(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザパルス（ａ）を大気中に走査状に照射し、該レーザパルスの物体による散乱光（ｂ）に基づいて該物体（Ｘ）の状態を計測して表示装置（４）に表示するレーザレーダ装置において、
レーザパルスから分岐された分岐光（ｅ）の強度に基づいてレーザパルス（ａ）の出力を検出するレーザパルス発生装置（１ｂ）を具備し、
該レーザパルス発生装置（１ｂ）は、レーザパルスの進路を変更する反射鏡（１ｂ2）から散乱によって分岐した前記分岐光（ｅ）の強度を検出する
ことを特徴とするレーザレーダ装置。
【請求項２】
請求項１記載のレーザレーダ装置において、レーザパルス（ａ）の出力は分岐光（ｅ）の強度を検出するピンフォトダイオード（１ｂ3）の飽和蓄積時間に基づいて制御されることを特徴とするレーザレーダ装置。
【請求項３】
請求項１または２記載のレーザレーダ装置において、レーザパルス発生装置（１ｂ）は、レーザパルスを発振するレーザ発振器（１ｂ1）と、分岐光（ｅ）の強度を検出するピンフォトダイオード（１ｂ3）と、該ピンフォトダイオードの検出信号の飽和時間を計時する計時部（１ｂ5）と、該飽和時間に基づいて前記レーザ発振器の出力を制御する制御部（１ｂ6）とからなることを特徴とするレーザレーダ装置。
【請求項４】
請求項１ないし３いずれかに記載のレーザレーダ装置において、物体（Ｘ）は大気中に浮遊する浮遊粒子であり、レーザ光を走査して得られる浮遊粒子からの散乱光の強度に基づいて該浮遊粒子の粒子濃度分布が計測されることを特徴とするレーザレーダ装置。
【請求項５】
請求項２ないし４いずれかに記載のレーザレーダ装置において、ピンフォトダイオード（１ｂ3）には飽和蓄積時間を広げる抵抗が直列に接続されることを特徴とするレーザレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光を用いて大気中に浮遊する物体の粒子濃度分布を計測するレーザレーダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
大気中に浮遊する浮遊粒子等の物体の濃度分布を計測する手段として、レーザレーダ装置が実用化されているは、このレーザレーダ装置は、一定繰り返し周期のレーザパルスを物体に照射し、該レーザパルスが物体に散乱されて生じる散乱光の強度を検出することにより物体の濃度分布を計測するものである。
【０００３】
このようなレーザレーダ装置では、物体に照射するレーザパルスの強度変動がそのまま計測精度の低下を招く。すなわち、散乱光の強度変化に光源光であるレーザパルスの強度変動が重畳されることになるので、散乱光は真に物体の濃度分布によって生じる強度変化を表さない。そこで、計測の途中で必要に応じて、レーザパルスを熱電対等を用いたカロリーメータに照射し、その強度を確認することが行われ、計測の初期に対して強度変化が確認できた場合にはレーザ発振器を操作して出力を調節することが行われる。
【０００４】
しかし、上記カロリーメータによるレーザパルスの強度確認では、レーザパルスを計測対象である物体に代えてカロリーメータに照射しなければならないため、計測を中断しなければならない。したがって、物体の濃度分布の計測を効率よく行うことができないという問題点がある。また、レーザパルスの強度確認に結果、著しく強度が変化している場合には計測を最初からやり直す場合があり、さらに計測効率が低下する。
【０００５】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、以下の点を目的とするものである。
（１）計測の効率を向上させることが可能なレーザレーダ装置を提供する。
（２）計測を中断することなくレーザパルスの強度を確認することが可能なレーザレーダ装置を提供する。
（３）計測中において常時レーザパルスの強度を確認することが可能なレーザレーダ装置を提供する。
（４）レーザパルスの強度の安定化を図ることが可能なをレーザレーダ装置を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の手段として、レーザパルスを大気中に走査状に照射し、該レーザパルスの物体による散乱光に基づいて該物体の状態を計測して表示装置に表示するレーザレーダ装置において、レーザパルスから分岐された分岐光の強度に基づいてレーザパルスの出力を検出するレーザパルス発生装置を具備する手段が採用される。
