(57)【要約】 【課題】  測定範囲内における風速・風向を、効率よく、容易かつ簡単に測定することができる風速・風向測定システムを提供すること。【解決手段】  レーザ光を測定箇所に出射する出射部と、その測定箇所で散乱された戻レーザ光を受光する受光部と、この出射部と受光部を駆動制御する制御部３０と、を備えて、その制御部のＣＰＵ３１は、測定箇所を細かく変動させて近傍３箇所における風速測定を行うことにより、その測定箇所における風速・風向を測定するとともに、その測定箇所を３次元的に変化させる。【選択図】      図１０
2006118974.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定作業位置から離隔する測定箇所における相対的な風速を測定する風速測定手段と、該風速測定手段による測定結果を保持するメモリ手段と、該メモリ手段内の測定箇所近傍の少なくとも３箇所以上の測定結果に基づいて当該測定箇所における風向を求めて該風向での風速を算出する風速・風向演算手段と、風速測定手段の測定箇所を細かく変動させることにより少なくとも近傍３箇所以上での測定を行いつつ当該風速測定手段の測定箇所を２次元的あるいは３次元的に変化させる移動手段と、を備えることを特徴とする風速・風向測定システム。
【請求項２】
前記風速測定手段は、レーザ光を測定箇所方向に向けて出射する出射手段と、測定箇所方向からの戻レーザ光を受光する受光手段と、出射レーザ光および戻レーザ光の相関から測定箇所における風速を算出する風速演算手段と、を備えて、
受光手段は、出射レーザ光からドップラーシフトした戻レーザ光の周波数を当該戻レーザ光の周波数に応じた特性変化を利用して導出する導出手段を有する一方、
風速演算手段は、出射レーザ光の出射から戻レーザ光の受光までの時間に基づいて測定箇所の位置を算出するとともに、出射レーザ光および戻レーザ光の周波数の相関に基づいて風速を算出するようになっており、
前記移動手段は、風速測定手段のレーザ光による測定方向を細かく変動させることにより測定箇所近傍の３箇所以上で風速測定を行いつつ、風速測定手段のレーザ光による測定方向を所望の測定範囲内を走査するように移動させることを特徴とする請求項１に記載の風速・風向測定システム。
【請求項３】
前記移動手段は、光を反射する反射鏡、または、透過する光を偏向する素子の振動あるいは回転により、風速測定手段のレーザ光による測定方向を細かく変動させることを特徴とする請求項２に記載の風速・風向測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、風速・風向測定システムに関し、詳しくは、広範囲における風速・風向を簡易に測定することのできるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のクリーンエネルギーの需要の高まりから、風力発電設備を設置することが従来より行われている。この風力発電設備は、プロペラ式などの風車を効率よく回転させるのに適した場所に設置する必要があることから、候補地に支柱を立てて先端部に設置した測定器により風速・風向測定を行って、その候補地における風速や風向の調査をしていた。
【０００３】
しかし、風力発電設備はそれなりに大型であるのに対して、調査用の支柱の先端部における測定器の高さは、それほど高くすることができずに、その風車の設置高さよりも低いことから、風速や風向は計算により推定せざるを得なかった。また、風速・風向の調査を行うために、複数箇所の候補地を取得しなければ、その調査を行えないことから、気楽に調査をすることができずに、最適地を選定することは困難であった。
【０００４】
このことから、風車の設置箇所（場所&高さ）における実際の風速・風向をレーザ光を用いて測定する方法が提案されている。この測定方法では、遠隔位置から測定箇所に向けてレーザ光を出射して走査することにより、実際に風車が設置される高さでの風速・風向を測定することができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
風速・風向の測定方式としては、例えば、エアーゾルが風で流されるのを利用することが考えられており、レーザ光を複数箇所に向けて出射して、そのレーザ光の反射強度から、流されるエアーゾルの濃度変化を測定することにより、測定箇所における風速・風向を導出することが提案されている（例えば、特許文献２、３参照）。
【０００６】
また、レーザ光は、風で流れる空気中の粒子で反射されて戻って来ることから、出射時の周波数から戻時の周波数はドップラーシフトしている。このレーザ光の周波数変化の相関を利用して、測定箇所における風速・風向を導出する測定方向も提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【特許文献１】特開２００４−１０１２６５号公報
【特許文献２】特許第３００１４８２公報
【特許文献３】特開平１１−２７１３５０号公報
【特許文献４】特開平６−３４２０８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このような従来の風速・風向の測定にあっては、上記文献４にも記載されているように、少なくとも３方向の風速を測定することにより風向を得ることはできるが、広範囲の測定箇所において、単に測定箇所を移動させつつ３箇所以上での風速測定を行うのでは、時間が掛かってしまうとともに、密な測定箇所での風速・風向を効率よく測定することは困難である、という問題があった。
【０００８】
また、エアーゾルの移動を利用して、複数箇所のレーザ光の反射強度と時間的変化から、測定箇所の風速を導く処理は複雑で容易ではない。さらに、レーザ光の周波数におけるドップラーシフトを利用するにしても、レーザ光の周波数を測定するのは複雑で容易ではなく、さらに、その周波数変化から風速を導かなければならない。このために、広範囲の測定箇所における風速の情報を収集するには、煩雑な処理が必要になってしまう、という課題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、測定範囲内の風速・風向を効率よく測定することを可能にし、また、ドップラーシフトにより変化したレーザ光の周波数を直接測定するのではなく、その周波数を簡易に導くことを実現することにより、測定範囲内における風速・風向を容易かつ簡単に測定することのできる風速・風向測定システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する風速・風向測定システムの第１の発明は、測定作業位置から離隔する測定箇所における相対的な風速を測定する風速測定手段と、該風速測定手段による測定結果を保持するメモリ手段と、該メモリ手段内の測定箇所近傍の少なくとも３箇所以上の測定結果に基づいて当該測定箇所における風向を求めて該風向での風速を算出する風速・風向演算手段と、風速測定手段の測定箇所を細かく変動させることにより少なくとも近傍３箇所以上での測定を行うとともに当該風速測定手段の測定箇所を２次元的あるいは３次元的に変化させる移動手段と、を備えることを特徴とするものである。
【００１１】
この発明では、風速測定手段が相対的な風速を測定する測定箇所が細かく変動されることにより近傍３箇所以上での測定が実現されて、その保持する３箇所以上での相対的風速を演算することにより、その測定箇所における風速・風向を測定（算出）することができ、同時に、その測定箇所が２次元的あるいは３次元的に大きく変化されることにより、所望の測定範囲内における風速・風向を測定することができる。したがって、一箇所の測定箇所に対して近傍３箇所での風速測定を行いつつ、広範囲の測定箇所での風速・風向を効率よく同時に密に測定することができる。
【００１２】
上記課題を解決する風速・風向測定システムの第２の発明は、上記第１の発明の特定事項に加え、前記風速測定手段は、レーザ光を測定箇所方向に向けて出射する出射手段と、測定箇所方向からの戻レーザ光を受光する受光手段と、出射レーザ光および戻レーザ光の相関から測定箇所における風速を算出する風速演算手段と、を備えて、受光手段は、出射レーザ光からドップラーシフトした戻レーザ光の周波数を当該戻レーザ光の周波数に応じた特性変化を利用して導出する導出手段を有する一方、風速演算手段は、出射レーザ光の出射から戻レーザ光の受光までの時間に基づいて測定箇所の位置を算出するとともに、出射レーザ光および戻レーザ光の周波数の相関に基づいて風速を算出するようになっており、前記移動手段は、風速測定手段のレーザ光による測定方向を細かく変動させることにより測定箇所近傍の３箇所以上で風速測定を行いつつ、風速測定手段のレーザ光による測定方向を所望の測定範囲内を走査するように移動させることを特徴とするものである。
