(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気中の微少散乱体の物性を遠隔から計測するレーザレーダ装置であって、レーザ光を散乱体に放射するレーザ装置と、散乱体によるミー散乱光を検出する検出装置と、散乱体の偏光解消度を演算する演算装置と、を備え、
レーザ装置は、レーザ光を発生させるレーザ共振器と、発生したレーザ光を単一面内で振動する直線偏光にする第１偏光装置と、を有し、該第１偏光装置は、レーザ共振器内に位置する固定偏光子であり、
検出装置は、ミー散乱光の単一面内成分のみを通す第２偏光装置と、該第２偏光装置を通るミー散乱光の強度を測定する単一の光検出器と、を有し、該第２偏光装置は、光検出器の前方に位置する固定偏光子であり、
更に、第１偏光装置による偏光面と、第２偏光装置による偏光面を交互に直交及び平行にする偏光面変換装置を備え、該偏光面変換装置は、レーザ共振器の前方に位置し直線偏光の偏光方向を一定角度回転させる機能を有する２分の１波長板と、この２分の１波長板を軸心を中心に回転させる回転駆動装置からなり、
前記光検出器は、第１偏光装置と第２偏光装置の偏光面の直交時と平行時にミー散乱光の強度を測定し、前記演算装置は、直交時と平行時の出力比から偏光解消度を演算する、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、遠隔から散乱体の物性を計測するレーザレーダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大気中の微小散乱体（例えば、工場の排煙，自動車から排出される微粒子，ちり，ごみ，雲，氷，エアロゾル）等の物性を遠隔から計測するために図５に例示するようなレーザレーダ装置が開発されている。この装置は、レーザ装置１、テレスコープ２（受信望遠鏡）、光検出装置３、データ処理装置４、等から構成され、レーザ装置１により大気中にレーザ光５を放射（発信）し、散乱体６によるミー散乱光７をテレスコープ２で受信し、光検出装置３及びデータ処理装置４により、散乱体６の密度（濃度），厚さ，速度等を検出するようになっている。
【０００３】
図６は、図５の光検出装置３の構成図である。図５及び図６の装置は、更に、偏光子１ａ，偏光ビームスプリッタ３ａ，光検出器３ｂ，等を備え、偏光子１ａを通して水平偏光（ｐ成分のみ）を放射し、散乱体６により偏光面が変化したミー散乱光７を偏光ビームスプリッタ３ａにより水平偏光（ｐ成分）とこれに直交する垂直偏光（ｓ成分）に分離し、光検出器３ｂによる信号電圧比から、散乱体の組成を検出するようになっている。この信号電圧比を偏光解消度δ＝ｓ成分／ｐ成分と定義する。なお、偏光解消度δは、例えば、散乱体を構成する微粒子が球形である雲（水蒸気）では、最大でも０．２程度であり、微粒子が球形でない雲（氷）では、１．０近くの値になる。
【０００４】
上述した偏光解消度を計測するレーザレーダ装置は、例えば、１９８６年７月発行の“ＡＰＰＬＩＥＤ  ＯＰＴＩＣＳ”ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．１３に開示されている。なお、図５，図６において、１ｂは４分の１波長板、３ｃはレンズ、３ｄはフィルタ、４ａはアンプ、４ｂはレコーダ、４ｃはコンピュータである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のレーザレーダ装置では、ミー散乱光７を偏光ビームスプリッタ３ａにより２つの偏光成分（ｐ成分，ｓ成分）に分光し、２チャンネルの別々の検出器３ｂにより各偏光成分の強度を測定する必要があるため、感度差，光軸調整のズレ等により、偏光解消度に誤差が生じる問題点があった。
【０００６】
すなわち、偏光ビームスプリッタ３ａから検出器３ｂに至る光学系は偏光成分（ｐ成分，ｓ成分）により別々であるため、この光学系を厳密に一致させないと、偏光解消度の正確な測定できず、かつ検出器３ｂやアンプ４ａも別々であるため、これらの特性差による影響が大きい問題点があった。このため、従来のレーザレーダ装置は、構造が複雑で調整が困難であり、検出出力からの補正を含む演算が複雑であり、かつ大きな誤差が生じやすい、等の問題点があった。
【０００７】
本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、散乱体による偏光解消度を精密に測定でき、かつ調整や演算が容易であり、誤差が生じにくい、レーザレーダ装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、大気中の微少散乱体の物性を遠隔から計測するレーザレーダ装置であって、レーザ光を散乱体に放射するレーザ装置と、散乱体によるミー散乱光を検出する検出装置と、散乱体の偏光解消度を演算する演算装置と、を備え、
