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HIGH-SPEED GATE SWEEP TYPE THREE-DIMENSIONAL LASER RADAR DEVICE

Patent code P04A006276
File No. 5845
Posted date Mar 9, 2005
Application number P2001-048483
Publication number P2002-250769A
Patent number P5115912
Date of filing Feb 23, 2001
Date of publication of application Sep 6, 2002
Date of registration Oct 26, 2012
Inventor
  • (In Japanese)大図 章
  • (In Japanese)丸山 庸一郎
  • (In Japanese)加藤 政明
Applicant
  • (In Japanese)国立研究開発法人日本原子力研究開発機構
Title HIGH-SPEED GATE SWEEP TYPE THREE-DIMENSIONAL LASER RADAR DEVICE
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To use a high-speed gate sweep type three-dimensional laser radar device for fields wherein laser radar devices are utilized, environment analysis industrial fields wherein harmful contaminating substances, environmental hormones, aerosol, particulates, etc., suspended in the air are observed or detected, or meteorological industries wherein distributions or states of the temperature, flows, steam, carbon dioxide, etc., of the air are surveyed and industrial and academic fields wherein gases discharged from volcanoes and the seas, volcanic ash, etc., are measured.
SOLUTION: This high-speed gate sweep type three-dimensional laser radar device uses methods of scattering, fluorescence, Raman, and difference absorbing methods gives a gate function with short time width and a high-speed gate sweeping function to a high-sensitivity two-dimensional image CCD camera, an MCP, an image intensifier, etc., used for a receiving detector for laser echo light and can instantaneously obtain two-dimensional or three-dimensional density space distributions of particulates, environmental contaminating substances, aerosol, etc., suspended in the air and also remotely acquire temporal variations of the wind direction, speed, flow, etc., of the distributions.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


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。



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。



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。

Field of industrial application (In Japanese)


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。

Scope of claims (In Japanese)
【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。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2001048483thum.jpg
State of application right Registered
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