８】
請求項５６に記載のシステムであって、前記シーケンスは、前記個別の検出器の少なくとも複数個に一度に１または一度に複数合焦する放射線によって定義される。
【請求項５９】
請求項５３または５６に記載のシステムであって、前記アレイは、直線アレイあるいは曲がったアレイからなる。
【請求項６０】
請求項３６に記載のシステムであって、前記駆動装置は、少なくとも１つのディジタルあるいはアナログで制御されるモータを含む。
【請求項６１】
請求項３６に記載のシステムであって、オフ軸入射放射線が前記検出器に影響を与えるのを防ぐために前記ターゲットから前記検出器までの光学パスに沿った開口装置を更に含む。
【請求項６２】
請求項６１に記載のシステムであって、前記開口装置は、前記集光装置の前に並列な光学的送信チャネルあるいは実質的に並列な光学的送信チャネルを含む。
【請求項６３】
請求項６２に記載のシステムであって、前記並列または実質的に並列な光学的送信チャネルのアレイはハニカム構造である。
【請求項６４】
請求項６１に記載のシステムであって、前記開口装置は、前記集光装置の後方に並列な光学的送信チャネルあるいは実質的に並列な光学的送信チャネルを含む。
【請求項６５】
請求項６４に記載のシステムであって、前記並列あるいは実質的に並列な光学的に透明なチャネルのアレイはハニカム構造である。
【請求項６６】
請求項６１に記載のシステムであって、前記開口装置はマスクを含み、前記マスクは、前記サイクル・シーケンスの現在照射されている検出器に通り抜ける前記ターゲットからの放射線を許可し、それによりオフ軸放射線は、現在照射されている検出器および基準信号を生成するためにモニターされる検出器からブロックされ、あるいは少なくとも実質的にブロックされる。
【請求項６７】
請求項６６に記載のシステムであって、前記マスクは、放射線がそこを通り過ぎることを可能にするようになされた開口を形成する穴あるいはギャップを備えた少なくとも1つの不透明な部材として定義される。
【請求項６８】
請求項６７に記載のシステムであって、前記不透明な部材は、円板、平面部材あるいは実質的に平面な部材、あるいは前検出器アレイ表面の一般的な形状に一致する部材であり、前記表面の前で作動する。
【請求項６９】
請求項３６に記載のシステムであって、前記スペクトル的に識別する光学装置は、帯域フィルター、ノッチフィルター、ロングおよびショートパスフィルタ、回折フィルタ、偏光子フィルタの少なくとも１つ、あるいは、帯域フィルター、ノッチフィルター、ロング・パス・フィルタ、ショートパス・フィルタあるいは偏光子フィルタの少なくとも１つの組み合わせである。
【請求項７０】
請求項３６に記載のシステムであって、さらにプロセッサを含み、前記プロセッサは、前記検出器および/または復調装置から出力信号を受け取り、出力信号からバックグラウンド影響およびノイズを分け、前記ターゲットの前記スペクトル特性を表わす総出力を提供しそれらの特性を使用して、前記ターゲットを検知および/または識別する。
【請求項７１】
請求項７０に記載のシステムであって、前記検知されたおよび/または識別されたターゲットが、有毒化学物質の存在に起因する公的、個人あるいは軍事施設あるいはスペース、あるいは戸外における危険の低減あるいは除去の少なくとも1つを提供し、プラントあるいは工場排出あるいは他の装置に起因して化学あるいは医学的製造工程のコントロールを可能とし、あるいは汚染あるいは他のプロセスの制御あるいはモニタリングを可能にする。
【請求項７２】
請求項７０に記載のシステムであって、前記システムは、携帯機器、ポータブル機器、マウントされた固定ロケーション、マウントされた車、あるいはマウントされたロボット、マウントされた人として定義される少なくともハウジングに部分的に配置される。
【請求項７３】
少なくとも1つのターゲットおよび/または化学種のスペクトル特性を遠隔的に検知し解析する方法であって、該方法は、解析される前記ターゲットおよび/または化学種によって放射され、および/または吸収された入射放射線を集めて合焦させること、前記収集および合焦は、収集位置から行う、前記合焦した放射線を方向付けること、この方向付けは、方向付け位置で行う、前記収集された放射線をスペクトル解析位置でスペクトル解析すること、前記スペクトル解析は、ターゲットを識別するために使用することができるスペクトルの署名を生成する、前記方向付けられスペクトル解析された放射線を検知位置で検知すること、前記方向付け位置および前記検知位置は相互に相対的運動中であり、前記検知は出力信号を生成すること、前記相対的運動の位相および周波数をモニターすること、前記出力信号を復調すること、を含む。
【請求項７４】
請求項７３に記載の方法であって、前記収集および合焦は、レンズを使用して遂行する。
【請求項７５】