レーザ装置は、レーザ光を発生させるレーザ共振器と、発生したレーザ光を単一面内で振動する直線偏光にする第１偏光装置と、を有し、該第１偏光装置は、レーザ共振器内に位置する固定偏光子であり、
検出装置は、ミー散乱光の単一面内成分のみを通す第２偏光装置と、該第２偏光装置を通るミー散乱光の強度を測定する単一の光検出器と、を有し、該第２偏光装置は、光検出器の前方に位置する固定偏光子であり、
更に、第１偏光装置による偏光面と、第２偏光装置による偏光面を交互に直交及び平行にする偏光面変換装置を備え、該偏光面変換装置は、レーザ共振器の前方に位置し直線偏光の偏光方向を一定角度回転させる機能を有する２分の１波長板と、この２分の１波長板を軸心を中心に回転させる回転駆動装置からなり、
前記光検出器は、第１偏光装置と第２偏光装置の偏光面の直交時と平行時にミー散乱光の強度を測定し、前記演算装置は、直交時と平行時の出力比から偏光解消度を演算する、ことを特徴とするレーザレーダ装置が提供される。
【０００９】
この構成によれば、第２偏光装置によりミー散乱光の単一面内成分のみを通し、通過したミー散乱光の強度を単一の光検出器で測定するので、光検出器の感度差，光軸調整のズレ等の影響がなく、光学系の調整が簡単となり、かつ誤差がほとんど生じないので精密な計測を行うことができる。
また、単一の光検出器により、第１偏光装置と第２偏光装置の偏光面の直交時と平行時にミー散乱光の強度を測定し、演算装置により、直交時と平行時の出力比から偏光解消度を演算するので、光検出器の出力補正等を必要とせず、検出出力からの演算が容易である。
【００１０】
【００１１】
また、第１偏光装置は、レーザ共振器内に位置する固定偏光子であり、第２偏光装置は、光検出器の前方に位置する固定偏光子であり、前記偏光面変換装置は、レーザ共振器の前方に位置し直線偏光の偏光方向を一定角度回転させる機能を有する２分の１波長板であるので、２分の１波長板により発生したレーザ光の偏光面を光軸を中心に回転させることにより、直線偏光の偏光面を、交互に直交及び平行にすることができ、構造を簡単にできるばかりでなく、第１偏光装置内の偏光子が固定偏光子であるので、従来のレーザ共振器と同様にレーザ光を安定して発生させることができる。
【００１２】
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付して使用する。
図１は、本発明によるレーザレーダ装置の全体構成図である。この図に示すように、本発明のレーザレーダ装置１０は、レーザ光５を散乱体６に放射（発信）するレーザ装置１２と、散乱体６によるミー散乱光７を検出する検出装置１４と、散乱体６の偏光解消度δを演算する演算装置１６と、を備えている。また、この図で、１１ａはコリメータ、１１ｂはレーザ電源制御部、１１ｃは表示装置である。かかる構成は、図５に示した従来のレーザレーダ装置と同様であり、この装置により、散乱体６の距離Ｒ，密度（濃度），厚さ，速度等を検出することができる。
【００１４】
図２は、レーザレーダ装置１０の第１参考例を示す図１の主要部構成図である。この図において、レーザ装置１２は、レーザ光を発生させるレーザ共振器１２ａと、発生したレーザ光を単一面内で振動する直線偏光にする第１偏光装置１２ｂと、レーザ光の送信光学系１２ｃからなる。レーザ共振器１２ａは、２枚の反射鏡１３ａ，１３ｂ、Ｑスイッチ１３ｃ、偏光子１３ｄ、及びレーザ結晶１３ｅからなるファブリ・ペロー型共振器であり、単一面内で振動する偏光レーザ光５を散乱体６に向けて放射（送信）できるようになっている。
【００１５】
また、図１において、検出装置１４は、散乱体６によるミー散乱光７の単一面内成分のみを通す第２偏光装置１４ａと、第２偏光装置１４ａを通るミー散乱光７の強度を測定する単一の光検出器１４ｂと、を有する。なお、この図で、１５ａ，１５ｂはレンズ、１５ｃはフィルタであり、第２偏光装置１４ａは固定偏光子１５ｄである。
【００１６】
更に、レーザレーダ装置１０は、第１偏光装置１２ｂによる偏光面と、第２偏光装置１４ａを通る偏光面を、交互に直交及び平行にする偏光面変換装置１８を備えている。また、光検出器１４ｂは、第１偏光装置１２ｂと第２偏光装置１４ａの偏光面の直交時と平行時にミー散乱光７の強度を測定するようになっている。更に、演算装置１６は、信号処理装置１６ａとコンピュータ１６ｂからなり、直交時と平行時の出力比から偏光解消度δを演算するようになっている。
【００１７】
また、図２に示す第１参考例において、第１偏光装置１２ｂは、レーザ共振器１２ａ内に位置し光軸に平行な軸心を中心に回転可能な可動偏光子１３ｄであり、偏光面変換装置１８は、この可動偏光子１３ｄを軸心を中心に回転させる回転駆動装置１８ａである。この可動偏光子１３ｄと回転駆動装置１８ａは、光源のレーザ共振器内に、例えば電動回転ステージにマウントした偏光子１３ｄを挿入し、信号処理装置１６ａと連動させて回転ステージを回転させることにより、容易にレーザの偏光制御（偏光面を交互に直交及び平行にすること）ができる。
