(57)【要約】【課題】  簡易な方法ないしは構成の装置によって従来よりも高い確率で安定に放電誘導を行う。【解決手段】  電極（雷雲）２からの放電をレーザー光Ｌを利用して導電体（避雷針）３へと誘導する場合に、レーザー光Ｌの走査を行うことによって導電体３の先端近傍における当該レーザー光Ｌの照射位置ないしは照射経路を順次変化させ、放電を当該導電体３へと誘導しやすくする。導電体３の近傍における電界が変化した場合には当該変化に応じてレーザー光Ｌの走査範囲を変化させることが好ましい。また、導電体３にレーザー光Ｌを当てた状態から所定距離だけ離した状態にまで走査を行うことも好ましい。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極からの放電をレーザー光を利用して導電体へと誘導するためのレーザーによる放電誘導方法において、前記レーザー光の走査を行うことによって前記導電体の先端近傍における当該レーザー光の照射位置ないしは照射経路を順次変化させ、前記放電を当該導電体へと誘導しやすくすることを特徴とするレーザーによる放電誘導方法。
【請求項２】
前記導電体に前記レーザー光を当てた状態から所定距離だけ離した状態にまで走査を行うことを特徴とする請求項１に記載のレーザーによる放電誘導方法。
【請求項３】
前記導電体の近傍における電界が変化した場合に当該変化に応じて前記レーザー光の走査範囲を変化させることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザーによる放電誘導方法。
【請求項４】
前記電極が雷雲である場合に、前記導電体を避雷針とし、前記レーザー光を利用してレーザー誘雷を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれかひとつに記載のレーザーによる放電誘導方法。
【請求項５】
電極からの放電をレーザー光を利用して導電体へと誘導するためのレーザーによる放電誘導装置において、前記レーザー光を発するレーザー発振器と、前記レーザー光を反射して当該レーザー光の経路を変える反射ミラーと、該反射ミラーを動作させることによって前記導電体の先端近傍における当該レーザー光の照射位置ないしは照射経路を順次変化させるアクチュエータとを備え、前記レーザー光を走査することによって放電を当該導電体へと誘導しやすくすることを特徴とするレーザーによる放電誘導装置。
【請求項６】
前記導電体の近傍における電界の変化を測定できる電界変化測定器を備え、当該電界が変化した場合には当該変化に応じて前記レーザー光の走査範囲を変化させることを特徴とする請求項５に記載のレーザーによる放電誘導装置。
【請求項７】
前記電極が雷雲である場合に、前記導電体を避雷針とし、前記レーザー光を利用してレーザー誘雷を行うことを特徴とする請求項５または６に記載のレーザーによる放電誘導装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザーによる放電誘導方法および装置に関する。さらに詳述すると、本発明は、レーザー光で空気中に生成したプラズマチャネルにより雷を避雷針へと誘導するいわゆるレーザー誘雷を実施するのに好適な放電誘導技術の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザーによる放電誘導方法および放電誘導装置が開発されている。これら各種放電誘導技術の例を以下に示すと、例えば、図１５に示すように、レーザービーム（パルスレーザー）１０１によって電極１０２，１０３間で放電誘導を行う方法が提案されている（特許文献１参照）。また、図１６に示すように、レーザー装置２０１から発したレーザー光をミラー２０２で反射させて避雷針２０３に照射し、雷雲からの雷を避雷針２０３に誘導するレーザー誘雷という放電誘導方法も提案されている（特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１４２１９０号公報
【特許文献２】特開平８−０６４３８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述したような従来の放電誘導技術の場合、レーザー光を照射しても確実な放電誘導されるとは限らないという点で問題がある。すなわち、従来の放電誘導方法（または放電誘導装置）の場合、レーザー光を照射してから放電が誘導されるまでの時間が一定でないことがあり、状況によっては放電誘導されないことすらある。
【０００５】
そこで本発明は、簡易な方法ないしは構成の装置によって従来よりも高い確率で安定に放電誘導することが可能なレーザーによる放電誘導方法および装置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】
【０００６】
かかる目的を達成するため、本発明者は種々の検討をした。放電を誘導する際における重要なファクターにブレークダウン電圧というのがあり、このブレークダウン電圧が低ければ低いほど放電誘導が起きやすくなる。したがって、放電誘導時、このブレークダウン電圧をできるだけ小さく、好ましくは最小とすることができれば確実に放電誘導を生じさせることができるはずと考えた。