請求項７３に記載の方法であって、前記収集された放射線は、少なくとも１つの帯域フィルター、ノッチフィルター、ロングおよびショートパスフィルタ、回折フィルタ、偏光子フィルタの少なくとも１つ、あるいは、帯域フィルター、ノッチフィルター、ロング・パス・フィルタ、ショートパス・フィルタあるいは偏光子フィルタの少なくとも１つの組み合わせ、の複数によってスペクトル分析される。
【請求項７６】
請求項７３に記載の方法であって、前記検知は複数の検出器によって遂行される。
【請求項７７】
請求項７６に記載の方法であって、検出器はアレイを含む。
【請求項７８】
請求項７７に記載の方法であって、前記アレイは少なくとも1つのギャップを含み、該少なくとも１つのギャップは、アレイがオプショナルでない場合に光りが方向付けられる方向で如何なる稼動中の検出器がないものとして定義される。
【請求項７９】
請求項７３に記載の方法であって、前記方向付けは、折り畳み光学エレメントによって遂行される。
【請求項８０】
請求項７９に記載の方法であって、前記折り畳み光学エレメントが傾斜している。
【請求項８１】
請求項８０に記載の方法であって、前記傾斜は大きな反射角であり、前記大きな反射角は、軸光を、前記集光装置によって合焦された入射放射線から遠ざけて投影する能力を提供する。
【請求項８２】
請求項８０に記載の方法であって、前記傾斜は、小さな反射角であり、該小さな反射角は、前記集光装置によって合焦された入射放射線へ軸光を投影する能力を提供する。
【請求項８３】
請求項７９に記載の方法であって、前記折り畳み光学エレメントは反射鏡または多面鏡である。
【請求項８４】
請求項７９に記載の方法であって、前記折り畳み光学エレメントが回転しあるいは振動する。
【請求項８５】
請求項７９に記載の方法であって、前記検知はアレイを構成する複数の検知器によって遂行され、前記検出器アレイは前記傾斜鏡の回りを回転する。
【請求項８６】
請求項７９に記載の方法であって、前記検知は、アレイを形成する複数の検出器によって遂行され、前記検出器アレイは、前記傾斜した鏡に対して直線的に振動する。
【請求項８７】
請求項７３に記載の方法であって、前記駆動は駆動装置によって遂行される。
【請求項８８】
請求項８７に記載の方法であって、前記駆動装置は、少なくとも１つのディジタルあるいはアナログで制御されるモータを含む。
【請求項８９】
請求項７３に記載の方法であって、前記方向付けは折り畳み光学エレメントによって遂行され、前記検知は複数の検出器によって遂行される。
【請求項９０】
請求項８９に記載の方法であって、オフ軸入射放射線が前記検出器に影響を与えるのを防ぐために前記入射放射線をアパーチャーする。
【請求項９１】
少なくとも1つのターゲットおよび/または化学種のスペクトル特性を遠隔的に検知し解析する方法であって、該方法は、解析される前記ターゲットおよび/または化学種によって放射され、および/または吸収され、および/または散乱された入射放射線を集めて合焦させ方向付けること、前記収集、合焦および方向付けは、収集位置から行う、前記収集された放射線をスペクトル解析位置でスペクトル解析すること、前記スペクトル解析は、ターゲットを識別するために使用することができるスペクトルの署名を生成する、前記方向付けられスペクトル解析された放射線を検知位置の検知すること、前記収集位置および検知位置は互いに相対運動しており、前記検知は出力信号を生成する、前記相対的運動の位相および周波数をモニターすること、前記出力信号を復調すること、を含む。
【請求項９２】
請求項９１に記載の方法であって、前記収集、合焦および方向付けは、レンズを使用して遂行する。
【請求項９３】
請求項９２に記載の方法であって、前記収集された放射線が帯域フィルター、ノッチフィルター、ロングおよびショートパス・フィルタ、回折フィルタ、あるいは帯域フィルターの少なくとも１つ、あるいは帯域フィルター、ノッチフィルター、ロング・パス・フィルタ、ショートパス・フィルタ、回折フィルタ、あるいは偏向子フィルターの少なくとも１の組み合わせ、あるいは帯域フィルタ、ノッチフィルター、ロング・パス・フィルタ、ショートパス・フィルタおよび偏光子フィルタの組み合わせ、によってスペクトル解析される。
【請求項９４】
請求項９１に記載の方法であって、前記検知は複数の検出器によって遂行される。
【請求項９５】
請求項９４に記載の方法であって、検出器はアレイからなる。
【請求項９６】
請求項９５に記載の方法であって、前記アレイは、曲がったアレイ、環伏のアレイ、輪状のアレイあるいは直線状アレイの少なくとも1つからなる。
【請求項９７】
請求項９５に記載の方法であって、前記アレイは少なくとも1つのギャップを含み、該少なくとも１つのギャップは、アレイがオプショナルでない場合に光りが方向付けられる方向で如何なる稼動中の検出器がないものとして定義される。
【請求項９８】
請求項９１に記載の方法であって、前記収集、合焦、および合焦はレンズを使用して遂行され、前記検知は複数の検出器によって遂行される。