【００１３】
この発明では、出射レーザ光は出射後に測定箇所の空気中の粒子に散乱されてその一部が戻レーザ光として戻ってきて受光される。その戻レーザ光の周波数は、その周波数に応じた特性変化を計測することにより導出することができ、この戻レーザ光と出射レーザ光の周波数の相関からその測定箇所での風速を算出することができる。また、測定箇所までの離隔距離は出射レーザ光の出射から戻レーザ光の受光までの時間から算出することができ、その出射レーザ光の出射方向と、その離隔距離から測定箇所の位置を特定することができる。そして、レーザ光の出射方向が細かく変動されて測定箇所近傍の３箇所以上で測定された風速からその風向・風速を算出することができるとともに、そのレーザ光の出射方向が測定範囲内で大きく走査しつつ風速・風向を算出することができる。したがって、遠隔地から見た相対的な風速に留まらずに、レーザ光の出射から戻りまでの時間に応じた測定箇所毎の風速・風向を、戻レーザ光の周波数を直接計測することなく、その周波数を導出して、容易かつ迅速に測定することができる。
【００１４】
上記課題を解決する風速・風向測定システムの第３の発明は、上記第２の発明の特定事項に加え、前記移動手段は、光を反射する反射鏡、または、透過する光を偏向する素子の振動あるいは回転により、風速測定手段のレーザ光による測定方向を細かく変動させることを特徴とするものである。
【００１５】
この発明では、レーザ光の出射方向が反射鏡または透過偏光素子の振動あるいは回転により細かく変動される。したがって、測定範囲内でレーザ光を大きく走査しつつ容易に細かく変動させることができ、制御が複雑になってしまうことがない。
【発明の効果】
【００１６】
このように本発明によれば、測定箇所の相対的な風速を測定しつつその測定箇所を細かく変動することにより、近傍３箇所以上での風速測定を行うことができ、同時に、その測定箇所を２次元的あるいは３次元的に大きく変化させることにより、広範囲の風速・風向を容易かつ効率よく測定することができる。このときに、測定箇所に向けて出射レーザ光を出射して戻レーザ光を受光することにより、周波数に応じた特性変化からその戻レーザ光の周波数を求めて、出射レーザ光の周波数との相関（ドップラーシフト）から測定箇所における風速・風向を算出することができる。これにより、戻レーザ光の周波数を直接計測することなく、その特性変化から周波数を導出して、出射から戻りまでの時間に応じた測定箇所毎の風速・風向を容易に測定することができる。したがって、例えば、風力発電設備を設置するのに適した候補地を容易に選定することができ、候補地の選定に掛かる無駄な投資を省くことができると共に、最適地に風力発電設備を設置して、低コストな発電を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の最良の実施形態を図面に基づいて説明する。図１〜図１１は本発明に係る風速・風向測定システムの第１実施形態を示す図である。
【００１８】
図１において、風速・風向測定システムは、レーザ光Ｌ１を測定箇所方向に向けて出射する出射部（出射手段）１０と、その測定箇所方向から戻ってきた戻レーザ光Ｌ２を受光する受光部（受光手段）２０と、その出射レーザ光Ｌ１と戻レーザ光Ｌ２の相関から測定箇所における風速や風向を算出する図１０に図示の制御部３０と、を関連付けることにより構築されている。これら各部１０〜３０は、一機器内に組み込んで装置化してもよく、また、配線等で接続してシステム化してもよい。
【００１９】
この風速・風向測定システムは、例えば、風力発電設備を設置する候補地の周囲を測定対象として使用することができ、その候補地の測定作業位置から水平方向に離隔する、また、その作業位置から高さ方向に離隔する位置の測定箇所に、図１（ａ）に示すように、風速測定手段としての出射部１０および受光部２０を向けることにより、そこでの風速・風向の風況を制御部３０により算出・測定することができる。なお、この風速・風向測定システムは、候補地を測定作業位置としなくても、その候補地が作業し辛い場所などの場合には、遠隔地から候補地付近の地表からその上空を測定箇所として狙って、そこでの風速・風向の風況を測定することもできる。ここでは、簡易に説明するために、候補地を測定作業位置とする場合を一例にして説明する。
【００２０】
受光部２０は、図１（ｂ）、（ｃ）に示すように、出射部１０から出射された出射レーザ光Ｌ１が測定箇所に存在する空気中の粒子ｐで反射されて戻ってくる戻レーザ光Ｌ２を受光するようになっており、この戻レーザ光Ｌ２は、粒子ｐで散乱されて出射レーザ光Ｌ１の一部が戻ってくるだけなので、図１（ａ）に示すように、処理可能な光強度以上になるように集光ミラー２１で集められた戻レーザ光Ｌ２が入射される。
【００２１】
このとき、受光部２０が受光する戻レーザ光Ｌ２は、出射レーザ光Ｌ１を反射する粒子ｐが風に乗って移動していることから、その出射レーザ光Ｌ１とは異なる周波数にドップラーシフトしている。この戻レーザ光Ｌ２は、例えば、図１（ｂ）に示すように、出射レーザ光Ｌ１に対して直交する方向ｄ１に移動する粒子ｐに反射された場合と、図１（ｃ）に示すように、出射レーザ光Ｌ１に対して同一光路上を離隔する方向ｄ２に移動する粒子ｐに反射された場合とではドップラー効果が大きく異なることになる。すなわち、出射レーザ光Ｌ１と戻レーザ光Ｌ２とでは、その粒子ｐの移動、言い換えると、その測定箇所での見かけ上の風速と、その周波数変化に相関関係があり、その周波数の相関から測定箇所での相対的な風速を求めることができる。
【００２２】
例えば、出射レーザ光Ｌ１の周波数をν0とするとともに、戻レーザ光Ｌ２の周波数をνxとして、レーザ光は速度ｃ、粒子ｐは速度ｖとすると、図１（ｂ）に図示するように、出射レーザ光Ｌ１（戻レーザ光Ｌ２）が粒子ｐの移動方向ｄ１と直交関係にある場合には、戻レーザ光Ｌ２の周波数ν1は、次式（１）により求めることができる。
ν1＝ν0×（１−ｖ２／ｃ２）１／２    ・・・  （１）
【００２３】
ここで、レーザ光の速度ｃと粒子ｐの速度ｖは、「ｖ≪ｃ」の関係にあって、
ｖ／ｃ≪１
であることから、戻レーザ光Ｌ２の周波数ν1は、出射レーザ光Ｌ１の周波数ν0と次の関係になる。
ν1≒ν0
【００２４】
その一方で、図１（ｃ）に図示するように、出射レーザ光Ｌ１（戻レーザ光Ｌ２）が粒子ｐの移動方向ｄ２と平行関係にある場合には、戻レーザ光Ｌ２の周波数ν2は、次式（２）により求めることができる。
ν2＝ν0×（１−ｖ／ｃ）／（１−ｖ２／ｃ２）１／２    ・・・  （２）
【００２５】
同様に、レーザ光の速度ｃと粒子ｐの速度ｖの関係から、戻レーザ光Ｌ２の周波数ν2は、出射レーザ光Ｌ１の周波数ν0と次の関係になる。
ν2≒ν0×（１−ｖ／ｃ）    ・・・  （３）
【００２６】
このことから、出射レーザ光Ｌ１と戻レーザ光Ｌ２の周波数ν0、νxを取得することができれば、測定位置から見た測定箇所の粒子ｐの見かけ上の速度ｖ、言い換えると、測定箇所での相対的な風速ｖを次式（４）により求めることができる。
ｖ＝ｃ×{（νx／ν0）−１}    ・・・  （４）
【００２７】
また、戻レーザ光Ｌ２が粒子ｐにより散乱反射されて戻ってきた出射レーザ光Ｌ１であるので、そのレーザ光Ｌ１、Ｌ２は、出射から受光までの時間ｔで光路を往復していることになる。このことから、この測定箇所の粒子ｐの位置は、測定作業位置から離隔する距離Ｄを次式（５）から求めることができ、この離隔距離Ｄと、出射レーザ光Ｌ１の出射方向（戻レーザ光Ｌ２の受光方向）とから決定することができる。
Ｄ＝ｃｔ／２  ・・・（５）
【００２８】
しかるに、ここでは、出射レーザ光Ｌ１および戻レーザ光Ｌ２からは、相対的な風速ｖを測定できるに留まることから、後述するように、少なくとも近傍の３箇所以上での風速測定を行って、ベクトル的に合成することにより、測定箇所における風向ｄを決定するとともに、その風向ｄにおける風速│ｖ│（絶対値）を求めることが必要である。
