(57)【要約】  対象者の位置を特定するための装置（１０）であって、放射源、この場合には、電磁スペクトルの赤外線部分の波長で光を放射することができる高出力レーザ（１４）を含む照明／検出モジュール（１２）を備える、対象者の位置を特定するための装置が開示される。レーザ（１４）の光出力は、ビームスプリッタ（ＢＳ）（１６）及びレンズ（２０）によって、救助現場、及び対象者（２２）上に配置される、上記放射源に応答する複数の吸収体に向けられる。その後、モジュール（１２）の検出部分は、対象者に関連付けられる複数の放射体によって放射される信号を収集する。上記放射体は、吸収体に関連付けられる。
2009500614.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象者の位置を特定するための装置であって、
位置を特定される前記対象者を含む全体的なエリアを照明することができる電磁放射の放射源と、
前記対象者に関連付けられ、且つ前記放射に応答する第１の吸収体と、
前記対象者に関連付けられる第１の放射体であって、前記第１の吸収体による吸収に応答して第１の信号を放射するものと、
前記対象者に関連付けられ、且つ前記放射に応答する第２の吸収体と、
前記対象者に関連付けられる第２の放射体であって、前記第２の吸収体による吸収に応答して第２の信号を放射するものと、
前記第１の信号及び前記第２の信号を検出すること及び前記対象者の場所を指示する出力を与えることができる検出器と
を備える対象者の位置を特定するための装置。
【請求項２】
前記放射源は、赤外線帯及び／又は紫外線帯の電磁放射を放射する請求項１に記載の対象者の位置を特定するための装置。
【請求項３】
前記放射源は、前記放射源によって放射される前記電磁放射を集束して、指向性ビームにするための集束構成要素をさらに含む請求項１又は２に記載の対象者の位置を特定するための装置。
【請求項４】
前記集束構成要素はコリメータである請求項３に記載の対象者の位置を特定するための装置。
【請求項５】
前記放射源は、前記ビームを所望のビーム幅プロファイルに拡大するためのビームエキスパンダをさらに含む請求項３又は４に記載の対象者の位置を特定するための装置。
【請求項６】
前記放射源は、前記放射源によって放射される前記電磁放射の方向に対して４５度の角度を成して取り付けられるフィルタ及び／又はホットミラーをさらに含む請求項１〜５のいずれか一項に記載の対象者の位置を特定するための装置。
【請求項７】
前記検出器は、少なくとも１つのバンドパスフィルタ及び少なくとも１つの波長通過フィルタを含む請求項１〜６のいずれか一項に記載の対象者の位置を特定するための装置。
【請求項８】
前記少なくとも１つのバンドパスフィルタはバンドパス干渉フィルタであり、且つ前記波長通過フィルタは色ガラスフィルタである請求項７に記載の対象者の位置を特定するための装置。
【請求項９】
前記バンドパスフィルタは、２０ｎｍ〜２２０ｎｍの通過帯域を有する請求項７又は８に記載の対象者の位置を特定するための装置。
【請求項１０】
前記バンドパスフィルタは、２０ｎｍ〜７０ｎｍの通過帯域を有する請求項８に記載の対象者の位置を特定するための装置。
【請求項１１】
前記バンドパスフィルタは、７０ｎｍ〜１２０ｎｍの通過帯域を有する請求項８に記載の対象者の位置を特定するための装置。
【請求項１２】
前記バンドパスフィルタは、１２０ｎｍ〜１７０ｎｍの通過帯域を有する請求項８に記載の対象者の位置を特定するための装置。
【請求項１３】
前記バンドパスフィルタは、１７０ｎｍ〜２２０ｎｍの通過帯域を有する請求項８に記載の対象者の位置を特定するための装置。
【請求項１４】
前記検出器は、開口絞り及び受信レンズをさらに含む請求項１〜１３のいずれか一項に記載の対象者の位置を特定するための装置。
【請求項１５】
前記受信レンズは、前記検出器上に前記対象者の実像を形成するような形状、サイズ及び配置であり、前記開口絞りは可変アイリスである請求項１４に記載の対象者の位置を特定するための装置。
【請求項１６】
前記検出器の前記出力を所定のしきい値よりも高い値に増幅するために該検出器に接続される増幅器をさらに備える請求項１〜１５のいずれか一項に記載の対象者の位置を特定するための装置。
【請求項１７】
前記増幅器はトランスインピーダンス増幅器である請求項１６に記載の対象者の位置を特定するための装置。
【請求項１８】
前記放射源に接続される信号発生器をさらに備え、該信号発生器は、所定の周波数で該放射源によって放射される前記電磁放射をパルス変調する請求項１〜１７のいずれか一項に記載の対象者の位置を特定するための装置。
【請求項１９】
インジケータに結合される位相感応増幅器をさらに備え、該位相感応増幅器は、前記検出器の前記出力を直流信号に変換し、該直流信号は前記インジケータに電圧を供給する請求項１８に記載の対象者の位置を特定するための装置。
【請求項２０】
前記インジケータ手段は、少なくとも１つの視覚的刺激及び／又は少なくとも１つの聴覚的刺激を生成する請求項１９に記載の対象者の位置を特定するための装置。
【請求項２１】
前記視覚的刺激は点滅するＬＥＤによって生成され、且つ前記聴覚的刺激はビーパー又はブザーによって生成される請求項２０に記載の対象者の位置を特定するための装置。
【請求項２２】
前記放射源はレーザダイオード又は高出力ＬＥＤであり、前記検出器は光検出器である請求項１〜２１のいずれか一項に記載の対象者の位置を特定するための装置。
【請求項２３】
前記第１の吸収体、前記第１の放射体、前記第２の吸収体及び前記第２の放射体は、前記対象者上に配置される蛍光材料から構成される請求項１〜２２のいずれか一項に記載の対象者の位置を特定するための装置。
【請求項２４】
前記蛍光材料は、赤外線帯及び／又は紫外線帯において強く吸収するように選択される請求項２３に記載の対象者の位置を特定するための装置。
【請求項２５】
前記蛍光材料は蛍光染料である請求項２３に記載の対象者の位置を特定するための装置。
【請求項２６】
前記第１の吸収体及び前記第１の放射体のために用いられる前記蛍光染料は３−ジエチルチアジカルボシアニンアイオダイドであり、且つ前記第２の吸収体及び前記第２の放射体のために用いられる前記蛍光染料は、１，１’，３，３’，３’−ヘキサメチルインドジカルボシアニンアイオダイドである請求項２５に記載の対象者の位置を特定するための装置。
【請求項２７】
前記第１の吸収体及び前記第１の放射体のために用いられる前記蛍光染料は、１，１’，３，３’，３’−ヘキサメチルインドジカルボシアニンアイオダイドであり、且つ前記第２の吸収体及び前記第２の放射体のために用いられる前記蛍光染料は３−ジエチルチアジカルボシアニンアイオダイドである請求項２５に記載の対象者の位置を特定するための装置。
【請求項２８】
前記第１の吸収体及び前記第１の放射体のために用いられる前記蛍光染料は、３−ジエチルチアジカルボシアニンアイオダイド又は１，１’，３，３’，３’−ヘキサメチルインドジカルボシアニンアイオダイドであり、且つ前記第２の吸収体及び前記第２の放射体のために用いられる前記蛍光染料は、前記電磁スペクトルのＵＶ部分において強く吸収すると共に前記赤外線において放射する請求項２５に記載の対象者の位置を特定するための装置。
