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高速ゲート掃引型3次元レーザーレーダー装置

国内特許コード P04A006276
整理番号 5845
掲載日 2005年3月9日
出願番号 特願2001-048483
公開番号 特開2002-250769
登録番号 特許第5115912号
出願日 平成13年2月23日(2001.2.23)
公開日 平成14年9月6日(2002.9.6)
登録日 平成24年10月26日(2012.10.26)
発明者
  • 大図 章
  • 丸山 庸一郎
  • 加藤 政明
出願人
  • 独立行政法人日本原子力研究開発機構
発明の名称 高速ゲート掃引型3次元レーザーレーダー装置
発明の概要 【課題】 レーザーレーダー装置が活用されている分野で利用でき、自然現象、様々な産業及び交通車両等より大気中に放出され、大気中を浮遊する有害汚染物質、環境ホルモン、エアロゾル、微粒子等を観測または検出する環境分析産業分野で利用でき、または大気の温度、流れ、水蒸気、二酸化炭素等の分布または状態を調査する気象産業、さらに火山、海洋より放出されるガス、火山灰等の計測を行う産業、学術分野で利用できる。
【解決手段】 散乱、蛍光、ラマン、差分吸収等の方法を用いたレーザーレーダー装置において、レーザーエコー光の受信検出器に用いる高感度2次元画像CCDカメラ、MCP及びイメージインテンシファイヤー等に、時間幅の短いゲート機能及び高速ゲート掃引機能と高いフレーム(画像取り込み)繰り返し数とを持たせ、大気中に浮遊する微粒子、環境汚染物質及びエアロゾル等の2次元或いは3次元濃度空間分布を瞬時に取得し、かつその分布の風向、速度、流れ等の時間変化を遠隔において捕捉することのできる高速ゲート掃引型3次元レーザーレーダー装置。
従来技術、競合技術の概要
従来のレーザーレーダー方式では、基本的に一方向にレーザーパルス光を発射し、大気中のエアロゾル、微粒子等の物質とレーザーパルスとの後方散乱現象等の相互作用により戻ってきたレーザーエコー光(受信信号)を解析するため、その方向のみのそれら物質の1次元的な空間分布の情報のみしか得られない。この従来の方法では、非常に空間の狭い1次元の範囲での物質検出しかできないため、広い範囲にわたる物質の2次元或いは3次元空間分布情報を得るためには、対象とする大気中の広い範囲にレーザーパルス光をスキャンして照射することが必要である。
【0003】
このレーザーパルス光を各方向にスキャンして計測するために、基本的に1ショットのレーザーパルス照射での2次元空間分布計測は不可能であり、かつ計測に多大の時間を費やす。さらにレーザーエコー光を解析して浮遊物質の2次元或いは3次元空間分布情報を得る場合にも長い検出時間を有する。また一般のCCD(Charge Coupled Device:映像を電子信号に変える素子)等のゲート機能を有する2次元画像検出器を用いる場合でも、特定のゲート遅延時間、ゲート時間幅内の2次元分布しか取得することができない。
【0004】
3次元分布を取得する際には、ゲート遅延時間を細かくずらす必要があるため多大の計測時間を必要とする。この長い計測時間のため大気中で物質の空間分布が瞬時に変化する場合、計測される分布の空間、時間精度が著しく悪化する。特に風速の速い大気中での計測は、精度良く物質の2次元或いは3次元空間分布情報を求めることはできない。
産業上の利用分野
本発明は、基本的にレーザーレーダー装置が活用されている分野で利用でき、具体的には、自然現象、様々な産業及び交通車両等より大気中に放出され、大気中を浮遊する有害汚染物質、環境ホルモン、エアロゾル、微粒子等を観測または検出する環境分析産業分野で利用でき、または大気の温度、流れ、水蒸気、二酸化炭素等の分布または状態を調査する気象産業、さらに火山、海洋より放出されるガス、火山灰等の計測を行う産業、学術分野で利用できる。
特許請求の範囲 【請求項1】 レーザーレーダー装置であって、
パルスレーザーを大気中に照射するように配置されたパルスレーザー発生装置と、
大気中に浮遊する個々の微粒子から散乱されたレーザーエコー光を該レーザーエコー光の時間幅より短いゲート時間幅内で受信するように配置された2次元光検出器であって、該2次元光検出器は、前記パルスレーザーの発射時刻に対する任意の遅延時間の後に、個々の微粒子のレーザーエコー光を捕えた点状画像からなる2次元分布画像を得るように制御される、前記2次元光検出器と、
を備え、
前記ゲート時間幅の前記パルスレーザーの発射時刻に対する遅延時間を一定にして、該一定の遅延時間に対応する距離の大気中の空間に存在する微粒子からのレーザーエコー光を前記2次元光検出器で検出し、これにより得られた2次元分布画像に基づいて、前記一定の遅延時間に対応する距離の大気中の空間に存在する微粒子の数量及び粒径に関する2次元分布を取得する手段
及び
前記遅延時間を連続的または断続的にスキャンし、変化した遅延時間に各々対応する距離の大気中の空間に存在する微粒子からのレーザーエコー光を前記2次元光検出器で順次検出し、これにより得られた複数の2次元分布画像を蓄積することによって、大気中空間の微粒子の数量及び粒径に関する3次元分布を取得する手段のうち少なくともいずれかを備えることを特徴とする、レーザーレーダー装置。
【請求項2】 前記大気中空間の微粒子の数量及び粒径に関する2次元または3次元分布を時間を隔てて計測することにより、該2次元分布または3次元分布の時間的変化を取得することを特徴とする、請求項1のレーザーレーダー装置。
【請求項3】 前記パルスレーザー発生装置により発生されたパルスレーザーは、そのビーム拡がりを更に拡大されて大気中に照射されるか、または、大気中をより広範囲に掃引されながら照射されることを特徴とする、請求項1のレーザーレーダー装置。
【請求項4】 前記2次元光検出器の前記ゲート時間幅を調節することにより、前記大気中空間の微粒子の数量及び粒径に関する2次元分布または3次元分布の精度を任意に変えることができることを特徴とする、請求項1のレーザーレーダー装置。
【請求項5】 前記大気中空間の微粒子の数量及び粒径に関する2次元分布または3次元分布の時間的変化を相関法で解析することにより、前記微粒子の速度及びその速度方向、または、前記微粒子が浮遊しているところのエアロゾルの風向、風速及び拡散速度を検出することを特徴とする、請求項2のレーザーレーダー装置。
産業区分
  • その他通信
  • 自動車
  • 測定
  • 試験、検査
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 権利存続中
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