【００２９】
具体的には、図２に示すように、出射部１０は、レーザ光生成器１１と、第１ハーフミラー１２と、反射ミラー１３と、減衰器１４と、を備えており、受光部２０は、第２ハーフミラー２４と、反射ミラー２５と、光フィルタ（フィルタ部）２６と、第１、第２光強度測定器（第１、第２光強度測定部）２７、２８とを備えて、構成されている。
【００３０】
出射部１０のレーザ光生成器１１は、パルスレーザ光を発振させて出射する装置であり、そのレーザ光は、予め設定されている強度に増幅させた後に、設定時間間隔で出射する。
【００３１】
第１ハーフミラー１２は、このレーザ光生成器１１から出射されたレーザ光Ｌ１を第１、第２分光出射レーザ光Ｌ１１、Ｌ１２に分光するようになっており、この第１ハーフミラー１２は、レーザ光生成器１１からの出射レーザ光Ｌ１の一部をそのまま透過させて分光した第１分光出射レーザ光Ｌ１１を、そのまま直進させて測定箇所方向に出射する一方、その出射レーザ光Ｌ１の残りを反射させて分光した第２分光出射レーザ光Ｌ１２を、反射ミラー１３により再度反射させて減衰器１４に入射する。なお、ここでは、レーザ光生成器１１から出射されて第１ハーフミラー１２により分光された第２分光出射レーザ光Ｌ１２を、反射ミラー１３を用いて減衰器１４（受光部２０の受光本体部２２）に入射するが、直接入射可能なレイアウトの場合には反射ミラー１３を省いてもよいことはいうまでもない。
【００３２】
減衰器１４は、第１ハーフミラー１２と受光部２０の受光本体部２２側との間の光路途中に介在するように配置されており、その第１ハーフミラー１２が反射させて分光した第２分光出射レーザ光Ｌ１２を入射されて、その第２分光出射レーザ光Ｌ１２を予め設定されている光強度（例えば、受光本体部２２で処理可能な光強度）まで減衰させた後に受光本体部２２側に向けて出射する。
【００３３】
これにより、レーザ光生成器１１からの第１分光出射レーザ光Ｌ１１を測定箇所方向に出射することができるのと同時に、その第１分光出射レーザ光Ｌ１１と同一の周波数ν0の第２分光出射レーザ光Ｌ１２を受光本体部２２に入射することができる。この受光本体部２２に入射する第２分光出射レーザ光Ｌ１２は、測定箇所方向に出射した第１分光出射レーザ光Ｌ１１が散乱反射された戻レーザ光Ｌ２と同等の光強度に減衰させて処理可能にした後に受光本体部２２に入射することができる。
【００３４】
受光本体部２２の第２ハーフミラー２４は、出射部１０から減衰・入射される第２分光出射レーザ光Ｌ１２を、さらに第１、第２分光出射レーザ光Ｌ１２１、Ｌ１２２に分光するようになっており、この第２ハーフミラー２４は、出射部１０からの第２分光出射レーザ光Ｌ１２の一部をそのまま透過させて分光した第１分光出射レーザ光Ｌ１２１を、そのまま直進させて第１光強度測定器２７に入射する一方、その第２分光出射レーザ光Ｌ１２の残りを反射させて分光した第２分光出射レーザ光Ｌ１２２を、反射ミラー２５により再度反射させて光フィルタ２６に入射する。
【００３５】
また、この第２ハーフミラー２４は、出射部１０から測定箇所方向に出射されて散乱反射された第１分光出射レーザ光Ｌ１１の戻レーザ光Ｌ２を、同様に、第１、第２分光戻レーザ光Ｌ２１、Ｌ２２に分光するようになっており、この第２ハーフミラー２４は、戻レーザ光Ｌ２の一部をそのまま透過させて分光した第１分光戻レーザ光Ｌ２１を、そのまま直進させて第１光強度測定器２７に入射する一方、戻レーザ光Ｌ２の残りを反射させて分光した第２分光戻レーザ光Ｌ２２を、反射ミラー２５により再度反射させて光フィルタ２６に入射する。すなわち、この第２ハーフミラー２４が戻レーザ光Ｌ２を２つに分光する分光部を構成している。
【００３６】
光フィルタ２６は、第２ハーフミラー２４と第２光強度測定器２８との間の光路途中に介在するように配置されており、その第２ハーフミラー２４が反射させて分光した第２分光出射レーザ光Ｌ１２２と第２分光戻レーザ光Ｌ２２を入射されて、その第２分光出射レーザ光Ｌ１２２と第２分光戻レーザ光Ｌ２２をフィルタ処理した後に第２光強度測定器２８に入射する。この光フィルタ２６は、入射されるレーザ光の周波数に応じて、出射するレーザ光の減衰率が変化するフィルタ特性を有しており、ここでは、図３に示すように、入射するレーザ光の周波数と出射するレーザ光の光強度の減衰率が正比例する特性を有するものが選択されている。なお、光フィルタ２６として、反対に、入射するレーザ光の周波数と出射するレーザ光の光強度の減衰率が反比例する特性を有するものを選択してもよい。
【００３７】
第１、第２光強度測定器２７、２８は、入射されるレーザ光の光強度に応じて光電荷を生成する特性を有しており、その光電荷量により入射レーザ光の光強度を測定することができる。
【００３８】
これにより、第１光強度測定器２７では、光フィルタ２６が介在することなく入射させたレーザ光の光強度を測定することができるとともに、第２光強度測定器２８では、光フィルタ２６により同一のレーザ光をその周波数に応じて減衰させたときの光強度を測定することができる。このため、第１光強度測定器２７による測定結果の光強度Ｉ１と、第２光強度測定器２８による測定結果の光強度Ｉ２の比率（Ｉ２／Ｉ１）を算出することにより、光フィルタ２６の減衰特性から入射したレーザ光の周波数を導出することができる。
【００３９】
このことから、測定箇所方向に出射した第１分光出射レーザ光Ｌ１１と同一周波数ν0の第２分光出射レーザ光Ｌ１２１は、そのまま第１光強度測定器２７に入射されるとともに、同様に同一周波数ν0の第２分光出射レーザ光Ｌ１２２は、光フィルタ２６を介してその周波数ν0に応じた光強度に減衰させた後に第２光強度測定器２８に入射される。この第１、第２光強度測定器２７、２８の測定結果の光強度Ｉ１、Ｉ２から、この受光本体部２２での出射レーザ光Ｌ１２の減衰率（Ｉ２／Ｉ１）を算出することができ、この出射レーザ光Ｌ１２の周波数ν0は既知であることから光フィルタ２６の温度特性などに起因する減衰特性の変化を補正するための補正値が得られる。
【００４０】
また、測定箇所方向に第１分光出射レーザ光Ｌ１１が出射されて空気中の粒子ｐにより散乱反射されて戻ってきた（周波数ν0がドップラーシフトしている）戻レーザ光Ｌ２を分光した第１分光戻レーザ光Ｌ２１は、そのまま第１光強度測定器２７に入射させることができるとともに、その戻レーザ光Ｌ２から分光されて第１分光戻レーザ光Ｌ２１と同一周波数νxの第２分光戻レーザ光Ｌ２２は、光フィルタ２６を介してその周波数νxに応じた光強度に減衰させた後に第２光強度測定器２８に入射させることができる。
【００４１】
したがって、この第１、第２光強度測定器２７、２８の測定結果の光強度Ｉ１、Ｉ２から、この受光本体部２２での戻レーザ光Ｌ２の減衰率（Ｉ２／Ｉ１）を算出することができ、その減衰率からこの戻レーザ光Ｌ２の周波数νxを導出することができる。このときに、出射レーザ光Ｌ１２の測定結果から得られた補正値を用いることにより、戻レーザ光Ｌ２の周波数νxを高精度に導出することができる。すなわち、この第２ハーフミラー２４、光フィルタ２６および第１、第２光強度測定器２７、２８が、出射レーザ光Ｌ１１からドップラーシフトした戻レーザ光Ｌ２の周波数νxを、光フィルタ２６がその戻レーザ光Ｌ２の周波数νxに応じた光強度に減衰させる特性変化を利用して導出する導出手段を構成している。
【００４２】
よって、直接測定することなく導出した戻レーザ光Ｌ２の周波数νxと出射レーザ光Ｌ１の周波数ν0を上記式（４）に代入することにより、測定箇所における見かけ上の風速ｖを算出することができる。この測定箇所の位置は、出射レーザ光Ｌ１の出射から戻レーザ光Ｌ２の受光までに掛かる時間ｔを上記式（５）に代入して算出した離隔距離Ｄと、その出射レーザ光Ｌ１の出射方向（戻レーザ光Ｌ２の受光方向）とから特定することができる。
【００４３】