【０００７】
第２の手段として、上記第１の手段において、レーザパルスの出力は分岐光の強度を検出するピンフォトダイオードの飽和蓄積時間に基づいて制御されるという手段が採用される。
【０００８】
第３の手段として、上記第１または第２の手段において、レーザパルス発生装置は、レーザパルスを発振するレーザ発振器と、分岐光の強度を検出するピンフォトダイオードと、該ピンフォトダイオードの検出信号の飽和時間を計時する計時部と、該飽和時間に基づいて前記レーザ発振器の出力を制御する制御部とからなるという手段が採用される。
【０００９】
第４の手段として、上記第１ないし第３いずれかの手段において、ピンフォトダイオードはレーザパルスの進路を変更する反射鏡から散乱によって分岐した分岐光を検出するという手段が採用される。
【００１０】
第５の手段として、上記第１ないし第４いずれかの手段において、物体は大気中に浮遊する浮遊粒子であり、レーザ光を走査して得られる浮遊粒子からの散乱光の強度に基づいて該浮遊粒子の粒子濃度分布が計測されるという手段が採用される。
【００１１】
第６の手段として、上記第２ないし第５いずれかの手段において、ピンフォトダイオード（１ｂ3）には飽和蓄積時間を広げる抵抗が直列に接続されるという手段が採用される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図１ないし図３を参照して、本発明に係わるレーザレーダ装置の一実施形態について説明する。
【００１３】
図１は、本実施形態の構成を示す機能ブロック図である。この図において、符号１はレーザレーダ望遠鏡であり、筒状の本体１ａと、一定周期のレーザパルスａを発生するレーザパルス発生装置１ｂと、該レーザパルスａを本体１ａの軸線方向に全反射する全反射板１ｃと、該全反射板１ｃから計測対象物である物体Ｘ（例えば大気中に浮遊する浮遊粒子）によって後方散乱された散乱光ｂを反射する凹面反射鏡１ｄと、該凹面反射鏡１ｄによって反射された散乱光ｂを一点に集光する集光鏡１ｅと、該集光鏡１ｅによって集光された散乱光ｂを検出して計測信号ｃとして出力する光検出器１ｆとから形成される。
【００１４】
レーザレーダ望遠鏡１は走査架台２上に載置され、該走査架台２の作動によって本体１ａの軸線方向、つまりレーザパルスａが浮遊粒子Ｘに対して走査されるようになっている。このレーザレーダ望遠鏡１の出力つまり計測信号ｃは信号処理装置３に入力され、該信号処理装置３は、計測信号ｃから浮遊粒子Ｘの濃度分布状態を示す計測映像信号ｄを生成して表示装置４に出力する。
【００１５】
上記レーザパルス発生装置１ｂは、レーザ発振器１ｂ1と反射鏡１ｂ2とピンフォトダイオード１ｂ3と積分器１ｂ4と計時部１ｂ5と制御部１ｂ6とから構成される。レーザ発振器１ｂ1は、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザにＱスイッチ法を適用したものであり、波長２μｓ（マイクロ秒）でパルス幅５０ｎｓ（ナノ秒）、かつ繰返数１０Ｈｚ（ヘルツ）で１パルス当たりの出力５０ｍＪ（ミリジュール）のレーザパルスａを出力する。反射鏡１ｂ2は、レーザ発振器１ｂ1から出射されたレーザパルスａを全反射し、上記全反射板１ｃに向けて進路変更させるものである。
【００１６】
ピンフォトダイオード１ｂ3は、上記細パルス幅のレーザパルスａの強度を高速に検出する半導体素子であり、その受光面は反射鏡１ｂ2に近接されて対向配置される。ピンフォトダイオード１ｂ3は、電源から抵抗を介してバイアス電圧が印加されるようになっており、レーザパルスａが反射鏡１ｂ2において散乱されて分岐された分岐光ｅを受光面で捉え、該分岐光ｅの強度を電圧変化として示す検出信号ｆを出力する。積分器１ｂ4は、検出信号ｆを積分して積分信号ｇを出力するものであり、ミラー積分器等が適用される。
【００１７】
ここで、図２は、レーザパルスａに対する検出信号ｆと積分信号ｇの波形を示す波形図である。検出信号ｆは、レーザパルスａの立ち上がり時刻ｔ1，ｔ4と同時に急激にレベルが上昇して飽和する。そして、レーザパルスａが時刻ｔ2，ｔ5に立ち下がっても半導体の蓄積効果によって飽和状態が維持され、一定時間経過後つまり時刻ｔ3，ｔ6に飽和状態を離脱してレベルが降下する。
【００１８】