【０００７】
そこで本発明者はさらなる検討と実験を繰り返し、その中で、コロナの発生状態により、レーザー光と導電体（レーザー誘雷における避雷針にあたるもの）との最適な位置関係は変化するものと考えた。ちなみに、これまではレーザー光−導電体の間隔については特に知見がなく、導電体の先端あるいはその付近に向けてレーザー光を照射しているというのが現状である。この点、本発明者は、導電体の先端までの距離が変化するようにレーザー光を上下左右に振りながら照射するという実験を繰り返すうちに、ある距離だけ離れた状態の時にブレークダウン電圧が最小となることを確認するに至った。この結果、レーザー光の照射位置は避雷針から僅かに離れた位置に存在することを知見し、放電誘導を実施するにあたり従来よりも確実性が高くなる技術を知見するに至った。
【０００８】
以上の実験と検討の内容についてより具体的に説明すると以下のとおりである。本発明者は放電誘導の実験装置を製作し、レーザー光と接地電極（実験装置中において導電体に見立てた球状の電極）の間隔（図１１参照、図中のＤ）を変えつつレーザー光を照射してブレークダウン電圧を測定するという実験を行った。そして、この実験の結果、レーザー光−接地電極間隔Ｄが４ｃｍの時にブレークダウン電圧が最小となる、つまり最も放電誘導しやすくなることを確認することができた（図１２参照）。その原理ないし論理の一つとしては、直流電圧を印加するとコロナが生じることになるが、このコロナの長さや発生状態とレーザー光−接地電極間隔Ｄとの間にブレークダウン電圧に影響する何らかの関係があることが考えられた。ともかく、この結果からして、レーザー光は導電体（接地電極）に接している時よりもむしろ例えば数ｃｍといったオーダーで離れている方が放電誘導という点では好ましいとの結論を得るに至った。
【０００９】
本発明は上述の知見と結論とに基づくものであり、請求項１に記載の発明は、電極からの放電をレーザー光を利用して導電体へと誘導するためのレーザーによる放電誘導方法において、レーザー光の走査を行うことによって導電体の先端近傍における当該レーザー光の照射位置ないしは照射経路を順次変化させ、放電を当該導電体へと誘導しやすくするというものである。
【００１０】
ここで、工学上の「走査（scan，scanning）」の意味としては、ある範囲、空間内領域や電磁波スペクトルの一部分を一定順序で一点一点調べること、あるいは、例えばレーダーであれば空中線を回転させて電波を発射しながら周囲の状況を連続して得る操作のように空間における情報を連続して得ること、といったように、簡単にいえば与えられた空間領域を光などを用いて一部ずつ順次確かめていくという意味がある。本発明においては、レーザー光の照射位置ないしは照射経路を順次変化させるという動作、別の表現をすればレーザー光を振って動かすという動作を行い、当該レーザー光と導電体との間隔を絶え間無く変化させるようにする。こうした場合、レーザー光−導電体の間隔が連続的に変化する最中、ブレークダウン電圧が最小となるような間隔が実現する。
【００１１】
このような放電誘導を実施するにあたっては、請求項２のように、導電体にレーザー光を当てた状態から所定距離だけ離した状態にまで走査を行うことが好ましい。特にこの場合、導電体の先端から数ｃｍ程度、望ましくは例えば４ｃｍ程度離れたポイントを中心にしてレーザー光の走査を行うことも好ましい。こうした場合、ブレークダウン電圧が最小となる点の周辺にてレーザー光が振られることになる。
【００１２】
さらに、請求項３のように、導電体の近傍における電界が変化した場合に当該変化に応じてレーザー光の走査範囲を変化させることが好ましい。導電体近傍の電界が変化してレーザー光−導電体の間隔の最適値が変わったとしても、レーザー光Ｌの走査範囲を変化させることによって当該変化に追従することができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれかにおいて、電極が雷雲である場合には、導電体を避雷針とし、レーザー光を利用してレーザー誘雷を行うというものである。
【００１４】
また、請求項５に記載の発明は、電極からの放電をレーザー光を利用して導電体へと誘導するためのレーザーによる放電誘導装置において、レーザー光を発するレーザー発振器と、レーザー光を反射して当該レーザー光の経路を変える反射ミラーと、該反射ミラーを動作させることによって導電体の先端近傍における当該レーザー光の照射位置ないしは照射経路を順次変化させるアクチュエータとを備え、レーザー光を走査することによって放電を当該導電体へと誘導しやすくするというものである。
【００１５】
上述したように、「走査」には与えられた空間領域を光などを用いて一部ずつ順次確かめていくといった意味がある。本発明にかかるレーザーによる放電誘導装置においては、反射ミラーとアクチュエータとを使ってレーザー光の照射位置ないしは照射経路を順次変化させるという動作、つまりはレーザー光を振って動かすという動作を行い、当該レーザー光と導電体との間隔を絶え間無く変化させるようにする。こうした場合、レーザー光−導電体の間隔が連続的に変化する最中、ブレークダウン電圧が最小となるような間隔が実現する。