この出射レーザ光Ｌ１の出射から戻レーザ光Ｌ２の受光までに掛かる時間ｔは、測定作業位置（出射部１０と受光部２０の設置位置）から測定箇所までの離隔距離Ｄに応じて遅延する。このため、出射レーザ光Ｌ１を出射する一つの測定方向では、図４に示すように、出射部１０から出射された出射レーザ光Ｌ１が直接受光部２０に受光されて光フィルタ２６の補正処理が行われた後に、近接する測定箇所（粒子ｐ）の戻レーザ光Ｌ２が受光されて、そこから離隔する測定箇所（粒子ｐ）の戻レーザ光Ｌ２が順次に受光される。このため、測定箇所毎の相対的な風速ｖに応じて出射レーザ光Ｌ１の周波数ν0からドップラーシフトして増減した戻レーザ光Ｌ２の周波数νxを補正しつつ導出することができ、その周波数νxから測定箇所毎の相対的な風速ｖを精度よく算出することができる。
【００４４】
そして、出射部１０および受光部２０は、出射レーザ光Ｌ１の出射方向と戻レーザ光Ｌ２の受光方向が略一致するように不図示の台座上にセットされており、この台座が、例えば、サーボモータにより水平方向に３６０度、上下方向に１８０度回転させることのできる回転機構に支持されている。
【００４５】
これにより、この風速・風向測定システムは、例えば図５に示すように、出射レーザ光Ｌ１の出射方向および戻レーザ光Ｌ２の受光方向（以下では、単に出射レーザ光Ｌ１の出射方向ともいう）を、鉛直方向から徐々に仰角θを下げつつ回転させるように前記台座を駆動させることにより、出射レーザ光Ｌ１の出射方向の軌跡を、風力発電設備を設置する候補地Ｓ０を中心にする半球表面上を、所謂、渦巻き状に走査するように移動させることができ、出射レーザ光Ｌ１の届く半径ｒの範囲内の測定箇所における相対的な風速ｖを測定することができる。
【００４６】
また、出射部１０は、図６に示すように、光の反射方向を振動させることのできるマイクロミラー（反射鏡）１５がレーザ光生成器１１の後段側に設けられている。このマイクロミラー１５は、前記台座の駆動方向に対して直交する方向に振動することにより、図７に示すように、レーザ光生成器１１から出射された出射レーザ光Ｌ１の出射方向の軌跡Ｔを細かく振動（変動）させることができる。これにより、風速・風向測定システムは、出射レーザ光Ｌ１の出射方向の軌跡Ｔ上で異なる測定タイミングの測定箇所Ｓ１〜Ｓｘにおける相対的な風速ｖを測定することができる。すなわち、このマイクロミラー１５は、前記台座と共に移動手段を構成しており、台座が測定箇所を３次元的に移動させるとともに、マイクロミラー１５がその測定箇所を細かく変動させることができる。なお、本実施形態では、測定箇所を３次元的に移動させる場合を説明するが、これに限らず、例えば、一定の高度などの平面（２次元）内を移動させてもよいことはいうまでもない。
【００４７】
ここで、出射部１０が出射レーザ光Ｌ１の出射方向をマイクロミラー１５により振動させるのに対して、受光部２０はその出射レーザ光Ｌ１の戻レーザ光を固定されている集光ミラー２１により受光本体部２２に入射することから、この出射部１０と受光部２０は、図８に示すように、マイクロミラー１５が振動の中心位置で出射レーザ光Ｌ１を反射したときの戻レーザ光Ｌ２の受光感度が最も良好になるように、その集光ミラー２１の光軸（集光方向）とマイクロミラー１５の振動中心とを一致させるように調整する。なお、本実施形態では、マイクロミラー１５を一方向に振動させる場合を説明するが、回転させてもよいことはいうまでもなく、また、集光ミラー２１がその光軸を変動可能な場合にはマイクロミラー１５と同期させるように駆動させてもよい。また、図８に示すグラフは、マイクロミラー１５の振動と集光ミラー２１の集光の関係を模式的に示すものである。
【００４８】
これにより、この風速・風向測定システムは、出射レーザ光Ｌ１の出射方向を、風力発電設備を設置する候補地Ｓ０の鉛直方向から徐々に仰角θを下げつつ回転させるとともに振動させることにより、図７に示すように、近傍の測定箇所Ｓｎ１〜Ｓｎ３毎の相対的な風速ｖを測定することができる。この候補地Ｓ０から見た測定箇所Ｓｎ１〜Ｓｎ３毎の相対的な風速ｖからは、これらをベクトル的に合成することにより、その測定箇所Ｓｎ１〜Ｓｎ３を代表する、例えば、その中間の測定箇所Ｓｎ２における風向ｄと、その風向ｄの風速│ｖ│とを求めることができる。要するに、近傍３箇所で風速測定を行うことにより、一箇所の測定箇所の風速・風向を測定することができ、戻レーザ光Ｌ２の周波数を直接測定することなく、広範囲の測定箇所での風速・風向を、効率よく測定することができるとともに、その測定箇所の間隔を密に測定することができる。
【００４９】
詳細には、実際の風速と風向が同一と仮定可能なほど近接する測定箇所Ｓｎ１〜Ｓｎ３の測定結果を用いて、図９に示すように、出射レーザ光Ｌ１の出射方向が中間の測定箇所Ｓｎ２のときの測定結果が風速ｖｎ２で、次回の測定箇所Ｓｎ３のときの測定結果が風速ｖｎ３である場合には、次のような関係になる。その候補地Ｓ０から見た測定箇所Ｓｎ２、Ｓｎ３での相対的な風速ｖｎ２、ｖｎ３は、挟角α２で隣接しており、その風速ｖｎ２、ｖｎ３をベクトル合成すると、その風速ｖｎ２、ｖｎ３と測定箇所Ｓｎ２を含む平面内での合成風速Ｖｎ２３は、次式（６）で求めることができる。
Ｖｎ２３＝（ｖｎ３−ｖｎ２ｃｏｓα２）／ｓｉｎα２    ・・・  （６）
【００５０】
また、同様に、中間の測定箇所Ｓｎ２の測定結果の風速ｖｎ２と、前回の測定箇所Ｓｎ１の測定結果の風速ｖｎ１を用いる場合には、その候補地Ｓ０から見た測定箇所Ｓｎ２、Ｓｎ１での相対的な風速ｖｎ２、ｖｎ１は、挟角α１で隣接しており、その風速ｖｎ２、ｖｎ１をベクトル合成すると、その風速ｖｎ２、ｖｎ１と測定箇所Ｓｎ２を含む平面内での合成風速Ｖｎ２１は、次式（７）で求めることができる。
Ｖｎ２１＝−（ｖｎ１−ｖｎ２ｃｏｓα１）／ｓｉｎα１    ・・・  （７）
【００５１】
この算出した合成風速Ｖｎ２１、Ｖｎ２３をさらにベクトル合成することにより、出射レーザ光Ｌ１の出射方向に対する中間の測定箇所Ｓｎ２における風向ｄを算出することができ、また、この算出風向ｄと、この測定箇所Ｓｎ２における相対的な風速ｖから、その風向ｄにおける実際の風速│ｖ│を算出することができる。ここで、この演算は、実際の風速と風向が同一と仮定して行うため、測定箇所Ｓｎ１〜Ｓｎ３の離隔間隔（測定間隔）が離れ過ぎていると誤差が大きくなるとともに、差分で算出していることから、反対に測定箇所Ｓｎ１〜Ｓｎ３の離隔間隔が近すぎても誤差が大きくなるので、最適な測定間隔（データ取得時間間隔）を選定する必要がある。
【００５２】
そして、制御部３０は、図１０に示すように、ＣＰＵ３１と、ＲＡＭ３２と、ＲＯＭ３３と、Ｉ（入力）／Ｏ（出力）３４と、ＶＲＡＭ（Video Random Access Memory）３５と、ＨＤ（ハードディスク）３６と、がバス３７を介して接続されて構成されている。
【００５３】
ＣＰＵ３１は、ＲＯＭ３３内に格納されている制御プログラムに従って、動作する上で必要なデータをＲＡＭ３２内に一次記憶しつつ、Ｉ／Ｏ３４に接続されている出射部１０や受光部２０の駆動を制御して風速・風向測定を行うようになっており、その出射部１０や受光部２０による測定箇所Ｓｎ１〜Ｓｎｘの測定結果をＨＤ３６（メモリ手段）内に格納しつつ演算処理を実行する。その一方で、Ｉ／Ｏ３４には、操作者が入力操作する不図示のオペレーションポートと、各種情報を表示出力する不図示のディスプレーやプリンタなどが接続されており、このＣＰＵ３１は、オペレーションポートからの入力情報に基づいて風速・風向測定を行うとともに、その入力情報に従って各種情報をディスプレーやプリンタにより表示出力することができる。例えば、ＣＰＵ３１は、オペレーションポートから測定結果のディスプレーへの表示出力が選択されたとき、ＨＤ３６内に格納する出射部１０や受光部２０による測定結果の演算処理結果を、そのＨＤ３６内に格納されている映像データに合成しつつＶＲＡＭ３５を介してディスプレーで表示可能なデータにして出力する。すなわち、この制御部３０のＣＰＵ３１は、風速・風向測定システムの各部の駆動を制御する制御手段を構成するとともに、その測定結果を演算処理する風速・風向演算手段をも構成している。
【００５４】
要するに、ＣＰＵ３１は、出射部１０と受光部２０が設置されている前記台座を駆動させるとともに、マイクロミラー１５の振動を開始させた後に、出射部１０のレーザ光生成器１１から出射レーザ光Ｌ１を設定時間間隔に出射して、候補地Ｓ０周辺の測定箇所における風速・風向測定を開始する。
【００５５】
