JPH0476419B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術的分野〕 本発明は立体角2πに対応する半球空間からの
電磁放射を測定する電磁放射測定装置に関するも
のである。

気象学の分野等においては、放射平衡、すなわ
ち、地球表面へ入射する放射電磁波（光）と、地
球により放出または反射される放射電磁波との差
および放射電磁波の成分を知るために、それぞれ
0.3から3μｍおよび３から100μｍの波長範囲にわ
たつて太陽放射電磁波と地球放射電磁波の測定が
行われる。この目的のために立体角2πに対応す
る上側の半球空間（天球）、立体角2πに対応する
下側の半球空間（地球）からの放射電磁波を検出
および測定しなければならない。現在は、それら
の測定作業は静止装置により行われているばかり
でなく、航空機または宇宙船により行われる。

〔従来の技術〕

そのような測定のために現在まで多くの種類の
装置が提案されている。例えば、この装置は、第
１図に線図で示すように構成され、この装置は、
熱電対Ｔを含み、この装置の他の部分から分離さ
れ、黒色に着色された半田付け能動接合部が水平
に設けられる。放射が入射すると、半田付け能動
接合部の温度が、その装置の比較的大きい質量に
熱的に接続されている半田付け受動接合部の温度
より高くなる。その結果として生ずる熱電対Ｔの
出力は、半田付け受動接合部の温度のような他の
測定された変量とともに、入射した放射の測定の
ために用いられる。移流または対流による周囲の
大気との熱交換を阻止するために、通常熱電対Ｔ
は測定する放射を通すガラス、ポリエチレンなど
のような材料で作られた保護ドームにより覆われ
る。熱交換を更に阻止するために、第２図に示す
ように、熱電対Ｔを放射透過材料で作られる２つ
の半球状ドームＫ１，Ｋ２で熱電対を覆うように
してもよい。

〔発明が解決しようとする問題点〕

連続的電磁波（光）検出により動作する上記の
ような種類の装置は、例えば、航空機内で使用し
た時に気が付くように、比較的高い慣性、すなわ
ち比較的大きい応答遅れを示すばかりでなく、装
置自体の温度、特に、完全には透明でないドーム
の温度の変化が測定信号に大きな影響を及ぼす欠
点を有する。２個の同心ドームＫ１，Ｋ２を第２
図に示すようにして設けることが提案されたのは
その影響を最小にするためである。

従来の装置の慣性（応答遅れ）と、ケーシング
およびドームの温度の影響とによりひき起される
従来の装置の諸欠点は、いわゆる断続的電磁波
（光）検出法を用いることにより解消される。そ
のような方法は従来、立体角2πに対応する半球
空間からの放射電磁波を測定するためには用いら
れず、限られた開口角を有する装置のみに適用さ
れている。

第３図に示される従来の断続的電磁波検出法に
おいて、高感度かつ低慣性、すなわち小さい応答
遅れを有する放射検出器Ｄ（例えば半導体検出器、
ボロメータ、光電セル、またはパイロ電気検出
器）が、検出器Ｄに入射する放射を交互に放出、
反射させる振動板または回転円板MSの背後に置
かれる。この第３図に示す装置において、放射電
磁波は検出器Ｄの前方に置かれているレンズ系Ｏ
により収束される。この従来の装置において、測
定される放射電磁波と変調円板MSにより放出ま
たは反射されるいわゆる比較放射と呼ばれる放射
電磁波との差に対応する交流電圧または交流電流
が検出器Ｄにおいて発生される。例えば、温度変
化によるこのシステム（すなわち、検出器、ケー
シング、窓または光学系）内における放出の変化
が、測定される放射電磁波および比較放射電磁波
に同じ影響を及ぼし、したがつてその変化が交流
電圧または交流電流に影響を及ぼさないことがこ
の方法の利点である。しかし、この方法には、変
調円板により放出あるいは反射される放射が基準
信号（零信号）を構成するから、その放射が既知
でなければならないという欠点を有する。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、従来の装置の欠点を解消し、
立体角2πに対応する半球空間からの電磁放射を
測定する装置を提供するもので、この装置によれ
ば、従来の連続的電磁波検出法と比較して著しく
低い慣性（応答遅れ）を示す新規な連続的光検出
法により、従来可能であつたものよりはるかに高
感度の測定動作を可能にする。