【請求項２９】
前記第１の吸収体及び前記第１の放射体のために用いられる前記蛍光染料は、前記電磁スペクトルのＵＶ部分において強く吸収すると共に前記赤外線において放射し、且つ前記第２の吸収体及び前記第２の放射体のために用いられる前記蛍光染料は、３−ジエチルチアジカルボシアニンアイオダイド又は１，１’，３，３’，３’−ヘキサメチルインドジカルボシアニンアイオダイドである請求項２５に記載の対象者の位置を特定するための装置。
【請求項３０】
捜索エリア内の対象者の位置を特定する方法であって、
前記対象者に、選択された周波数の入射電磁放射を吸収するように選択される第１の吸収体を配設するステップと、
前記対象者に、前記入射電磁放射によって前記吸収体が照明されるのに応答して、第１の信号を放射するように選択される第１の放射体を配設するステップと、
前記対象者に、選択された周波数の入射電磁放射を吸収するように選択される第２の吸収体を配設するステップと、
前記対象者に、前記入射電磁放射によって前記吸収体が照明されるのに応答して、第２の信号を放射するように選択される第２の放射体を配設するステップと、
前記第１の信号及び前記第２の信号を検出し、且つ前記第１の信号及び前記第２の信号の検出時に指示を与えるステップと
を含む捜索エリア内の対象者の位置を特定する方法。
【請求項３１】
放射源で前記捜索エリアを能動的に照明するステップをさらに含む請求項３０に記載の捜索エリア内の対象者の位置を特定する方法。
【請求項３２】
前記対象者に前記第１の吸収体、前記第１の放射体、前記第２の吸収体及び前記第２の放射体を配設するステップは、前記対象者に特徴的な周波数を有する蛍光材料を塗布することを含む請求項３１に記載の捜索エリア内の対象者の位置を特定する方法。
【請求項３３】
前記蛍光材料は、赤外線帯及び／又は紫外線帯において強く吸収するように選択される請求項３２に記載の捜索エリア内の対象者の位置を特定する方法。
【請求項３４】
前記蛍光材料は蛍光染料である請求項３２に記載の捜索エリア内の対象者の位置を特定する方法。
【請求項３５】
前記第１の吸収体及び前記第１の放射体のために用いられる前記蛍光染料は３−ジエチルチアジカルボシアニンアイオダイドであり、且つ前記第２の吸収体及び前記第２の放射体のために用いられる前記蛍光染料は、１，１’，３，３’，３’−ヘキサメチルインドジカルボシアニンアイオダイドである請求項３２に記載の対象者の位置を特定するための装置。
【請求項３６】
前記第１の吸収体及び前記第１の放射体のために用いられる前記蛍光染料は、１，１’，３，３’，３’−ヘキサメチルインドジカルボシアニンアイオダイドであり、前記第２の吸収体及び前記第２の放射体のために用いられる前記蛍光染料は３−ジエチルチアジカルボシアニンアイオダイドである請求項３２に記載の対象者の位置を特定するための装置。
【請求項３７】
前記第１の吸収体及び前記第１の放射体のために用いられる前記蛍光染料は、３−ジエチルチアジカルボシアニンアイオダイド又は１，１’，３，３’，３’−ヘキサメチルインドジカルボシアニンアイオダイドであり、且つ前記第２の吸収体及び前記第２の放射体のために用いられる前記蛍光染料は、前記電磁スペクトルのＵＶ部分において強く吸収すると共に前記赤外線において放射する、請求項３２に記載の対象者の位置を特定するための装置。
【請求項３８】
前記第１の吸収体及び前記第１の放射体のために用いられる前記蛍光染料は、前記電磁スペクトルのＵＶ部分において強く吸収すると共に前記赤外線において放射し、前記第２の吸収体及び前記第２の放射体のために用いられる前記蛍光染料は、３−ジエチルチアジカルボシアニンアイオダイド又は１，１’，３，３’，３’−ヘキサメチルインドジカルボシアニンアイオダイドである請求項３２に記載の対象者の位置を特定するための装置。
【請求項３９】
前記吸収体を照明するために、前記入射電磁放射を捜索エリアにわたってくまなく動かすステップをさらに含む請求項３０〜３８のいずれか一項に記載の捜索エリア内の対象者の位置を特定する方法。
【請求項４０】
前記入射電磁放射は所定の周波数でパルス変調される請求項３０〜３９のいずれか一項に記載の捜索エリア内の対象者の位置を特定する方法。
【請求項４１】
前記検出するステップは、前記検出された放射をフィルタリングするステップをさらに含み、該フィルタリングするステップは、前記特徴的な周波数から外れる放射を能動的に減衰させることを含む請求項３０〜４０のいずれか一項に記載の捜索エリア内の対象者の位置を特定する方法。
【請求項４２】
前記放射された入射電磁放射を検出する際に使用者に指示を与えるステップをさらに含む請求項３０〜４１のいずれか一項に記載の捜索エリア内の対象者の位置を特定する方法。
【請求項４３】
前記指示を与えるステップは、視覚的刺激及び／又は聴覚的刺激を与えることを含む請求項４２に記載の捜索エリア内の対象者の位置を特定する方法。
【請求項４４】
前記視覚的刺激は点滅するＬＥＤによって生成され、前記聴覚的刺激はビーパー又はブザーによって生成される請求項４３に記載の捜索エリア内の対象者の位置を特定する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は１つ又は複数の対象者（又は対象物）の位置を特定するための装置及び方法に関する。より詳細には、限定はしないが、本発明は、蛍光検出によって、１人又は複数の人の位置を特定するための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの空中からの捜索及び救助作業では、所望の対象物（ターゲット）の位置を正確に特定することが非常に難しいことがある。たとえば、航空海上救助作業では、海面が荒れ狂うことがあると、行方不明者の位置を特定するのが難しくなる。三角波の立つ海では、１人又は複数の人々が表面波によってカムフラージュされることがあるので、位置を特定するためにさらに努力を要する。
【０００３】
行方不明のスキーヤーの位置を特定しようとする際にも、同じような困難に直面する。雪は柔らかいことが多いので、人々は雪の層、例えば吹きだまりの中に容易に落ちて、一部が、又は全身が覆われることになるか、又は雪崩に巻き込まれることがある。このように雪で覆われてしまうと、よく知られていることではあるが、問題となっている人又は人々の位置を特定するのが難しくなる。単に、人が軟らかい雪で覆われているだけでも、捜索隊及び救助隊から視認するのは容易ではない。
【０００４】
したがって、現在の救助技法が抱える問題は、典型的には、捜索隊が、海又は雪の吹きだまりにいる人をヘリコプタ等から実際に目視で突き止めることに頼っていることにある。人が目視で確認され、彼らの場所が特定された後に、ボート又は救難機のいずれかによって、彼らを物理的に引き上げることができる。したがって、人（人々）が行方不明になるか、又は水に入ってから最終的に救助されるまでにかかる時間は極めて長くなることがあり、低体温症の危険性、又は動物及びサメに襲われる危険性が高くなる。
【０００５】