この風速・風向測定では、ＣＰＵ３１は、まずは、上述したように、出射レーザ光Ｌ１の第１分光出射レーザ光Ｌ１１を測定箇所方向に出射するのと並行して、その出射レーザ光Ｌ１の第２分光出射レーザ光Ｌ１２が受光本体部２２に減衰・入射させる。このとき、ＣＰＵ３１は、その第２分光出射レーザ光Ｌ１２の光フィルタ２６が介在しない場合の光電変換信号（光強度Ｉ１）と光フィルタ２６を介する場合の光電変換信号（光強度Ｉ２）を取得することができる。このため、ＣＰＵ３１は、その信号強度（光強度）から光フィルタ２６による第２分光出射レーザ光Ｌ１２の減衰量（Ｉ２／Ｉ１）を算出することにより、光フィルタ２６による減衰特性でその減衰量の一致する入射レーザ光の周波数を導出して、その周波数が出射レーザ光Ｌ１の既知の周波数ν0からどの程度ずれているかにより、その光フィルタ２６の温度特性などに依存する補正値を算出し、ＨＤ３６内に格納しておく。ここで、ＨＤ３６内に演算結果を格納するように説明するが、光電変換信号の光強度などを格納しておいてもよいことはいうまでもない（以下の説明でも同様）。
【００５６】
受光本体部２２には、出射レーザ光Ｌ１の第２分光出射レーザ光Ｌ１２に続けて、第１分光出射レーザ光Ｌ１１の出射方向の測定箇所（粒子ｐ）で散乱された戻レーザ光Ｌ２が順次に入射される。このため、ＣＰＵ３１は、同様に、予め設定されているサンプリング間隔（測定箇所の候補地Ｓ０からの離隔間隔）毎に、その戻レーザ光Ｌ２の光フィルタ２６の介在しない場合の光電変換信号（光強度Ｉ１）と光フィルタ２６を介する場合の光電変換信号（光強度Ｉ２）の減衰量（Ｉ２／Ｉ１）を算出することにより、光フィルタ２６の減衰特性でその減衰量の一致する入射レーザ光の周波数νxを導出するとともに、その周波数νxをＨＤ３６内の補正値を用いつつ高精度に導出し、ＨＤ３６内に格納しておく。この後には、ＣＰＵ３１は、その戻レーザ光Ｌ２の周波数νxと出射レーザ光Ｌ１の周波数ν0を上記式（４）に代入することにより、測定箇所毎の相対的な風速ｖを算出するとともに、サンプリングタイミングの積算時間ｔを上記式（５）に代入することにより、その測定箇所の離隔距離Ｄを算出して、その出射レーザ光Ｌ１の出射方向と共に、その測定箇所に対応させてＨＤ３６内に格納しておく。
【００５７】
そして、ＣＰＵ３１は、この出射レーザ光Ｌ１の出射方向を候補地Ｓ０の鉛直方向から徐々に仰角θを下げつつ回転させるとともに振動させることにより、その候補地Ｓ０を中心とする半径ｒの範囲内の各測定箇所毎における、出射レーザ光Ｌ１の出射方向、離隔距離Ｄ、相対的な風速ｖをＨＤ３６内に格納する。
【００５８】
このＣＰＵ３１は、この風速・風向測定と並行して、あるいは、この風速・風向測定の終了後に、ＨＤ３６内に格納されている出射レーザ光Ｌ１の出射方向と離隔距離Ｄから測定箇所を特定するとともに、その測定箇所Ｓｎ１〜Ｓｎ３毎の相対的な風速ｖを上記式（６）、（７）に代入することにより、その測定箇所毎の風向ｄと風速│ｖ│をベクトル合成して算出して、ＨＤ３６内に追加・格納する。
【００５９】
その一方で、ＨＤ３６には、候補地Ｓ０の周辺を３次元表示可能な地図データが格納準備されている。ＣＰＵ３１は、オペレーションポートから候補地Ｓ０全体や任意の測定箇所の測定結果の表示命令が入力された場合には、その入力情報に基づいて、その候補地Ｓ０や任意の測定箇所に該当する地図データをＨＤ３６内から読み出してＶＲＡＭ３５内に格納するとともに、同様に、候補地Ｓ０や任意の測定箇所における測定結果をＨＤ３６内から読み出してＶＲＡＭ３５内に格納する地図データに合成して、例えば、ディスプレー上に表示出力する。ここで、本実施形態では、ＣＰＵ３１が測定結果をディスプレー上に表示出力する場合を一例として説明するが、これに限らずに、プリンタにより用紙上に印字して表示出力可能に構成してもよいことはいうまでもない。
【００６０】
このＣＰＵ３１は、測定結果を表示出力する複数種の形式がオペレーションポートから指定可能に準備されており、その指定された形式に従って地図データ上の任意の箇所に測定結果を表示出力する。
【００６１】
例えば、ＣＰＵ３１は、オペレーションポートから任意の箇所の数値データを表示出力する形式が指定された場合には、指定された任意箇所に該当する測定箇所を出射レーザ光Ｌ１の出射方向と離隔距離Ｄから特定した後に、その測定箇所に対応する地図データ上に視認可能に表示する住所&高度などの文字データ（場所データ）を生成するとともに、同様に、表示出力する項目として選択された測定結果をＨＤ３６内から読み出して住所&高度データ毎の一覧表などを作成して、ＶＲＡＭ３５内に格納する地図データに合成しディスプレー上に表示出力する。
【００６２】
また、ＣＰＵ３１は、オペレーションポートから風力発電設備に必要な条件などが入力されて、その条件に適合する測定箇所をイメージデータとして表示出力する形式が指定された場合には、ＨＤ３６内に格納されている測定結果のうちからその入力条件（選別条件）に適合する測定箇所を選別（抽出）して、その選別箇所に対応する地図データ上に視認可能に表示する住所&高度などのイメージデータ（場所データ）を生成するとともに、その選別箇所における測定結果をＨＤ３６内から読み出して視認可能なイメージデータを生成して、ＶＲＡＭ３５内に格納する地図データに合成しディスプレー上に表示出力する。
【００６３】
具体的には、このＣＰＵ３１は、例えば、風力発電設備のプロペラなどの風車を設置可能な高度で、同時に、風速│ｖ│が予め設定されている値以上の測定箇所をイメージデータにして表示出力する際には、次のような手順で、その選別箇所の地図データ上の住所&高度のイメージデータ（場所データ）と、その選別箇所における風速│ｖ│や風向の視認可能なイメージデータ（風況データ）を生成して、図１１に示すように、ＶＲＡＭ３５内に格納する地図データに合成しディスプレー４０上に表示出力する。すなわち、ＣＰＵ３１は、ＨＤ３６内の測定箇所の場所データや風況データをディスプレーで表示出力可能に生成・出力するデータ生成手段を構成している。
【００６４】
まず、その選別条件に該当し隣接する測定箇所を抽出してグループ化するとともに、その選別箇所グループの測定箇所毎の出射レーザ光Ｌ１の出射方向と離隔距離Ｄから地図データ上の住所&高度データを算出し、この後に、その住所ポイント群の上空でその高度に相当する範囲を表示する色付き半透過の領域画像４１の画像データ（場所データ）を生成して、ＶＲＡＭ３５内に格納する地図データに合成してディスプレー４０上に表示出力する。
【００６５】
また、その選別箇所グループの中心を特定して、その中心箇所の出射レーザ光Ｌ１の出射方向と離隔距離Ｄから地図データ上の住所&高度データを算出し、この後に、その中心住所ポイント４２からその高度に相当する高さを表すポール４３の画像データ（場所データ）を生成して、ＶＲＡＭ３５内に格納する地図データに合成してディスプレー４０上に表示出力する。
【００６６】
さらに、その選別箇所グループ内の測定箇所における風速│ｖ│をその風向ｄのＸＹＺ方向毎に分割して３次元展開した後に、その分割した風速│ｖ│ｘ〜│ｖ│ｚを各方向毎に合算することにより、選別箇所グループを代表する風速│ｖ│と風向ｄを算出し、この後に、その風速│ｖ│を長さにより表すとともに、その風向ｄを向きにより表す矢印４４の画像データ（風況データ）を作成して、ＶＲＡＭ３５内に格納する地図データに合成してディスプレー４０上に表示出力する。
【００６７】
これにより、任意の測定箇所における風速・風向測定の測定結果を数値データのまま取得することができるとともに、所望の選別条件に該当する測定箇所の領域画像４１を他の領域と区別可能に図形表示して容易に視認することができ、例えば、風力発電設備の設置に適した場所を簡単に把握することができる。また、その領域画像４１の住所や高度はポール４３の図形画像により容易に視認することができるとともに、その領域画像４１での風速│ｖ│や風向ｄも矢印４４の図形画像により容易に視認することができ、風力発電設備の設置に適した測定箇所を簡単に把握することができる。
【００６８】
また、このＣＰＵ３１は、タイマー機能を有して、予め設定されている年月日、時間帯などに従って風速・風向測定を行うように構成されており、その測定結果には測定を行った年月日や時刻を対応付けしてＨＤ３６内に格納・蓄積することにより、例えば、オペレーションポートからの入力情報に従ってＨＤ３６内の測定結果の統計計算をしてディスプレー４０に表示出力することができる。