【請求項９９】
請求項９８に記載の方法であって、前記検出器は検出器アレイを含み、前記ソース放射線が順次前記検出器アレイのエレメントに合焦するように前記検出器アレイの中心軸と一致する、オフ軸焦点を備えたレンズはその幾何学的中心軸の回りを回転する。
【請求項１００】
請求項９８に記載の方法であって、前記検出器は検出器アレイを含み、前記レンズが、幾何学的にオフセットされているが前記検出器の幾何学的中心軸に一致する軸の回りに、前記放射線が順次前記検出器アレイの前記エレメントに合焦するように、回転する。
【請求項１０１】
請求項９８に記載の方法であって、前記検出器はアレイを含み、前記レンズがオフ軸焦点に固定され、前記検出器アレイが、前記駆動装置により前記放射線が順次前記検出器アレイの前記エレメントに合焦するように前記レンズの幾何学的中心軸の回りに回転する。
【請求項１０２】
請求項９８に記載の方法であって、前記検出器はアレイを含み、前記レンズが固定され、前記検出器アレイが、前記駆動装置により、前記放射線が順次前記検出器アレイの前記エレメントに合焦するように前記レンズの幾何学的中心軸からオフセットされているが平行な軸の回りに回転する。
【請求項１０３】
請求項
９８に記載の方法であって、前記検出器はアレイを含み、前記集光装置が、前記放射線が順次前記検出器アレイのエレメントに合焦するように、前記検出器アレイに対して直線的に振動するレンズを含む。
【請求項１０４】
請求項９８に記載の方法であって、前記検出器はアレイを含み、前記集光装置がレンズを含み、前記前記検出器アレイが、放射線が順次前記検出器アレイのエレメントに合焦するように、前記レンズに対して直線的に振動する。
【請求項１０５】
請求項９８に記載の方法であって、前記駆動は駆動装置によって遂行される。
【請求項１０６】
請求項９８に記載の方法であって、更に、オフ軸入射放射線が前記検出器に影響を与えるのを防ぐために前記入射放射線をアパーチャリングすることを含む。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９】
【公表番号】特表２００７−５０１４１０（Ｐ２００７−５０１４１０Ａ）
【公表日】平成１９年１月２５日（２００７．１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５３２２８３（Ｐ２００６−５３２２８３）
【出願日】平成１６年２月１０日（２００４．２．１０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／００３８０１
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０５０１６３
【国際公開日】平成１７年６月２日（２００５．６．２）
【出願人】（５０５２９８８０３）ユニヴァースティ オブ ヴァージニア パテント ファウンデイション (8)
【氏名又は名称原語表記】ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＶＩＲＧＩＮＩＡ ＰＡＴＥＮＴＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ
【住所又は居所原語表記】２５０ Ｗｅｓｔ Ｍａｉｎ Ｓｔｒｅｅｔ， Ｓｕｉｔｅ ３００，Ｃｈａｒｌｏｔｔｅｓｖｉｌｌｅ， ＶＡ ２２９０２， Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年１月２５日（２００７．１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年２月１０日（２００４．２．１０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／００３８０１
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０５０１６３
【国際公開日】平成１７年６月２日（２００５．６．２）
【出願人】（５０５２９８８０３）ユニヴァースティ オブ ヴァージニア パテント ファウンデイション (8)
【氏名又は名称原語表記】ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＶＩＲＧＩＮＩＡ ＰＡＴＥＮＴＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ
【住所又は居所原語表記】２５０ Ｗｅｓｔ Ｍａｉｎ Ｓｔｒｅｅｔ， Ｓｕｉｔｅ ３００，Ｃｈａｒｌｏｔｔｅｓｖｉｌｌｅ， ＶＡ ２２９０２， Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ
【Ｆターム（参考）】
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