救助隊を支援するために、ＥＨＥＲＢ、ＲＦ識別タグ等の種々のタイプの位置通報ビーコン及び送信機が用いられてきた。これらの送信機は、捜索及び救助の対応時間を大幅に改善することができるが、これらの送信機は無線伝送を利用し、それゆえ、電池パックのような電源に頼っている。したがって、救助隊が信号源の位置を特定できる前に、送信機の電池が切れて、送信を停止する可能性がある。さらに、使用者がＥＨＥＲＢのような携帯送信機から離れていることもある。そのような状況では、送信機によって与えられた場所は、行方不明者（複数可）が実際にいる場所から、数キロメートルではないにしても、数メートル離れていることがある。
【０００６】
この点から、救助作業用の多数の光学的な検出システムが提案されてきた。１つのそのようなシステムが、「Target Detection System Utilizing Multiple Optical Criteria」と題する米国特許第５，７９３，０３４号（特許文献１）に記載されている。米国特許第５，７９３，０３４号のシステムは、それぞれが異なる波長を有する、少なくとも２つの独立したパルスレーザダイオード光源を備える。その際、各光源からの出力が合成され、入射検出ビームを形成し、その後、このビームは捜索エリアに向けられる。その後、入射検出ビームの種々の波長が、対象物上に配置される特注のマーカ材料によって反射され、その後、有効な対象物が特定されたか否かを判定するために、この反射したビームがシステムによって解析される。マーカ材料は、入射検出ビームの波長を反射するのと同時に、他の全ての波長を大きく減衰させるように選択される。
【０００７】
そのようなシステムが抱える問題は、反射したビームが種々の角度で外れることがあり、それゆえ、反射したビームが常に検出器に向かって戻るように反射されるとは限らないことである。米国特許第５，７９３，０３４号（特許文献１）のシステムは主に、マーカ材料の反射率に頼るので、捜索エリアから反射した光も１つの要因になる。海原及び雪原のような捜索エリアの表面は反射性が高いので、それらのエリアは、対象物を検出するために用いられる入射検出ビームの波長をいとも容易く反射することができるので、誤検出が生じる恐れがある。
【０００８】
さらに、米国特許第５，７９３，０３４号（特許文献１）のシステム及び他の光検出方式は、背景太陽光放射（background solar radiation）によって大きく影響を及ぼされ、背景太陽光放射によって大量の背景雑音が生成されるので、特に日中の作業中に、システムの検出精度が低下する。
【０００９】
【特許文献１】米国特許第５，７９３，０３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
位置特定信号（positioning signal）を放射するのに電源に頼ることなく、捜索プロセス及び救助プロセスの費用を大幅に削減しつつ、捜索プロセス及び救助プロセスも支援する、１人又は複数の人の位置を特定する方法を考案することができたなら好都合であることは明らかである。さらに、背景太陽光雑音の悪影響を大幅に低減し、日中の作業中に用いることができる、１人又は複数の人の位置を特定する方法を提供することが好都合であろう。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様によれば、対象者の位置を特定するための装置であって、
位置を特定される対象者を含む全体的なエリアを照明することができる電磁放射の放射源と、
上記対象者に関連付けられ、且つ上記放射に応答する第１の吸収体と、
上記対象者に関連付けられる第１の放射体であって、上記第１の吸収体による吸収に応答して第１の信号を放射するものと、
上記対象者に関連付けられ、且つ上記放射に応答する第２の吸収体と、
上記対象者に関連付けられる第２の放射体であって、上記第２の吸収体による吸収に応答して第２の信号を放射する、第２の放射体と、
第１の信号及び第２の信号を検出すること、及び上記対象者の場所を指示する出力を与えることができる検出器と
を備える対象者の位置を特定するための装置が提供される。
【００１２】
本発明の別の態様によれば、捜索エリア内の対象者の位置を特定する方法であって、
上記対象者に、選択された周波数の入射電磁放射を吸収するように選択される第１の吸収体を配設するステップと、
上記対象者に、入射電磁放射によって吸収体が照明されるのに応答して、第１の信号を放射するように選択される第１の放射体を配設するステップと、
上記対象者に、選択された周波数の入射電磁放射を吸収するように選択される第２の吸収体を配設するステップと、
上記対象者に、上記入射電磁放射によって上記吸収体が照明されるのに応答して、第２の信号を放射するように選択される第２の放射体を配設するステップと、
上記第１の信号及び上記第２の信号を検出し、且つ上記第１の信号及び上記第２の信号の検出時に指示を与えるステップと
を含む捜索エリア内の対象者の位置を特定する方法が提供される。
【００１３】
方法は、対象者が見つかると予想されるエリア全体を照明することができる放射源で対象者を能動的に照明することを含む。これは、視野全体を照らすことによって、又は捜索エリアにわたって狭帯域の放射ビームを走査することによって果たすことができる。いずれの場合でも、放射源によって生成される放射は、位置を特定される対象者の方向全体に放射される。
【００１４】
対象者に突き当たると、入射放射のエネルギーの一部が吸収体によって吸収される。その際、吸収されたエネルギーによって、放射体が、それぞれ異なる波長を有し、且つそれぞれ放射源の波長よりも長い波長（それゆえ、低い周波数）を有する個別の戻り信号を自発的に放射する。ストークスシフトとして知られている、放射源の波長と各戻り信号との間にあるこの差が、本発明によって、戻り信号と背景放射の発生源とを区別するために利用される。
【００１５】
放射源及び検出器は単一のユニット内に収容されることがあり、放射源及び検出器は、ユニット内で互いに隣接して配置される。別法では、放射源及び検出器は別個のユニットとして設けられることがある。当然、吸収体及び放射体は必然的にこれらの構成要素から離れており、位置を特定される対象者に関連付けられ、たとえば、対象者が身に着けている衣類等の物品の表面上に配置される。
【００１６】
デバイスとしてハンドヘルドデバイスを用いることができ、そのような配置によれば、捜索者が、放射源によって捜索エリア又は捜索経路を照明するのを能動的に制御できるようになる。別法では、デバイスは乗物に搭載され、捜索者が広い捜索エリアを比較的迅速に網羅できるようにする。戻り信号を受信すると、デバイスは、デバイスが大まかに向けられている方向で、そのような信号が受信されたことを捜索者に指示し、対象者が特定された場所を指示する。
【００１７】
放射源はパルス変調されることがあり、変調（パルス速度）は、放射源に結合される信号発生器によって制御される。このように放射源を変調することによって、放射体によって放射される戻り信号も実効的に変調される。放射源は、種々の形態のうちの１つの形態で電磁放射を送達することができる。たとえば、放射源として、可視光源、ＵＶ光源、赤外光源又は近赤外光源を用いることができる。放射源はレーザダイオードであることが好ましい。しかしながら、放射源として、電磁スペクトルの任意の部分を利用する放射源を用いることができることは理解されよう。