【００６９】
これにより、ＣＰＵ３１は、オペレーションポートからの入力情報に基づいて長期間に亘って風速・風向測定を行うことができ、ディスプレー４０に表示出力する測定結果を時期や時間帯などで区切って、その期間内における測定結果を所望の統計計算することにより、その候補地Ｓ０における風況状況を把握することができる。例えば、ＣＰＵ３１は、所望の期間以上で必要な風速（平均風速│ｖ│）以上となる測定箇所を抽出するなどして、その候補地Ｓ０における風況状況を容易に把握することができ、また、その風速・風向の変化をディスプレー４０に表示出力して、風力発電設備を設置するのに適しているかなどの検証をすることができる。
【００７０】
なお、本実施形態では、任意の箇所の測定結果を数値データのまま表示出力する場合や、候補地Ｓ０周辺で選別条件に該当する測定箇所の測定結果をイメージデータにして表示出力する場合を一例に説明するが、これに限るものではないことはいうまでもない。例えば、候補地Ｓ０周辺内や選別箇所内の測定箇所を、任意の間隔（密度）で抽出して数値データやイメージデータを表示出力するようにしてもよい。
【００７１】
このように本実施形態においては、風力発電設備の候補地Ｓ０に、実際に調査用の支柱を設置することなく、その風力発電設備のプロペラなどの風車の位置を測定箇所として、その測定箇所における風速や風向を効率よく、また、高精度に測定することができる。したがって、無駄な投資をすることなく、風力発電設備の設置に最適な候補地Ｓ０を容易に選定することができ、低コストな発電を実現することができる。
【００７２】
本実施形態の第１の他の態様としては、図１２に示すように、出射部１０および受光部２０の設置されている台座を、一方の水平方向から反対側の水平方向に向かって徐々に仰角θを上げ下げする回動動作を行いつつ、その上下方向に対して直交する左右の方向に振る回動動作を行うように駆動させることにより、出射レーザ光Ｌ１の出射方向の軌跡が、風力発電設備の候補地Ｓ０を中心にする半球表面上を、所謂、スダレ状に走査するように移動させてもよい。この場合にも、上述実施形態による作用効果を同様に得ることができる。
【００７３】
また、本実施形態の第２の他の態様としては、出射部１０のマイクロミラー１５の振動により、そのレーザ光生成器１１から出射された出射レーザ光Ｌ１の出射方向の軌跡Ｔを、図７に示す波型から図１３に示す鋸波状に変更してもよく、また、そのマイクロミラー１５を回転させることにより、出射レーザ光Ｌ１の出射方向の軌跡Ｔを、図１４に示すスパイラル形状（平面状の螺旋形状）に変更してもよい。この場合にも、上述実施形態による作用効果を同様に得ることができる。
【００７４】
次に、図１５および図１６は本発明に係る風速・風向測定システムの第２実施形態を示す図である。なお、本実施形態は、上述実施形態と略同様に構成されているので、同様の構成には同一の符号を付して特徴部分を説明する（以下で説明する他の実施形態においても同様）。
【００７５】
図１５において、受光部２０の受光本体部２２は、上述実施形態における第２ハーフミラー２４、反射ミラー２５、光フィルタ（第１フィルタ部）２６、第１、第２光強度測定器２７、２８に、光フィルタ（第２フィルタ部）５６が加えられて構成されており、この光フィルタ５６は、第２ハーフミラー２４と第１光強度測定器２７との間の光路途中に介在するように配置されている。
【００７６】
光フィルタ５６は、第２ハーフミラー２４が出射部１０からの第２分光出射レーザ光Ｌ１２の一部をそのまま透過させて分光した第１分光出射レーザ光Ｌ１２１や、その第２ハーフミラー２４が戻レーザ光Ｌ２の一部をそのまま透過させて分光した第１分光戻レーザ光Ｌ２１を入射されて、その第２分光出射レーザ光Ｌ１２１と第２分光戻レーザ光Ｌ２１をフィルタ処理した後に第１光強度測定器２７に入射する。
【００７７】
この光フィルタ５６は、光フィルタ２６と同様に、入射されるレーザ光の周波数に応じて、出射するレーザ光の減衰率が変化するフィルタ特性を有しており、ここでは、図１６に示すように、光フィルタ２６とは逆に、入射するレーザ光の周波数と出射するレーザ光の光強度の減衰率が反比例する特性を有するものが選択されている。
【００７８】
これにより、第１光強度測定器２７では、光フィルタ５６により入射したレーザ光をその周波数に応じて減衰させたときの光強度を測定することができるとともに、第２光強度測定器２８では、光フィルタ２６により同一のレーザ光をその周波数に応じて減衰させたときの光強度を測定することができる。このため、第１光強度測定器２７による測定結果の光強度Ｉ３と、第２光強度測定器２８による測定結果の光強度Ｉ２の比率（Ｉ２／Ｉ３）から光フィルタ２６、５６による減衰比を算出することができ、光フィルタ２６、５６の減衰特性を合成した特性から入射したレーザ光の周波数を導出することができる。
【００７９】
ここで、光フィルタ２６、５６は、レーザ光を減衰させる減衰率がその周波数と正比例または反比例する素子であるが、その減衰率との比例関係が完全な直線になる訳ではなく、コンプリメンタリ（相補的）の関係にある。このことから、光フィルタ２６、５６は、差動動作するように第１、第２光強度測定器２７、２８の前段に配置することにより、利用する減衰特性の直線性を改善することができるとともに、減衰率の大きな箇所で受け易いノイズの影響を回避することができ、広範囲の周波数を精度よく測定することができる。
【００８０】
このため、第１、第２光強度測定器２７、２８の測定結果の光強度Ｉ３、Ｉ２から、受光本体部２２での出射レーザ光Ｌ１２の減衰比（Ｉ２／Ｉ３）を高精度に算出して、この出射レーザ光Ｌ１２の既知の周波数ν0から光フィルタ２６、５６の温度特性などに起因する減衰特性の変化を補正するための補正値を得ることができ、また、この受光本体部２２での戻レーザ光Ｌ２の減衰比（Ｉ２／Ｉ３）をその補正値を用いて高精度に算出して、その減衰比からこの戻レーザ光Ｌ２の周波数νxをより精度よく導出することができる。
【００８１】
このように本実施形態においては、上述実施形態による作用効果に加えて、戻レーザ光Ｌ２の周波数νxを高精度に導出して、測定箇所における相対的な風速ｖを精度よく算出することができる。したがって、例えば、風力発電設備の候補地Ｓ０の周辺における風速│ｖ│や風向ｄを正確に算出することができ、風力発電設備を設置するのに最適な候補地をより信頼性高く選定することができる。
【００８２】
次に、図１７は本発明に係る風速・風向測定システムの第３実施形態を示す図である。
【００８３】
図１７において、受光部２０の受光本体部２２は、上述実施形態における第２ハーフミラー２４、光フィルタ（第１フィルタ部）２６、第１、第２光強度測定器２７、２８を備えるとともに、反射ミラー２５に代えて第３ハーフミラー６４が設置されており、さらに、反射ミラー６５、光フィルタ（第２フィルタ部）６６、および第３光強度測定器６９が追加されて構成されている。
【００８４】
第３ハーフミラー６４は、上述実施形態では、そのまま全反射して光フィルタ２６に入射していた第２分光出射レーザ光Ｌ１２２や第２分光戻レーザ光Ｌ２２を分光するようになっており、その第２分光出射レーザ光Ｌ１２２や第２分光戻レーザ光Ｌ２２の一部を反射させて分光した第２分光出射レーザ光Ｌ１２２１や第２分光戻レーザ光Ｌ２２１を、そのまま直進させて光フィルタ２６を介して第１光強度測定器２８に入射する。また、この第３ハーフミラー６４は、第２分光出射レーザ光Ｌ１２２や第２分光戻レーザ光Ｌ２の残りをそのまま透過させて分光した第３分光出射レーザ光Ｌ１２２２や第３分光戻レーザ光Ｌ２２２を、反射ミラー６５により再度反射させて光フィルタ６６に入射する。すなわち、第２ハーフミラー２４および第２ハーフミラー６４が戻レーザ光Ｌ２を３つに分光する分光部を構成している。
【００８５】
光フィルタ６６は、第２、第３ハーフミラー２４、６４が介在して分光した第３分光出射レーザ光Ｌ１２２１や第３分光戻レーザ光Ｌ２２２を入射されて、その第３分光出射レーザ光Ｌ１２２１や第３分光戻レーザ光Ｌ２２２をフィルタ処理した後に第３光強度測定器６９に入射する。
【００８６】
この光フィルタ６６は、光フィルタ２６と同様に、入射されるレーザ光の周波数に応じて、出射するレーザ光の減衰率が変化するフィルタ特性を有しており、ここでは、上述実施形態の光フィルタ５６と同様に、入射するレーザ光の周波数と出射するレーザ光の光強度の減衰率が反比例する特性を有するものが選択されている。