この結果検出信号ｆには、図示するような飽和波形部ｆ1，ｆ2が発生する。この飽和波形部ｆ1，ｆ2の継続時間（飽和時間）Ｔd1，Ｔd2は、レーザパルスａの出力レベルＰdに応じて定まる量、つまりレーザパルスａの出力と飽和時間との間には、図３のグラフＬに示すような比例関係がある。
【００１９】
このような検出信号ｆを積分することにより、上記積分信号ｇは、レーザパルスａの立ち上がり時刻ｔ1から時刻ｔ3（または時刻ｔ4から時刻ｔ6）までの期間、つまりピンフォトダイオード１ｂ3の飽和時間Ｔd1，Ｔd2の間にレベルが徐々に上昇し、これ以外の期間（時刻ｔ3から時刻ｔ4までの期間等）ではレベルが徐々に低下する波形となる。
【００２０】
計時部１ｂ5は、例えば上記積分信号ｇをＡ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換し、各飽和時間Ｔd1，Ｔd2，……の平均、例えば連続する１０個のレーザパルスａに対する各飽和時間の平均値を算出して計時信号ｈを生成する。制御部１ｂ6は、上記飽和時間とレーザパルスａの出力との比例特性を制御データとして記憶しており、該制御データと計時信号ｈに基づいて制御信号ｉを生成し、該制御信号ｉによってレーザパルスａの出力が一定値を維持するようにレーザ発振器１ｂ1をフィードバック制御する。
【００２１】
このように構成されたレーザレーダ装置は、ピンフォトダイオード１ｂ3の飽和時間とレーザパルスａの出力とに比例関係がある点に着目したものであり、レーザ発振器１ｂ1から出射されたレーザパルスａが反射鏡１ｂ2によって進路変更される際に散乱された分岐光ｅをピンフォトダイオード１ｂ3で検出し、該ピンフォトダイオード１ｂ3の飽和時間に基づいてレーザパルスａの出力を一定に制御するものである。
【００２２】
なお、上記実施形態において、レーザパルスａのパルス幅は５０ｎｓであり、極めて短い値に設定されるため、ピンフォトダイオードの飽和時間も極めて短い時間幅となり、よって飽和時間を精度良く検出することが困難である。これに対し、ピンフォトダイオードに直列に接続される上記抵抗の値を大きくすることにより飽和時間をより大きな時間幅とすることができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係わるレーザレーダ装置によれば、以下のような効果を奏する。
（１）レーザパルスを大気中に走査状に照射し、該レーザパルスの物体による散乱光に基づいて該物体の状態を計測して表示装置に表示するレーザレーダ装置において、レーザパルスから分岐された分岐光の強度に基づいてレーザパルスの出力を検出するレーザパルス発生装置を具備するので、計測と同時にレーザパルスの出力を検出して、その変化を確認することが可能である、したがって、従来のようにレーザパルスの出力を検出するために計測を中断する必要がないので、計測の効率を向上させることができる。
（２）レーザパルス発生装置は、レーザパルスを発振するレーザ発振器と、分岐光の強度を検出するピンフォトダイオードと、該ピンフォトダイオードの検出信号の飽和時間を計時する計時部と、該飽和時間に基づいてレーザ発振器の出力を制御する制御部とを具備するので、レーザパルスの強度の安定化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるレーザレーダ装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。
【図２】本発明に係わるレーザレーダ装置において、レーザパルスに対する検出信号と積分信号の波形を示す波形図である。
【図３】本発明に係わるレーザレーダ装置において、レーザパルスの出力とピンフォトダイオードの検出信号との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１  レーザレーダ望遠鏡
１ａ  本体
１ｂ  レーザ発生装置
１ｂ1  レーザ発振器
１ｂ2  反射鏡
１ｂ3  ピンフォトダイオード
１ｂ4  積分器
１ｂ5  計時部
１ｂ6  制御部
１ｃ  全反射板
１ｄ  凹面反射鏡
１ｅ  集光鏡
１ｆ  光検出器
２  走査架台
３  信号処理装置
４  表示装置
Ｘ  浮遊粒子（物体）
ａ  レーザパルス
ｂ  散乱光
ｃ  計測信号
ｄ  計測映像信号
ｅ  分岐光
ｆ  検出信号
ｇ  積分信号
ｈ  計時信号
ｉ  制御信号
【図１】
0003674165.tif 000002
【図２】
0003674165.tif 000003
【図３】
0003674165.tif 000004