【００１８】
放射源は、放射源の方向に対して或る角度、たとえば、放射源の方向に対して４５度の角度を成して取り付けられる少なくとも１つのフィルタ及び／又はホットミラーをさらに備えることがある。放射源は、コリメータのような、放射された電磁放射を捜索エリアに向かって一方向（directionally）に集束するための手段もさらに備えることがある。フィルタ及び／又はホットミラーはレーザダイオードの前方に配置されることがある。
【００１９】
検出器は、受信機に対して適当な空間的関係で配置される適した焦点距離を有する、受信レンズを備えることができる。レンズは、戻り信号を受信機上に集束するための役割を果たす。受信レンズは、受信機上に対象者の実像を形成するような大きさ及び形状を有することができる。
【００２０】
受信機として、受信機の表面上に配置される１つ又は複数のフォトダイオード、たとえばＰＩＮフォトダイオードを含む、光受信機（photo receiver：フォトレシーバ、受光器）を用いることができる。受信機はさらに、その後の処理を続ける前に、フォトダイオードの電気的な出力を増幅する、トランスインピーダンス増幅器の形態のような増幅器を備えることができる。
【００２１】
デバイスは、戻り信号と、検出器上に入射する背景放射源によって放射される信号とを区別するための手段も備えることができる。区別するための手段は、変調された戻り信号と同相でない放射成分を除去（filter）するためのフィルタリング手段を含むことがある。フィルタリング手段として、バンドパス干渉フィルタ及び／又は長波長通過色ガラスフィルタ（long wavelength pass coupled glass filter）を用いることができる。バンドパスフィルタは、２０ナノメートルの最小通過帯域を有することが好都合である。当然、バンドパスフィルタの通過帯域を同調させて、第１の戻り信号と第２の戻り信号との間のスペクトル分離に対応することは理解されよう。たとえば、第１の戻り信号と第２の戻り信号との間のスペクトル分離が、選択された放射体の特性に依存するときに、それらの信号間のスペクトル分離に対応するために、フィルタの通過帯域は、２０ｎｍ〜７０ｎｍ、７０ｎｍ〜１２０ｎｍ、１２０ｎｍ〜１７０ｎｍ又は１７０ｎｍ〜２２０ｎｍにすることができる。
【００２２】
フィルタリング手段は、受信手段及び処理手段の視野を制限するための開口絞りも備えており、それにより、視野外から放射される信号を排除することができる。開口絞りは、放射源に対して固定的に取り付けられる可変アイリス絞りであることが好ましい。開口の視野は、放射源の視野に実質的に対応することが好ましい。別法では、特にデバイスが動いている乗物に搭載されている場合には、視野は広い捜索エリアに対応することがある。フィルタリング手段は長波長通過色ガラスフィルタをさらに備えることがあり、それにより、光の所定の波長だけが、その中を通過できるようにする。
【００２３】
検出器は、受信機から出力される変調された戻り信号を処理するための手段を備えることがある。処理手段は、位相感応増幅器又はロックイン増幅器を含むことが好都合である。変調された戻り信号のそれぞれは、位相感応増幅器によって復調され、パルス入力毎の平均されたＤＣ信号が生成される。位相感応増幅器は、受信機からの信号と、平衡両極方形波基準信号（balanced bipolar square-wave reference）とを乗算し、その後、これを或る時間間隔、たとえば１秒以上、好ましくは１秒にわたって平均することによって、この平均されたＤＣ信号を生成する。位相感応増幅器は、レーザダイオードに結合される信号発生器からのパルス励起ビームの代わりに、基準信号を用いることができる。
【００２４】
こうして、位相感応増幅器は、放射源の変調周波数と同相である成分以外の全ての雑音スペクトル成分を実質的に除去する極めて狭い帯域のフィルタとして動作する（すなわち、検出器は同期検波を用いる）。位相感応増幅器を使用することによって、非常に高い信号対雑音比が与えられ、それにより、デバイスの信頼性が高められる。
【００２５】
このようにして戻りビームを変調する別の利点は、変調することで、トランスインピーダンス増幅器電子回路の１／ｆ雑音スペクトルよりも高い帯域まで、信号帯域がシフトされることである。
【００２６】
処理手段は、位相感応増幅器からの出力ＤＣ電気信号を、所定のしきい値よりも高く増幅するための手段をさらに備えることがある。しきい値は、システムの雑音レベルよりも十分に高く設定され、インジケータが誤作動する可能性をさらに減少させることが好都合である。
【００２７】
デバイスは、対象者の位置が特定されたときに、対象者の位置が特定されたことを具体的に指示するためのインジケータを備えることができる。インジケータは、位相感応増幅器からの信号が、或る一定のレベルを超えたとき、たとえば、蛍光塗料からの戻りビームの検出を指示して、起動又は始動するように電圧を印加されることがある。
【００２８】
指示手段として、画像表示ユニット、モニタ、点滅光等のビジュアルインジケータを用いることができる。ビジュアルインジケータは、点灯光又は点滅光であることが好ましい。ビジュアルインジケータとして、ＬＥＤ、たとえば、赤色又は緑色のＬＥＤインジケータを用いることができる。また指示手段は、ビーパー、ブザー、サイレン、警笛等の形態の警報音も含むことがあり、警報音はビーパーの形態をとることが最も好ましい。
【００２９】
第１の吸収体及び第１の放射体は、対象者が身に着ける物品の表面に塗布される第１の蛍光塗料の形態をとり、吸収体及び放射体は第２の蛍光塗料の形態をとることが好都合である。第２の蛍光塗料は、第１の蛍光塗料の上に塗布され、放射源からのエネルギーが、両方の層によって概ね同時に吸収され、異なる波長で再送されるようにすることが好ましい。別法では、第１の蛍光塗料及び第２の蛍光塗料は、対象者が身に着ける物品の表面上にチェッカー盤配列（chequered board arrangement）のような種々のパターンにおいて塗布されることがある。結果として、放射源は、物品を覆うように選択される蛍光塗料によって容易に吸収される波長を有するように選択される。放射源は、７５０ｎｍ〜１０００ｎｍの波長を有することが好ましい。便宜上、７８５ｎｍ、８５０ｎｍ又は９８０ｎｍのうちの１つが選択されることがある。
【００３０】
したがって、この実施形態では、蛍光塗料を用いて、放射源から入射するエネルギーを吸収し、その後、異なる波長の２つの別々のビームを放射する。この実施形態の利点は、対象者が身に着ける物品を両方の蛍光処理を用いて塗布することが比較的容易なことであり、たとえば、それらの蛍光塗料は、選択された物品の上に単に塗布又は噴霧することができる。別法では、塗料は、物品に選択された蛍光材料を染み込ませることによって、又は適当な蛍光材料で既にドープ染色されているポリマー若しくは生地を製造することによって、塗布することができる。
【００３１】