【００８７】
また、第３光強度測定器６９は、第１、第２光強度測定器２７、２８と同様に、入射されるレーザ光の光強度に応じて光電荷を生成する特性を有しており、その光電荷量により入射レーザ光の光強度を測定することができる。
【００８８】
これにより、第１光強度測定器２７では、光フィルタ２６、６６が介在することなく入射されたレーザ光の光強度を測定することができるとともに、第２光強度測定器２８では、光フィルタ２６により入射されたレーザ光をその周波数に応じて減衰させたときの光強度を測定することができ、また、第３光強度測定器６９では、光フィルタ６６により同一のレーザ光をその周波数に応じて減衰させたときの光強度を測定することができる。
【００８９】
このため、第１、第２光強度測定器２７、２８の測定結果の光強度Ｉ１、Ｉ２と、第２、第３光強度測定器２８、６９の測定結果の光強度Ｉ２、Ｉ３との減衰差を次式（８）から高精度に算出して、この出射レーザ光Ｌ１２の既知の周波数ν0から光フィルタ２６、６６の温度特性などに起因する減衰特性の変化を補正するための補正値を得ることができ、また、この受光本体部２２での戻レーザ光Ｌ２の減衰差をその補正値を用いて高精度に算出して、その減衰差からこの戻レーザ光Ｌ２の周波数νxをより精度よく導出することができる。
ΔＩ（attenuation rate）＝（Ｉ２／Ｉ１）−（Ｉ３／Ｉ１）
【００９０】
このように本実施形態においては、上述第２実施形態と同様に、戻レーザ光Ｌ２の周波数νxを高精度に導出して、測定箇所における相対的な風速ｖを精度よく算出することができる。したがって、例えば、風力発電設備の候補地Ｓ０の周辺における風速│ｖ│や風向ｄを正確に算出することができ、風力発電設備を設置するのに最適な候補地をより信頼性高く選定することができる。
【００９１】
次に、図１８は本発明に係る風速・風向測定システムの第４実施形態を示す図である。
【００９２】
図１８において、出射部１０および受光部２０は、レーザ光を透過させるとともに偏向させるプリズム（透過偏光素子）７１が測定箇所側に配置されており、このプリズム７１は回転軸７１ａを中心に回転可能に支持されている。
【００９３】
出射部１０は、上述実施形態におけるマイクロミラー１５に代わって、プリズム７１がレーザ光生成器１１および第１ハーフミラー１２の後段側で回転することにより、そのレーザ光生成器１１から出射されて第１ハーフミラー１２で分光された出射レーザ光Ｌ１１の出射方向の軌跡Ｔを、図１４に示すように、スパイラル形状に細かく回転・振動（変動）させてることができ、その軌跡Ｔ上の異なる測定タイミングの測定箇所毎における相対的な風速ｖの測定を実現する。
【００９４】
受光部２０は、プリズム７１が集光ミラー２１の前段側で回転することにより、その集光ミラー２１に入射される戻レーザ光Ｌ２の入射方向の軌跡が、出射部１０と同様に、スパイラル形状に回転・振動される。
【００９５】
ここで、出射部１０および受光部２０は、出射レーザ光Ｌ１１の出射方向および戻レーザ光Ｌ２の入射方向を同一のプリズム７１により偏向して回転・振動させるので、出射部１０が出射する出射レーザ光Ｌ１１の光軸と、受光部２０の受光本体部２２に集光して入射する戻レーザ光Ｌ２の光軸と、を一致させたまま測定箇所の風速・風向を測定することができる。また、出射部１０および受光部２０は、プリズム７１以外が回転等することがないので、出射部１０が出射して受光本体部２２に入射する出射レーザ光Ｌ１２の光軸を、受光本体部２２に集光・入射する戻レーザ光Ｌ２の光軸と一致させたまま受光本体部２２の補正値を得る処理を行うことができ、安定して高精度な補正値を得ることができる。
【００９６】
このように本実施形態においては、上述実施形態による作用効果を同様に得ることができ、同様に、制御が複雑になってしまうことなく、プリズム７１を回転させるだけの制御で、候補地Ｓ０の周囲の風速・風向を同等以上の精度で測定することができる。
【００９７】
本実施形態の第１の他の態様としては、図示することは省略するが、透過させるレーザ光を偏向することのできる素子として、プリズム７１に代えて、回折格子素子を用いてもよい。この場合にも、本実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００９８】
次に、図１９は本発明に係る風速・風向測定システムの第５実施形態を示す図である。
【００９９】
図１９において、受光部２０は、上述第１実施形態における集光ミラー２１に代えて、集光ミラー７２が配置されるのに加えて、反射ミラー１３に代えて、第４ハーフミラー７３が配置されており、その集光ミラー７２に対面する位置には、球面ミラー７４が配置されている。また、減衰器１４は、第１ハーフミラー１２と第４ハーフミラー７３の間に配置されるとともに、受光本体部２２は集光ミラー７２の背面側（集光側の反対側）に配置されている。
【０１００】
集光ミラー７２は、その中央部に光を通過させる開口部７２ａが形成されており、その開口部７２ａにより第４ハーフミラー７３や球面ミラー７４の反射するレーザ光が背面側に通過すること許容する。球面ミラー７４は、その集光ミラー７２が反射して集光するレーザ光を再度反射することにより、その集光ミラー７２の開口部７２ａを介して背面側に配置された受光本体部２２に入射する。
【０１０１】
第４ハーフミラー７３は、減衰器１４の後段側で、レーザ光生成器１１から出射されて分光された第２分光出射レーザ光Ｌ１２を、その減衰器１４により光強度を減衰された後に、再度反射することにより、集光ミラー７２の開口部７２ａを介して受光本体部２２に入射するようになっており、集光ミラー７２により集光されて球面ミラー７４により反射された戻レーザ光Ｌ２は、そのまま透過させて、同様に、集光ミラー７２の開口部７２ａを介して受光本体部２２に入射する。
【０１０２】
これにより、集光ミラー７２の前面側に減衰器１４や受光本体部２２を配置しないようにレイアウトすることができ、集光ミラー７２による戻レーザ光Ｌ２の集光効率が減衰器１４や受光本体部２２により妨げられてしまうことをなくすことができる。
【０１０３】
このように本実施形態においては、上述実施形態による作用効果に加えて、集光ミラー７２の前面側に減衰器１４や受光本体部２２を配置することなく、戻レーザ光Ｌ２を効率よく集光することができ、より大きな光強度の戻レーザ光Ｌ２により、測定箇所の風速・風向を高精度に測定することができる。
【０１０４】
次に、図２０〜図２２は本発明に係る風速・風向測定システムの第６実施形態を示す図である。
【０１０５】
図２０において、受光部２０の受光本体部２２は、上述実施形態のように光強度の減衰によりレーザ光の周波数を測定する方式に代えて、分散プリズム８１と、マイクロミラー８２と、ＣＣＤ素子（Charge Coupled Device）８３と、を備えることにより、レーザ光の周波数に応じた屈折率の変化を利用して、その周波数を導出する。
【０１０６】
分散プリズム８１は、減衰器１４により光強度を減衰された第２分光出射レーザ光Ｌ１２や、集光ミラー２１により集光された戻レーザ光Ｌ２を入射される位置に配置されており、この分散プリズム８１は、図２１に示すように、入射されるレーザ光を屈折させて出射する屈折率がそのレーザ光の周波数に応じて変化する。
【０１０７】
マイクロミラー８２は、分散プリズム８１から出射された第２分光出射レーザ光Ｌ１２や戻レーザ光Ｌ２を入射される位置に配置されており、このマイクロミラー８２は、入射された第２分光出射レーザ光Ｌ１２や戻レーザ光Ｌ２を反射してＣＣＤ素子８３の受光位置に入射する。また、このマイクロミラー８２は、第２分光出射レーザ光Ｌ１２や戻レーザ光Ｌ２の反射する方向を、分散プリズム８１による屈折方向に対して直交する方向に振ることができるように駆動機構に支持されており、図２２に示すように、レーザ光生成器１１からの出射レーザ光Ｌ１の出射開始から戻レーザ光Ｌ２の受光終了までのタイミングに同期するように、第２分光出射レーザ光Ｌ１２や戻レーザ光Ｌ２をＣＣＤ素子８３の受光位置の一端側から他端側に向かって走査する。
【０１０８】