【００１８】
上述した構成によれば、第２偏光装置１４ａによりミー散乱光７の単一面内成分のみを通し、単一の光検出器１４ｂにより通過したミー散乱光の強度を測定するので、光検出器１４ｂが単一であるので、その感度差，光軸調整のズレ等の影響がなく、光学系の調整が簡単となり、かつ誤差がほとんど生じないので精密な計測を行うことができる。また、単一の光検出器１４ｂにより、第１偏光装置１２ｂと第２偏光装置１４ａの偏光面の直交時と平行時にミー散乱光の強度（ｐ成分，ｓ成分）を測定し、演算装置１６により、その出力比（ｐ成分／ｓ成分）をそのまま偏光解消度δとすることができるので、光検出器の出力補正等を必要とせず、検出出力からの演算が簡単である。
【００１９】
図３は、本発明によるレーザレーダ装置の実施形態を示す部分構成図である。この図において、第１偏光装置１２ｂは、レーザ共振器１２ａ内に位置する固定偏光子１３ｆであり、偏光面変換装置１８は、レーザ共振器１２ａの前方に位置し光軸に平行な軸心を中心に回転可能な偏光回転子１８ｂと、この偏光回転子１８ｂを軸心を中心に回転させる回転駆動装置１８ａからなる。偏光回転子１８ｂは、例えば２分の１波長板であり、直線偏光の偏光方向を一定角度θ（例えば９０°）だけ回転させる機能を有する。その他の構成は、図２の第１参考例と同様である。
【００２０】
上述した構成によれば、偏光回転子１８ｂにより、発生したレーザ光の偏光面を光軸を中心に回転させることにより、直線偏光５の偏光面を、交互に直交及び平行にすることができ、第１実施形態と同様に構造を簡単にできるばかりでなく、第１偏光装置内の偏光子１３ｆが固定偏光子であるので、従来のレーザ共振器と同様にレーザ光を安定して発生させることができる。
【００２１】
図４は、レーザレーダ装置の第２参考例を示す部分構成図である。図４（Ａ）に示すように、第１偏光装置１２ｂは、レーザ共振器１２ａ内に位置する固定偏光子１３ｆであり、図４（Ｂ）に示すように、第２偏光装置１４ａは、光検出器１４ｂの前方に位置し光軸に平行な軸心を中心に回転可能な可動偏光子１５ｅであり、偏光面変換装置１８は、可動偏光子１５ｅを軸心を中心に回転させる回転駆動装置１８ａである。その他の構成は、図２の第１参考例と同様である。
【００２２】
上述した構成によれば、レーザ共振器１２ａ内の偏光子１３ｆが固定偏光子であるので、従来のレーザ共振器と同様にレーザ光を安定して発生させることができ、かつ検出装置１４内の可動偏光子１５ｅを回転駆動装置１８ａで回転させるだけで、第２偏光装置１４ａを通る偏光面を、交互に直交及び平行にすることができ、構造を簡単にすることができる。
【００２３】
なお、本発明は上述した実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【００２４】
【発明の効果】
上述したように、本発明のレーザレーダ装置は、散乱体による偏光解消度を精密に測定でき、かつ調整や演算が容易であり、誤差が生じにくい、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるレーザレーダ装置の全体構成図である。
【図２】レーザレーダ装置の第１参考例を示す図１の主要部構成図である。
【図３】本発明の実施形態を示す部分構成図である。
【図４】レーザレーダ装置の第２参考例を示す部分構成図である。
【図５】従来のレーザレーダ装置の構成図である。
【図６】図５の部分構成図である。
【符号の説明】
１  レーザ装置
２  テレスコープ（受信望遠鏡）
３  光検出装置
４  データ処理装置
４ａ  レコーダ
４ｂ  コンピュータ
５  レーザ光
６  散乱体
７  ミー散乱光
１０  レーザレーダ装置
１１ａ  コリメータ
１１ｂ  レーザ電源制御部
１１ｃ  表示装置
１２  レーザ装置
１２ａ  レーザ共振器
１２ｂ  第１偏光装置
１２ｃ  送信光学系
１３ａ，１３ｂ  反射鏡
１３ｃ  Ｑスイッチ
１３ｄ  偏光子
１３ｅ  レーザ結晶
１３ｄ  可動偏光子
１３ｆ  固定偏光子
１４  検出装置
１４ａ  第２偏光装置
１４ｂ  光検出器
１５ａ，１５ｂ  レンズ
１５ｃ  フィルタ
１５ｄ  固定偏光子
１５ｅ  可動偏光子
１６  演算装置
１６ａ  信号処理装置
１６ｂ  コンピュータ
１８  偏光面変換装置
１８ａ  回転駆動装置
１８ｂ  偏光回転子
δ  偏光解消度
【図１】
0003567949.tif 000002
【図２】
0003567949.tif 000003
【図３】
0003567949.tif 000004
【図４】
0003567949.tif 000005
【図５】
0003567949.tif 000006
【図６】
0003567949.tif 000007