適当な塗料の一例は、蛍光塗料において用いられた３−ジエチルチアジカルボシアニンアイオダイド（diethylthiadicarbocyanineiodide）(ＴＤＣＩ）である。別の適当な塗料は、蛍光塗料として用いられた１，１’，３，３’，３’−ヘキサメチルインドジカルボシアニンアイオダイド（hexamethylindodicarbocyanine Iodide）（ＨＩＤＣＩ）である。いずれの染料とも、赤外線領域において強い吸収を示し、特徴的な青色及び青緑色を呈する。さらに、いずれの染料とも、たとえば、高い量子効率と一致する戻りビームの場合に、強い蛍光放射を示した。選択された塗料は、衣類等の物品に塗布されるときに比較的透明であり、衣類の全体的な美観を損ねる傾向がないことが好都合である。別の適当な蛍光塗料の一例は、Molecular Probes Inc（29851 Willow Creek Road, Eugene Oregon USA）によって製造されるＥＬＦ（登録商標）９７である。ＥＬＦ（登録商標）９７は、ＵＶ蛍光可能な染料であり、赤外線又は近赤外線において放射を示す。しかしながら、励起ビームの領域において強くエネルギーを吸収する任意の適当な蛍光塗料を用いることができること、及び上記の染料は、そのような適当な蛍光染料のうちのいくつかの例にすぎないことは理解されよう。
【００３２】
したがって、この事例におけるバンドパスフィルタの通過帯域は、第１の蛍光塗料及び第２の蛍光塗料の放射最大値があるスペクトルの部分から外れる光を減衰させるように設定される。このようにして、戻りビームに対応する光の限られた波長だけが、受信機に達することができるようになる。ＴＤＣＩ／ＨＩＤＣＩの組み合わせを利用するシステムの場合、通過帯域は概ね２０ｎｍであり、一方、ＴＤＣＩ／ＥＬＦ（登録商標）９７の組み合わせの場合には、通過帯域は概ね１５０ｎｍである。
【００３３】
デバイスのためのフィルタの設計仕様は、選択される放射源及び放射体材料の特性によることは理解されよう。放射源に関連付けられるフィルタは、具体的には、放射源の波長に対応する光の波長を通し、全ての他の外部からの波長を減衰させるように選択されるであろう。対照的に、受信機に関連付けられるフィルタは、放射体によって戻り信号が放射されるスペクトルの部分の波長を通すように選択されるであろう。したがって、放射源及び放射体の波長が選択されると、システムのためのフィルタがただ１つに指定されることができる。したがって、フィルタの種々の特性は、異なる放射源及び放射体の組み合わせ有する異なるシステムに応じて変化するであろう。
【００３４】
本発明のさらに別の態様によれば、上記の装置を用いて所与の捜索エリア内の対象者の位置を特定する方法が提供され、当該方法は、
位置を特定される対象者に、電磁放射の励起ビームを受信し、その後、第１の戻りビーム及び第２の戻りビームを放射するための手段を配設することであって、当該第１のビーム及び当該第２のビームは励起ビームに対して、且つ互いに対して、変更された特性を有する、手段を配設すること、
励起ビーム生成手段、戻りビーム受信手段、フィルタリング手段及び処理手段を含むデバイスを配設すること、
捜索の全体的な方向にデバイスを向けること、
第１の戻りビーム及び第２の戻りビームを受信したことをデバイスが指示するまで、捜索エリアの周囲にデバイスを動かすこと、
上記指示が受信されたときに、デバイスが向けられた全体的な位置に注目し、デバイスを注目された位置に再び向けて、対象者の位置を確認すること
を含む。
【００３５】
方法は、デバイスを対象者の位置に向けたままにし、たとえば、繰り返される指示を生成すること、たとえば、デバイスにおいて光を点滅させるか、又は信号音を鳴らすことにより、捜索者が対象者に照準を絞ることができるようにすることを含む。
【００３６】
方法を用いて、救助される必要がある、海の中にいる人の位置を特定することができる。また、方法を用いて、救助される必要がある、雪に埋もれている人の位置を特定することができる。そのような用途において、方法は、秩序立てて行き来させるか、又はくまなく探索するようにデバイスをあちこち動かして、捜索エリアを系統的に網羅することを含むことができる。また、方法は、系統的に、且つ秩序立てて複数の上記デバイスを共に使用することを含むこともある。
【００３７】
本発明をさらに容易に理解し、実用化することができるように、ここで、添付の図面が参照されることになり、それらの図面において、本発明の好ましい実施形態が示される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
図１を参照すると、本発明の一実施形態による、位置特定装置の１つの実現可能な構成が示される。装置１０は包括的には、照明／検出モジュール１２を備える。照明／検出モジュール１２は放射源、この場合には電磁スペクトルの赤外線部分の波長で光を放射することができる高出力レーザ１４を含む。レーザ１４の光出力は、ビームスプリッタ（ＢＳ）１６及びレンズ２０によって、救助現場及び対象者２２に関連付けられる吸収体に向けられる。
【００３９】
図１に示されるような構成の場合、現場全体を一度に照明することができ、それゆえ、全域照明と呼ばれる。別法では、走査するように照明することができ、すなわち、２つの走査ミラーを用いて、調整済みのレーザビームを海面にわたってラスター走査することができる。いずれの場合でも、捜索エリアの全視野は等しいと仮定される。
【００４０】
モジュール１２の検出部分は、放射体によって放射される蛍光放射を収集するように設計され、この場合、放射体は対象者上に配置される蛍光塗料の形態をとる。全域構成の場合、検出モジュールは、レンズを有する光学系と、高い検出感度を有することが好ましいＴＶ又はＣＣＤカメラとを備える。走査構成の場合、検出モジュールは、１つ又は複数の走査ミラーの背後に配置されるレンズ及び光受信機を備える。
【００４１】
図２は、本発明の一実施形態による、位置特定装置１０の一応用形態を示す。この事例では、位置特定装置１０は、ハンドヘルドユニット２４の形態をとる。ハンドヘルドユニットは、放射源を放射するための手段を収容するハウジング３を備えており、この場合、放射源は、電磁スペクトルの赤外線部分の波長で光を放射することができるレーザダイオードである。
【００４２】
デバイスは、対象者１００から放射される第１の戻りビーム８ａ及び第２の戻りビーム８ｂを検出するための検出器も備えており、この事例では、対象者は雪の吹きだまり１０２によって隠されている。第１の戻りビーム８ａ及び第２の戻りビーム８ｂは、対象者のジャケット１０１の外側表面上に配置される蛍光染料によって、ハンドヘルドユニット２４へ反射して戻される。しかしながら、システムの検出応答をさらに改善するために、対象者のジャケットが、３つ以上の染料を塗布されることがあることは理解されよう。またハンドヘルドユニット２４は、戻りビームフィルタリング手段も備えており、フィルタリング手段は、戻りビーム８ａ及び８ｂから、捜索エリア１０２の表面から反射される入射太陽光を除去するための狭帯域バンドパスフィルタの形態をとる。フィルタ通過帯域の最小スペクトル幅は約２０ｎｍであるが、これは、対象者に塗布される蛍光塗料のスペクトル特性に応じて異なることがある。
