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側方散乱光を用いた遠隔レーザーレーダー微粒子計数装置

国内特許コード P06A008892
整理番号 6237
掲載日 2006年6月8日
出願番号 特願2003-294227
公開番号 特開2005-062055
登録番号 特許第3963381号
出願日 平成15年8月18日(2003.8.18)
公開日 平成17年3月10日(2005.3.10)
登録日 平成19年6月1日(2007.6.1)
発明者
  • 大図 章
出願人
  • 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構
発明の名称 側方散乱光を用いた遠隔レーザーレーダー微粒子計数装置
発明の概要 【課題】 従来のレーザーレーダー方式では、大気中遠方の限られた空間にある微粒子にレーザー光を照射して、微粒子個々からの散乱光を一つずつ検出しなければならないという問題点がある。
【解決手段】 レーザー光をシート状に大気中に出射し、そのシート面内の微粒子個々から側方散乱光を発生させ、レーザー光のシート面の垂直方向に備え付けられた高感度2次元光検出器で微粒子個々からの側方散乱光を計測することにより気中の個々の微粒子を斑点状の画像として計測し、この画像中の斑点の数、及び斑点の輝度を解析することにより、遠方の限られた空間に存在する微粒子の数、密度、粒径分布及び空間分布等を同時に算出する、側方散乱光を用いた遠隔レーザーレーダー微粒子計数装置。
【選択図】 図1
従来技術、競合技術の概要


従来の技術では、地上及び室内においてレーザー光散乱方式のパーティクルカウンター装置またはインパクター装置等を用いて大気中の微粒子を空気を吸引することによって装置内に取り込み、微粒子の数、密度及びその粒径分布を求めものである。しかし、これら装置では地上または観測地点から数m、数十m或いは数百m離れた気中の空気を吸引することによって浮遊する微粒子の数及びその粒径分布を直接計測することは不可能である。



従来のレーザーレーダー方式なら遠方大気中の微粒子の濃淡等の相対的なデータ、情報を後方散乱光から得ることは可能であるが、微粒子個数、密度或いは粒径分布を直接且つ同時に計測することは不可能である。



又、その他の従来技術として、下記の特許文献(1)、(2)及び(3)に公開されたものがある。
(1)真空装置の排気管内の排気流とともに流れる一つの微粒子に着目し、パーティクルの速度、粒子の大きさを、レーザー光を照射して微粒子から発生する散乱光をCCD受光素子で撮像受光して測定する方法である(特許文献1)。この発明は、基本的に配管等の流れのある流体の中をCCD受光素子で捕らえた連続的な微粒子の画像の動きから微粒子の速度、粒径を求める方法である。しかし、この方法は、本発明のように空気中を対象とした気中の粒子数、粒径分布を同時に計測することを可能とする方法とは異なる。



(2)バックグランドとして流体の散乱の影響を取り除き、S/N比を高く、且つ精度良く微粒子(粒子径乃至粒子数)を検出できる微粒子計測装置である(特許文献2)。この特許文献2の特徴は、微粒子を取り巻く流体中からのバックグランド光を微粒子の散乱光と分離する手法である。微粒子を計測する手段は、本発明と異なり、微粒子からの散乱光を画像としてではなく、一つ一つフォトダイオードで個別にカウントする従来の方式を採用している。



(3)検出対象領域に光を照射し、その検出対象領域に微粒子が存在する際に生じる散乱光を撮像管カメラで撮影し、微粒子を可視化する手法であり、そのカメラによる散乱光撮影画像に基づいて散乱光数から微粒子の粒子数を自動計数する方法(特許文献3)である。この特許文献3の発明では、微粒子の可視化より粒子数を求めることはできるが、本発明とは異なり微粒子の粒子数と粒径分布を同時に求めることは不可能である。
【特許文献1】
特開平5-206235号公報
【特許文献2】
特開平6-123694号公報
【特許文献3】
特開2000-19112号公報

産業上の利用分野


本発明は、レーザー光をシート状に大気中に出射し、そのシート面内の微粒子個々から側方散乱光を発生させ、レーザー光のシート面の垂直方向に備え付けられた高感度2次元光検出器で微粒子個々からの側方散乱光を計測することにより気中の個々の微粒子を斑点状の画像として計測し、この画像中の斑点の数、及び斑点の輝度を解析することにより、遠方の限られた空間に存在する微粒子の数、密度、粒径分布及び空間分布等を同時に算出する、側方散乱光を用いた遠隔レーザーレーダー微粒子計数装置に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
パルス発振のレーザー装置、レーザー拡大出射光学系、側方散乱光の集光光学系、側方散乱光を検出する高感度2次元光検出器及び計測制御システムから構成され、
レーザー出射地点より遠方にある大気中に浮遊する微粒子群に向けてレーザー光をシート状に拡大して照射し、レーザー光と微粒子群との相互作用によって微粒子個々から側方散乱光を発生させ、
レーザー光の出射方向に対して横方向で且つレーザー光のシート面の主に垂直方向位置に、側方散乱光の集光光学系及び高感度2次元光検出器を配置し、
高感度2次元光検出器で計測される微粒子個々からの側方散乱光の画像からシート状のレーザー照射領域内の限られた空間の微粒子の計測処理を行う、側方散乱光を用いた遠隔レーザーレーダー微粒子計数装置において、
集光光学系の観測視野を出射拡大されたレーザー光シート面内に設置し、高感度2次元光検出器のシャッター機能を用いてシャッター時間内にその観測視野内をレーザー光が通過することにより、この視野内のレーザー光シート面から発する微粒子個々の側方散乱光をレーザーパルス光と同期をとった高感度2次元光検出器で斑点状の画像として検出し、その画像中の斑点の数及び斑点の輝度を解析することにより、遠方の限られた空間に存在する微粒子の数、密度、粒径分布及び空間分布を同時に算出し、
レーザー光の出射方向、又は計測するレーザー光のシート面からの側方散乱光の計測位置を変化させることにより、大気中の微粒子の数量及び粒径分布の空間3次元分布情報を同時に得、且つ
高感度2次元光検出器のシャッター時間を変化させることにより計測される画像内の微粒子の画面内での空間及び時間的な変化を捕捉し、これを解析することにより、微粒子の運動速度、大気又は室内の風速、及び風向情報を同時に得ることを特徴とする前記装置。
国際特許分類(IPC)
画像

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JP2003294227thum.jpg
出願権利状態 登録
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