〔問題点を解決するための手段〕

立体角2πに対応する半球空間からの放射電磁
波を測定する本発明の装置において、同一、また
は異なつた形状に作られた２つの変調器が使用さ
れる。

それらの変調器は共通の垂直軸上に互いに重ね
合わされて配設され、例えば第１図に示すような
ドームＫを囲む。本発明の装置の好適な実施例に
従つて、変調器の一方は静止し、他方の変調器は
共通の垂直軸を中心として回転させられる。変調
は、１つまたはそれ以上の水平に配置された高感
度検出器、たとえばボロメータまたは光電セル
に、半球空間からくる放射電磁波と、変調器が無
反射で非透過性のものであるとすると、変調器の
特性放射との差に対応する交流電圧を発生するも
のである。

この場合、半球空間からの放射電磁波の半分は
常に隠されるから、半球空間からの放射電磁波の
半分だけが有効となる。半球空間の特定の部分を
測定する場合、放射電磁波の半分だけが有効であ
るることは特に欠点ではない。したがつて、50％
の感度低下はそれらの場合には許容できる。

もちろん、半球空間全体を測定する場合にはこ
のように部分的な被覆は許容できない。その場
合、ドーム状の両方の変調器は、共通の垂直軸を
中心として、同じ向きに異なる速さで、または異
なる向きに同じ速さ、あるいは異なる速さで回転
させる。この場合においても半球の50％は隠され
るが、隠される部分は常に変るから長時間にわた
ると平均して全ての半球空間が観測されることに
なる。

変調器部分の形と数を適切に選択することによ
り、変調周波数を希望の測定作業に合わせること
ができる。このことは変調器の透過率、放出率、
反射率についてもあてはまる。本発明の好適な実
施例に従つて、２つの変調器は正確に定められた
透過率、放出率および反射率の少くとも１つを有
する。それらの全てのパラメータは波長に依存す
ることが好ましい。

立体角2πに対応する半球空間からの電磁放射
を測定する断続的電磁波検出法に使用される場合
には、本発明の装置の測定角度は、従来の広く受
け入れられている連続的電磁波検出法よりも著し
く高い。更に、半球空間からの放射電磁波を測定
する本発明の装置は慣性、つまり応答遅れがかな
り低い。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明を詳しく説明す
る。

第４Ａ図は本発明の放射測定装置の一部を切り
欠いて示す部分斜視図、第４Ｂ図は第４Ａ図に示
す好適な実施例の種々の部品の斜視図である。こ
の実施例は気象学的測定作業にとくに適してい
る。

第５，６図も参照して、１個またはそれ以上の
高感度、低慣性検出器Ｄ、たとえばボロメータが
透過ドームＫの下側に配置される。検出器Ｄはド
ームＫの中心Ｍを中心としてなるべく対称的に配
置する。ドームＫは同様な構成の２個の変調器Ｍ
１，Ｍ２により囲まれる。

それらの変調器は互いに共通中心軸Ａ上に重ね
合わされて配設され、それらの変調器はドームの
部分に類似する翼状の部分KZM１およびKZM２
として構成される。

なお、これら変調器Ｍ１，Ｍ２の翼状の部分
KZM１，KZM２が相対的に移動することにより
半球空間からの放射電磁波が変調される。

ドームの一部の形をしたそれらの変調器Ｍ１，
Ｍ２は、少くとも一方の変調器が共通垂直軸Ａを
中心として回転するようにして組立てられる。よ
り好ましくは、変調器Ｍ１とＭ２は共通垂直軸Ａ
を中心として、異なる速さで同じ向きに、または
異なる向きに回転させる。ドームの一部の形の変
調器Ｍ１，Ｍ２は、例えば、外側変調器Ｍ１の自
由外端部と外面に設けられている歯つきリムＺ１
と内側変調器Ｍ２の自由外端部と内面に設けられ
ている歯つきリムＺ２により駆動できる。２つの
変調器Ｍ１とＭ２が、異なる速さで、同じ向きに
または異なる向きに回転するように駆動されるの
に応じて、内側歯つきリムから外側歯さきリム
へ、または外側歯つきリムから内側歯つきリム
へ、１個またはそれ以上の歯車を介して回転運動
が伝えられる。