【００４３】
また、ハンドヘルドユニットは、フィルタを通過する信号を処理するための処理手段を備え、最後に、ハンドヘルドユニット２４によって対象者１００が感知されたことを指示するための、ビーパー及び点滅光の形態をとる指示手段も備える。ハンドヘルドユニット２４が信号音を出した時点で、ハンドヘルドユニット２４が向けられている方向によって、捜索者１０３は、対象者１００が雪の吹きだまり１０２の下にいる場所の大まかな指示を与えられる。
【００４４】
デバイスは、レーザダイオード４からの励起ビーム５をコリメートし、或る一定のビーム幅プロファイルを有するビームを生成するためのコリメータを備えることがある。放射源は、励起ビーム５の方向に対して或る角度、たとえば４５度の角度を成して取り付けられるホットミラーと、より長い波長で自然発生する任意の背景放射を抑圧するためのバンドパスフィルタとを備えることがある。そのような自然発生する放射は、戻り信号８ａ及び８ｂと区別することができないので、これは重要である。
【００４５】
ホットミラーとして、エドモンドオプティクス４３．９５５ホットミラーを用いることができ、バンドパスフィルタとして、エドモンドオプティクス１６５０ｎｍ短波長通過フィルタを用いることができる。
【００４６】
レーザダイオードは、レーザドライバを介して、信号発生器に結合することができる。その際、信号発生器を用いて、レーザダイオードが変調され、パルス信号が生成される。
【００４７】
最後に、放射源はビームエキスパンダも備えており、ビームエキスパンダは、励起レーザビームを所望の直径まで拡径するための伸縮式バレルアセンブリの形態をとる。
【００４８】
検出器は、戻りビームを、複数のシリコンフォトダイオードを備える光受信機１７上に集束するための集束レンズ２０を備える。その際、光受信機１７は、受光した光信号を、後にトランスインピーダンス増幅器に送られる対応する電気信号に変換する。６９０ｎｍでの光受信機内のフォトダイオードの感度は約０．４Ａ／Ｗである。トランスインピーダンス利得は約１．０×１０６Ｖ／ａであり、この波長で０．４Ｖ／μＷの総合感度を与える。増幅器の線形範囲は１０ボルトであるので、光受信機に達する周囲光は、２５μＷの飽和レベル未満に制限されなければならない。
【００４９】
また検出器は、捜索エリアからの背景光放射を除去するためのフィルタも備える。この事例では、フィルタは、約７００ｎｍに中心があり、且つ２０ｎｍの通過帯域を有するバンドパス干渉フィルタである。また検出器は、適当な戻り波長を通すための波長通過色ガラスフィルタも備えることがある。これらのフィルタは、戻りビームの蛍光を光受信機１７に選択的に通し、捜索エリア表面から反射される太陽光及び受信レンズ２０上に入射する任意の太陽光を排除するという重要な役割を果たす。
【００５０】
要するに、これらのフィルタは、戻りビームが光受信機１７を通して放射される電磁スペクトルの部分の波長範囲だけを通すように設計される。
【００５１】
受信レンズ２０は、光検出器１７上に、対象者の縮小された実像を形成することができる。受信レンズはさらに、可変アイリス絞りを備えており、蛍光塗料によって放射される戻りビーム内の電磁放射以外の電磁放射を制限し、遮断する。可変アイリス絞りは、視野から真直ぐに向かってくる放射だけを受信手段の中へ通すように、レーザ視野と正確に位置合わせされる。さらに、可変アイリス絞りは、レーザ視野と一致するように極めて注意深く位置合わせされ、また、位置を特定される対象者の画像のサイズを概ね一致するように閉じられて、視野からの光が受信手段に入ることができるようにするが、全ての他の光が排除されるようにする。
【００５２】
光受信機１７は、ＴｈｏｒｌａｂｓＰＤＡ５２０のような、市販されている汎用の光受信機である。光受信機１７は、大面積シリコンフォトダイオードと、一体に構成されるトランスインピーダンス増幅器とを有することが好都合である。
【００５３】
ユニット２４は、雪の吹きだまり１０２の下にいる対象者１００から到来する戻りビーム８ａ及び８ｂ内のパルス蛍光信号を復調するために用いられる、位相感応増幅器又はロックイン増幅器の形態をとる処理手段も備える。基本的に、戻りビーム８ａ及び８ｂは、励起ビーム５と同じ速度のパルス信号であり、基準信号細部（reference details）は、励起ビーム５のための信号発生器から得ることができる。簡単に言うと、ロックイン増幅器は、受信機信号と、平衡両極方形波基準信号とを乗算し、その後、これを長い時定数、たとえば、１秒又は数秒わたって平均することによって動作する。戻りビームからの受信機信号が、基準信号と全く同じ周波数で変調されるか、又は全く同じ周波数のパルスであるとき、乗算は、平均出力信号又はＤＣ出力信号を生成する。
【００５４】
基本的に、ロックイン増幅器は、変調周波数の同相雑音スペクトル成分を除く全ての雑音成分を除去し、非常に高い信号対雑音比を与える極めて狭い帯域のフィルタとして動作する。その後、ＤＣ出力信号は、指示手段を起動又は始動することができるレベルまで増幅される。
【００５５】
ハンドヘルドユニット２４は、ビジュアルインジケータ及びオーディオインジケータの形態をとる指示手段も備える。具体的には、インジケータは、起動されるときに点滅光を放射するＬＥＤデバイス、及び起動されるときに信号音を発するビーパーを含む。
【００５６】
ジャケット上に配置されるそれぞれの蛍光塗料から戻り信号８ａ及び８ｂを受信するときに、ロックイン増幅器から出力されたＤＣ信号は、オーディオインジケータ及びビジュアルインジケータを始動又は起動するのに適したレベルまで増幅される。その際、システム雑音によって誤起動される危険性が低いように、システム雑音レベルよりも十分に高い適度な検出しきい値を設定することができる。
【００５７】
図３には、図１の位置特定装置１０のさらに別の応用形態が示されており、この事例では、装置が捜索飛行機２０３に搭載される。別法では、海面を漂っている、蛍光塗料を塗布された浮遊物体を検出しなければならない場合には、位置特定装置１０は灯台（又は崖）に取り付けることもできる。
【００５８】
先に説明されたように、装置１０は包括的には、照明／検出モジュール１２を備える。照明／検出モジュール１２は放射源、この場合には電磁スペクトルの赤外線部分の波長で光を放射することができる高出力レーザ１４を含む。レーザ１４の光出力は、ビームスプリッタ（ＢＳ）１６及びレンズ２０によって、救助現場及び対象者２２に向けられる。
【００５９】
レーザ１４からの励起ビーム５は捜索エリア２０２、この場合には、対象者２００に向かって海面に全体的へ向けられる。対象者２００を照明すると、第１の戻りビーム８ａ及び第２の戻りビーム８ｂが、対象者のジャケット２０１の外側表面に配置される蛍光染料によって、装置１０へ反射して戻される。しかしながら、システムの検出応答をさらに改善するために、対象者のジャケットが、３つ以上の染料を塗布されことがあることは理解されよう。また位置特定装置１０は、戻りビームフィルタリング手段も備えており、フィルタリング手段は、戻りビーム８ａ及び８ｂから背景太陽光放射を除去するための狭帯域バンドパスフィルタの形態をとる。フィルタ通過帯域の最小スペクトル幅は約２０ｎｍであるが、これは、対象者に塗布される蛍光塗料のスペクトル特性に応じて異なることがある（図４参照）。