これにより、ＣＣＤ素子８３では第２分光出射レーザ光Ｌ１２や戻レーザ光Ｌ２の入射位置（高さ）により、そのレーザ光の周波数を測定（導出）することができ、上述実施形態と同様に、既知の周波数ν0の第２分光出射レーザ光Ｌ１２から分散プリズム８１の温度特性などに起因する屈折特性の変化を補正するための補正値を得ることができる。このため、同様に、第１分光出射レーザ光Ｌ１１が測定箇所で散乱反射されて戻ってきた（周波数ν0がドップラーシフトしている）戻レーザ光Ｌ２の周波数νxを高精度に測定することができる。すなわち、分散プリズム８１が戻レーザ光を屈折させる屈折部を構成し、また、ＣＣＤ素子８３が屈折部により屈折された戻レーザ光の屈折率を導出する屈折導出部を構成している。
【０１０９】
したがって、戻レーザ光Ｌ２の周波数νxを、直接測定することなく導出して、その周波数と、出射レーザ光Ｌ１の周波数ν0を上記式（４）に代入することにより、測定箇所における相対的な風速ｖを算出することができ、その相対的な風速ｖを３箇所測定することにより、その測定箇所における風向ｄと、その風向ｄの風速│ｖ│とを高精度に算出することができる。また、その測定箇所の位置は、ＣＣＤ素子８３への戻レーザ光Ｌ２の入射位置に応じた離隔距離Ｄと、その出射レーザ光Ｌ１の出射方向から特定することができる。
【０１１０】
このように本実施形態においては、上述実施形態と同様に、風力発電設備の候補地Ｓ０に、実際に調査用の支柱を設置することなく、その風力発電設備のプロペラなどの風車の位置を測定箇所として、その測定箇所における風速や風向を効率よく、また、高精度に測定することができる。したがって、無駄な投資をすることなく、風力発電設備の設置に最適な候補地Ｓ０を容易に選定することができ、低コストな発電を実現することができる。
【０１１１】
本実施形態の第１の他の態様としては、図２３に示すように、上述実施形態における分散プリズム８１に代えて、戻レーザ光を屈折させる屈折部として、回折格子９１を配置してもよい。この場合にも、本実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【０１１２】
また、本実施形態の第２の他の態様としては、図示することは省略するが、マイクロミラー８２を設けることなく、分散プリズム８１が屈折させた第２分光出射レーザ光Ｌ１２や戻レーザ光Ｌ２を直接ＣＣＤ素子（Charge Coupled Device）８３に入射して、その入射位置の高低により、そのレーザ光の周波数を測定（導出）するようにしてもよい。この場合にも、上述実施形態と同様に、測定箇所における風向ｄと、その風向ｄの風速│ｖ│とを高精度に算出することができ、また、その測定箇所の位置は、出射レーザ光Ｌ１の出射から戻レーザ光Ｌ２の受光までに掛かる時間ｔを上記式（５）に代入して離隔距離Ｄを算出するとともに、その出射レーザ光Ｌ１の出射方向とから特定することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】本発明に係る風速・風向測定システムの第１実施形態による測定を説明する概念図であり、（ａ）は測定箇所に対するレーザ光の出射や受光を示す概念図、（ｂ）および（ｃ）はドップラーシフトを説明する概念図である。
【図２】その全体構成を示す図であり、そのレーザ光のやり取りを示す関係ブロック図である。
【図３】その要部部品の特性を示すグラフである。
【図４】その測定結果における周波数の変化を示すグラフである。
【図５】その測定およびその範囲を示す概念図である。
【図６】その全体構成を示す図であり、その出射部および受光部でのレーザ光のやり取りを示す関係ブロック図である。
【図７】その測定時におけるレーザ光の出射方向の軌跡を示す概念図である。
【図８】その出射部の出射方向および受光部の受光方向の調整を説明するグラフである。
【図９】その測定箇所の風向の特定を説明する概念図である。
【図１０】その測定箇所における風速・風向の測定を行う制御部を示す関係ブロック図である。
【図１１】その測定結果の表示出力例を示すイメージ図である。
【図１２】その第１実施形態の第１の他の態様を示す図であり、その測定およびその範囲を示す概念図である。
【図１３】その第１実施形態の第２の他の態様を示す図であり、その測定時におけるレーザ光の出射方向の軌跡を示す概念図である。
【図１４】その第１実施形態の第３の他の態様を示す図であり、その測定時におけるレーザ光の出射方向の軌跡を示す概念図である。
【図１５】本発明に係る風速・風向測定システムの第２実施形態の要部構成を示す図であり、そのレーザ光のやり取りを示す関係ブロック図である。
【図１６】その要部部品の特性を示すグラフである。
【図１７】本発明に係る風速・風向測定システムの第３実施形態の要部構成を示す図であり、そのレーザ光のやり取りを示す関係ブロック図である。
【図１８】本発明に係る風速・風向測定システムの第４実施形態の全体構成を示す図であり、その出射部および受光部でのレーザ光のやり取りを示す関係ブロック図である。
【図１９】本発明に係る風速・風向測定システムの第５実施形態の全体構成を示す図であり、その出射部および受光部でのレーザ光のやり取りを示す関係ブロック図である。
【図２０】本発明に係る風速・風向測定システムの第６実施形態の要部構成を示す図であり、そのレーザ光のやり取りを示す関係ブロック図である。
【図２１】その要部部品の特性を説明する概念図である。
【図２２】その測定結果における周波数の変化を示すグラフである。
【図２３】その第６実施形態の第１の他の態様を示す図であり、その要部部品の特性を説明する概念図である。
【符号の説明】
【０１１５】
１０    出射部
１１    レーザ光生成器
１２、２４、６４、７３    ハーフミラー
１３、２５、６５    反射ミラー
１４    減衰器
１５、８２    マイクロミラー
２０    受光部
２１、７２    集光ミラー
２２    受光本体部
２６、５６、６６    光フィルタ
２７、２８、６９    光強度測定器
３０    制御部
３１    ＣＰＵ
３５    ＶＲＡＭ
３６    ＨＤ
４０    ディスプレー
４１    領域画像
４２    住所ポイント
４３    ポール
４４    矢印
７１    プリズム
７４    球面ミラー
８１    分散プリズム
８３    ＣＣＤ素子
９１    回折格子
Ｄ    離隔距離
ｄ    風向
Ｌ１    出射レーザ光
Ｌ２    戻レーザ光
Ｌ１１、Ｌ１２、Ｌ１２１、Ｌ１２２、Ｌ１２２１、Ｌ１２２２    分光出射レーザ光
Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２２１、Ｌ２２２    分光戻レーザ光
ｐ    粒子
Ｓ０    候補地
Ｓ１〜Ｓｘ、Ｓｎ１〜Ｓｎｘ    測定箇所
Ｔ    軌跡
ｖ    風速
θ    仰角
ν0〜νx    周波数
【図１】
2006118974.tif 000003
【図２】
2006118974.tif 000004
【図３】
2006118974.tif 000005
【図４】
2006118974.tif 000006
【図５】
2006118974.tif 000007
【図６】
2006118974.tif 000008
【図７】
2006118974.tif 000009
【図８】
2006118974.tif 000010
【図９】
2006118974.tif 000011
【図１０】
2006118974.tif 000012
【図１１】
2006118974.tif 000013
【図１２】
2006118974.tif 000014
【図１３】
2006118974.tif 000015
【図１４】
2006118974.tif 000016
【図１５】
2006118974.tif 000017
【図１６】
2006118974.tif 000018
【図１７】
2006118974.tif 000019
【図１８】
2006118974.tif 000020
【図１９】
2006118974.tif 000021
【図２０】
2006118974.tif 000022
【図２１】
2006118974.tif 000023
【図２２】
2006118974.tif 000024
【図２３】
2006118974.tif 000025