第６図から明らかなように、２個の変調器Ｍ
１，Ｍ２は、例えばそれぞれ半球の２個の切欠部
分KZM１，KZM２、すなわち閉じららていない
半球状体の一部の形からなり、各部分KZM１，
KZM２が、ドームの中心Ｍを通つて延び、内角
αで交わる２つの平面により形成される半球の表
面上の扇形に対応する。前記内角αは、第６図に
示す実施例では、90度にされ、変調器Ｍ１，Ｍ２
の表面上の部分KZM１，KZM２は黒色に着色さ
れる。

ドームの一部の形の変調器Ｍ１，Ｍ２の温度は
大容量抵抗器TH、たとえばサーミスタを変調器
に埋込んで測定する。その抵抗器内に生じた電圧
はスリツプリングを介してとり出される。測定す
る放射電磁波が約3μｍ以上の波長を有する赤外
線領域にある時だけ、温度読取りが要求される。
変調器Ｍ１，Ｍ２の黒部分KZM１，KZM２の温
度は、3μｍ以下の波長の放射測定にはあまり重
要ではない。3μｍ以上の波長を有する放射電磁
波のために、変調器Ｍ１，Ｍ２を3μｍ以上の波
長の放射を通さないガラス材料で作ることができ
る。この場合、ドームは3μｍ以上の波長の放射
電磁波を通し、かつ3μｍ以下の波長の放射電磁
波を通す材料で作られる。変調の結果、3μｍ以
下の波長の放射電磁波のみが検出される。本発明
の特に好適な実施例に従つて、ドームＫの下側の
空間、すなわち、低慣性（小さい応答遅れ）の高
感度検出器Ｄが配置される空間を気密にして、希
望する波長範囲、すなわち、3μｍ以上または以
下の波長範囲での電磁波測定に適するガスを充
す。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はドームの下に少くとも１
つの熱電対が配置される従来の検出装置の線図、
第３図は断続光検出法に従つて動作する従来の検
出装置の斜視図、第４Ａ図は半球からの放射を測
定する本発明の装置の好適な実施例の部分断面
図、第４Ｂ図は本判明の装置の種々の部品を示す
第４Ａ図に類似の斜視図、第５図は第４図の垂直
断面図、第６図は第４，５図の−線に沿う第
４図の実施例の断面図である。 Ｍ１，Ｍ２……変調器、Ｋ……ドーム、Ｄ……
検出器、TH……サーミスタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 透過性ドームの下側に配置されている高感度
   の低慣性検出器により立体角2πに対応する半球
   空間からの電磁放射を測定する装置において、 前記透過性ドームは、少くとも１個の高感度の
   低慣性検出器を収容し、ドームの一部を切り取つ
   た形状の２つの同一または異なる変調器が、共通
   垂直軸上に互いに重ね合わされて配設され、前記
   ２つの変調器のうち少なくとも１つの変調器は、
   前記共通垂直軸を中心として回転することを特徴
   とする電磁放射測定装置。 ２ 前記２つの変調器は、共通垂直軸を中心とし
   て同一または異なる速度で回転することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の電磁放射測定装
   置。 ３ 前記２つの変調器は、共通垂直軸を中心とし
   て反対の方向に同一または異なる速度で回転する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電
   磁放射測定装置。 ４ 前記変調器は、仮想球面に配列された半球を
   直径方向に切り欠いて形成される２つの等しい大
   きさの翼部を有し、該翼部は等しい内角（α＝90
   度）を有する球面上の扇型からなり、黒色に着色
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項から第３項のいずれかに記載の電磁放射測定装
   置。 ５ 前記変調器は、波長に依存する反射特性およ
   び／または波長に依存する透過特性を示すことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項から第４項のい
   ずれかに記載の電磁放射測定装置。 ６ 前記変調器は、温度測定手段を有することを
   特徴とする特許請求の範囲の第１項から第５項の
   いずれかに記載の電磁放射測定装置。 ７ 前記高感度の検出器を収容する空間は気密に
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項から第６項のいずれかに記載の電磁放射測定装
   置。