【００６０】
しかしながら、海面にいる人の検出は、多数の起こり得る問題を提起する。たとえば、海の表層に生息する無数の微生物が蛍光発光し、可視波長で光を放射することができるので、さらに大きな背景雑音が生成される。さらに、乗物が絶えず位置を変えるので、感知過程にさらに負荷がかかる。このため、本出願人は、市販のライダーシステムにおいて用いられるのに類似の同期ゲート検出（ＳＰＩＤ）手法と組み合わせて、２つの検出過程、すなわち持続波（ＣＷ）手法及びパルス照明を試してみた。
【００６１】
持続波（ＣＷ）手法
ＣＷ手法では、検出システムのための重要な設計式は以下のとおりである。
【００６２】
【数１】
2009500614.tif 000003
【００６３】
ただし、上記の式は、ただ１つのカメラピクセル上に入射する電流の場合である。θは照明光ビームの発散角を表す。ｃＭは蛍光体層のモル濃度［ｍｏｌｅｓ／ｌｉｔｒｅ］を表し、ｔは層塗料厚を表し、εは、モル吸光係数［ｌ／ｍｏｌ．ｃｍ］と呼ばれる、蛍光体の吸収効率を決定する重要なパラメータである。Ｗ０はレーザによって放射される全電力であり、ｒｊは蛍光ジャケットの平均半径であり、ｒｄは検出光学系開口の半径を表す。Ｌは海面２０２からの救難機２０３の高さである。吸収される光は蛍光放射に変換され、この変換効率は、量子効率ηと呼ばれる。ｒ０は海面における照明野の半径であり、角度が小さい場合には、
【００６４】
【数２】
2009500614.tif 000004
【００６５】
と表される。捜索エリアの画像をシングルショットで収集するために、ＣＣＤカメラが用いられる。Ｎは、ＣＣＤカメラ上の全ピクセル数を表す。ＣＣＤカメラ上の信号は、露出時間τにわたって積分された光電子の数φに関して表される。
【００６６】
【数３】
2009500614.tif 000005
【００６７】
ただし、ρ＝ηＣＣＤ／ｈｖはカメラ光感度であり、ηＣＣＤは変換効率であり、ｈｖは光子エネルギーである。分かるように、光電子の数、それゆえシステムの最終的な感度は、数多くのパラメータによって変化する。この計算では、１Ｗの大きなレーザ電力、及び直径１ｍの集光レンズの大きな検出開口が仮定されており、これらは、夜間におけるシステムの高感度に好都合である。この計算において用いられる他のパラメータは、以下の表１に要約される。ピクセル当たりの検出される光電子（ｐｅ）の数は、約１０８ｐｅであると推定される。ここでは、５００×５００ピクセルのＣＣＤセンサエリアを仮定しており、結果として、蛍光物体サイズは概ね１ピクセル、すなわち最適な検出条件になる。
【００６８】
【表１】
2009500614.tif 000006
【００６９】
夜間の検出感度
ハイエンドＣＣＤカメラの場合の雑音指数は概ね１２ｐｅであり、結果として、概ね１０７ｐｅの検出可能な信号対雑音比（ＳＮＲ）が得られる。海面に対して照明ビームを固定できるものと仮定すると、救助者は、１秒間に直径１００メートルのエリアを視認することに留意されたい。１０００ｍまで飛行高度を高める結果として、ＳＮＲが約１００倍低下することになり、それは、システム感度と航空機２０３の飛行高度の決定的な依存性を示す。視認エリアは直径３００ｍまで広げられる。本発明では、非常に薄い染料層と、ＳＮＲが大きいこととを仮定しているので、システムに対する技術的要件を緩和する、たとえば、レンズ直径を小さくするために、又は捕捉時間を短くして、動的な現場を視認できるようにするために、又は照明角を大きくして、海面のより大きな断片を視認するために、或るマージンが存在する。提示される推定値に基づいて、夜間に、蛍光物体、たとえば、航空機から視認されるような、直径が２０ｃｍの適度な面積を有するジャケットを身に着けている救助者を検出できる可能性がある。１ｍの検出レンズ直径は達成可能である。計算では、蛍光物体を除いて、他の光源がないものと仮定されるが、実際の条件下では、月／星明かり、海面からのレーザ光の反射、海面に内在する蛍光等が存在することがある。
【００７０】
この事例では、レーザ１４は、海面の表層に生息する無数の微生物が発する海面蛍光を避けるために、近赤外線範囲（６５０ｎｍ〜１５５０ｎｍ）の選択された波長を有する。近赤外線範囲では、スペクトル環境は「静か」である。したがって、この近赤外線励起ビーム５を強く吸収し、適当な戻りビーム８ａ及び８ｂを再放射するように、塗料が選択される。
【００７１】
日中における検出感度
日中の動作を考えるとき、背景太陽光放射は著しい問題を提起する。典型的な昼光条件下でのＣＣＤカメラの１ピクセルにおいて推定される光電子数は、以下のとおりである。
【００７２】
【数４】
2009500614.tif 000007
【００７３】
海面からの太陽光のスペクトル反射が、背景太陽放射に大きく寄与することになる。Ｗｄａｔａｓｈｅｅｔ＝１．１  Ｗ．ｍ２．ｎｍ−１は、λ＝７５０ｎｍの波長での日射量の値の集計値である。検出器における太陽放射の量を減らすために、Δλ＝２０ｎｍの狭帯域波長バンドパスフィルタが仮定される。適度なシステムパラメータ値を式（３）に代入すると、Ｗｓ＝２．３×１０１３τが得られる。ここで、ｉはＣＣＤカメラ露出時間であることを思い起こされたい。ＣＣＤカメラの最大井戸深さ、すなわちピクセル当たりの光電子の最大数は、飽和前に、φｍａｘ＝１００，０００を検出できるものと仮定すると、積分時間を、夜間条件の場合のような１秒から、５ｎｓまで短くして、背景太陽放射によるＣＣＤカメラの飽和を避ける必要がある。式（２）が示すように、信号値は、０．５ｐｅになり、すなわち、１２ｐｅのＣＣＤカメラ固有雑音を考えると検出することができなくなる。そのような大きな太陽背景放射に関連するショット雑音は、以下の式のように著しい雑音を生成することによって、飽和を悪化させる。
【００７４】
【数５】
2009500614.tif 000008
【００７５】
結果として、全ＳＮＲバジェットは、０．５ｐｅの小さな信号が、固有ＣＣＤ雑音の１２ｐｅ及び３１６ｐｅのショット雑音を含む雑音の中に埋もれることを表す。
【００７６】
上記の推定に鑑みて、ＣＷレーザ放射手法及び全域検出構成を用いて、すなわちＣＣＤカメラを用いて、航空機２０３から日中に海面上に浮遊している蛍光物体の位置を特定することは難しい。
【００７７】
ＳＰＩＤ手法
ＳＰＩＤ手法を用いることによって、システムのＳＮＲを改善することができる。簡単に言うと、短いパルス、好ましくはナノ秒単位のパルスのレーザが用いられ、出力は、たとえば、ガルバノメータを搭載したミラーに基づく２つの機械式スキャナによって、海面にわたってラスター走査される。レーザによって放射される単発の光パルスが蛍光物体まで進み、蛍光物体が励起され、蛍光放射の短いパルスが放射され、そのわずかな部分が検出システムによって収集される。ここでは、検出システムは、単一のＰＩＮ光受信機と、関連する同期ゲート検出電子回路とを備える。有効な蛍光信号の最大限の電力を検出するために、蛍光パルス幅に対応する非常に短い持続時間だけ、検出器の検出ゲートを開放することができる。この事例では、ゲート検出電子回路を較正して、図４に示されるように、光周波数の２０ｎｍ通過帯域を可能にする。それゆえ、検出される背景太陽放射の量は、大幅に削減される。
【００７８】
検出器における信号を光電子の数に関して計算し直してみる。ナノ秒パルスの赤外線レーザは、毎秒一連の１００パルスにおいて２０ワットの光電力を生成することができる（すなわちτｄｃのデューティサイクル＝１０ｍｓ）。ただし、信号パルス幅はτｐｕｌｓｅ＝１０ｎｓに相当する。走査される全エリアは先の計算の場合と同じであり、すなわち直径１００ｍであり、ここで、概ね１０×１０の正方形に分割され、結果として、単一のレーザパルスショット中に視認される基本的な表面エリアは概ね１００ｍ２であると仮定する。その際、光電子の数φｓｃは、以下の式によって与えられる。
【００７９】
【数６】
2009500614.tif 000009
【００８０】
ただし、θｓｃは小さくされた照明角
【００８１】
【数７】
2009500614.tif 000010
【００８２】
を表す。式（４）に適当な値を代入すると、
【００８３】
【数８】
2009500614.tif 000011
【００８４】
であり、それは、全域検出に関する先の事例の場合よりも幾分大きい。しかし、この検出方式の主な利点は、太陽放射によって生成される光電子の数が式（３）を用いて推定されるときに明らかになる。
【００８５】
【数９】
2009500614.tif 000012
【００８６】
ここで、光電子の数は２００，０００ｐｅしかないが、これは、典型的なＣＣＤカメラのはるかに小さな井戸深さとは対照的に、大きな光電子井戸深さによって特徴付けられる従来のＰＩＮダイオードを考えると許容可能である。ここで、関連するショット雑音は４５０ｐｅしかなく、式（４）及び（５）を組み合わせると、ＳＮＲは以下のように求められる。
【００８７】
【数１０】
2009500614.tif 000013
【００８８】
上記式は、全域構成よりも著しく改善されたことを表す。信号を積分するために、最大走査が１秒、すなわち全域構成の場合に用いられるのと同じだけかかることを考慮に入れる必要がある。走査グリッドを精緻化するために、すなわちピクセルサイズをさらに小さくするために、システムパラメータが最適化されなければならない。ＳＮＲマージンは大きいので、ＳＮＲマージンは非常に信頼できそうに思われる。
【００８９】
ここで、対象者が身に着ける衣類の物品を覆うために用いられる蛍光材料が説明される。例示的な実施形態では、この物品は、蛍光材料の薄い塗料で覆われるジャケットである。先に説明されたように、蛍光材料は、励起ビームからのエネルギーを吸収し、且つその後、励起ビーム及び蛍光材料の関数であり、それゆえ戻りビームを特定できるようにする一定の特性を有する戻りビームの形態でこのエネルギーを再放射又は放出する必要がある。
【００９０】
塗料は、たとえば、ジャケットを染料に浸すか、染料をジャケットに塗布するか、又は染料をジャケットに噴霧することによって、ジャケットに塗布することができる高分子染料の形態で塗布することができる。衣類に塗布されると、染料はＵＶによって硬化することができる。さらに、染料は、好ましくは、標準的な太陽放射では色褪せるべきではなく、それゆえ十分に短い放射性半減期を有するべきである。
【００９１】
染料をジャケット生地に染み込ませて、それによりシステム性能を改善することによって、又は、より耐久性があり、暗条件において長く保持することができる適当な染料で既にトープ染色されている高分子生地を製造することによって、染料層の厚みをさらに増すことができる。選択される染料は、１、２日の間の、すなわち救助作業の続いている間の著しい色落ちに耐えなければならない。
【００９２】
したがって、適当な塗料の一例は、蛍光塗料において用いられた３−ジエチルチアジカルボシアニンアイオダイド（ＴＤＣＩ）である。別の適当な塗料は、蛍光塗料として用いられた１，１’，３，３’，３’−ヘキサメチルインドジカルボシアニンアイオダイド（ＨＩＤＣＩ）である。いずれの染料とも、赤外線領域において強い吸収を示し、特徴的な青色及び青緑色を呈する。さらに、いずれの染料とも、たとえば、高い量子効率と一致する戻りビームの場合に、強い蛍光放射を示した。別の適当な蛍光塗料の一例は、Molecular Probes Inc（29851 Willow Creek Road, Eugene Oregon USA）によって製造されるＥＬＦ（登録商標）９７である。ＥＬＦ（登録商標）９７は、赤外線又は近赤外線において放射を示すＵＶ蛍光可能な染料である。しかしながら、励起ビームの領域において強くエネルギーを吸収する任意の適当な蛍光塗料を用いることができること、及び上記の染料は、そのような適当な蛍光染料のうちのいくつかの例にすぎないことは理解されよう。
【００９３】
ＴＤＣＩ、ＨＩＤＣＩ及びＥＬＦ（登録商標）９７の染料の吸収スペクトルがそれぞれ、図５、図６及び図７に示される。ＴＤＣＩ及びＨＩＤＣＩの染料は、赤色光の波長において強い吸収を示し、特徴的な青色及び青緑色を呈するのに対して、ＥＬＦ（登録商標）９７は、上側のＵＶ帯において強い吸収を示す。さらに、各染料は、高いモル吸光係数を有する。吸収されたエネルギーはその後、戻りビームとして再放射されるので、これは重要である。染料は、ＩＲ帯又は近ＩＲ帯において、高い量子効率を有する強い放射を示す。励起が生じる波長と、ストクースシフトとして知られている、選択された染料の放射最大値及び吸収最大値間の差とを知ることによって、放射源及び検出器の両方を調整し、誤検出の危険性をさらに最小限に抑えることができるようになる。
【００９４】
上記の実施形態は、本発明を例示するためだけに与えられていること、及び当業者には明らかであるような、それらの実施形態に対するさらなる変更及び改良が、本明細書に記載される本発明の広範な範囲及び領域内に入るものと考えられることは理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の一実施形態による、対象者の位置を特定するための装置の概略図である。
【図２】図１の装置のハンドヘルドタイプの装置の使用を示す概略図である。
【図３】図１の装置の車両搭載タイプの装置の使用を示す概略図である。
【図４】図１の装置用のゲート制御検出配置のための通過帯域のグラフである。
【図５】一例の蛍光塗料、すなわちＨＩＤＣの吸収スペクトル及び放射スペクトルを並べて示すグラフである。
【図６】別の例の蛍光塗料、すなわちＴＤＣＩの吸収スペクトル及び放射スペクトルを並べて示すグラフである。
【図７】別の例の蛍光塗料、すなわちＥＬＦ（登録商標）９７の吸収スペクトル及び放射スペクトルを並べて示すグラフである。
【図１】
2009500614.tif 000014
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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