【００１６】
この場合、請求項６のように、導電体の近傍における電界の変化を測定できる電界変化測定器を備え、当該電界が変化した場合には当該変化に応じてレーザー光の走査範囲を変化させることが好ましい。導電体近傍の電界が変化してレーザー光−導電体の間隔の最適値が変わったとしても、レーザー光Ｌの走査範囲を変化させることによって当該変化に追従することが可能となる。
【００１７】
ここで、電極が雷雲である場合に、請求項７のように導電体を避雷針とし、レーザー光を利用してレーザー誘雷を行うことができる。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１のレーザーによる放電誘導方法によれば、電極からの放電をレーザー光を利用して導電体へと誘導するにあたり、導電体の先端近傍におけるレーザー光の照射位置（照射経路）が小刻みに変わるようにすることにより、当該レーザー光と導電体との間隔を絶え間無く変化させることができる。こうした場合、ブレークダウン電圧が最小となるようなレーザー光−導電体の間隔を繰り返し実現することにより、放電が当該導電体へと誘導されやすくなる状態を形成することができる。このように、本発明にかかるレーザーによる放電誘導方法によれば、レーザー光を振るという比較的簡易な方法によって従来よりも高い確率で安定に放電誘導することが可能となる。
【００１９】
また、請求項２のレーザーによる放電誘導方法によれば、導電体にレーザー光を当ててから所定距離だけ離した状態とすることから、ブレークダウン電圧が最小となるポイント（例えば導電体の先端から４ｃｍ程度離れたポイント）を照射して放電を誘導しやすい状態を形成しやすい。
【００２０】
請求項３のレーザーによる放電誘導方法によれば、導電体近傍の電界が変化してレーザー光−導電体の間隔の最適値が変わったとしても、レーザー光Ｌの走査範囲を変化させることによって当該変化に追従することができる。これによれば、常にブレークダウン電圧が最小となるようなレーザー光照射を行うことが可能となる。
【００２１】
請求項４のレーザーによる放電誘導方法によれば、上述の新規な放電誘導技術を適用することによって、従来よりも確率が高く尚かつ安定したレーザー誘雷を実施することが可能となる。
【００２２】
また、請求項５のレーザーによる放電誘導装置によれば、電極からの放電をレーザー光を利用して導電体へと誘導するにあたり、導電体の先端近傍におけるレーザー光の照射位置（照射経路）が小刻みに変わるように振って変化させ、ブレークダウン電圧が最小となるようなレーザー光−導電体の間隔を繰り返し実現することができ、これにより、放電が当該導電体へと誘導されやすくなる状態を形成することができる。
【００２３】
請求項６のレーザーによる放電誘導装置によれば、導電体近傍の電界が変化してレーザー光−導電体の間隔の最適値が変わったとしても、レーザー光Ｌの走査範囲を変化させることによって当該変化に追従することができる。これによれば、常にブレークダウン電圧が最小となるようなレーザー光照射を行うことが可能となる。
【００２４】
さらに、請求項７のレーザーによる放電誘導装置によれば、上述の新規な放電誘導装置を適用することによって、従来よりも確率が高く尚かつ安定したレーザー誘雷を実施することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。
【００２６】
図１〜図５に本発明の一実施形態を示す。本発明にかかるレーザーによる放電誘導装置１は、電極２からの放電をレーザー光Ｌを利用して導電体３へと誘導するための装置である。また、この放電誘導装置１は、レーザー光Ｌを発するレーザー発振器４と、レーザー光Ｌを反射して当該レーザー光Ｌの経路を変える反射ミラー５と、該反射ミラー５を動作させるアクチュエータ６とを備えており、レーザー光Ｌを走査することによって放電を当該導電体３へと誘導しやすくするいわばスキャナ装置（走査装置）の一種として構成されている。
【００２７】
以下に示す実施形態では、この放電誘導装置１をレーザー誘雷に適用する場合の形態について説明する（図１等参照）。この場合、電極２に該当するのが雷雲となり（以下、符号２を付して雷雲２と称する）、導電体３に該当するのが避雷針となる（以下、符号３を付して避雷針３と称する）。
【００２８】
ここで、まずは本実施形態で行うレーザー誘雷について簡単に説明しておく。避雷針３などを使って雷を安全な場所へと人為的に導くのが誘雷と呼ばれるものであり、このうち、レーザー光Ｌを利用して誘雷させることはレーザー誘雷と呼ばれている。つまり、図１に示すよう雷雲２に向けてレーザー光Ｌを照射し、避雷針３に雷を誘導することにより落雷被害を回避する技術がレーザー誘雷である。このレーザー誘雷は、高密度・長尺のプラズマチャネルを地上と雷雲２との間にレーザー光Ｌを使って生成して行うもので、この場合に生じるプラズマが高い電気伝導度を有していることから、これにより雷放電路をガイドして安全な場所へと誘導する。つまりは、レーザー光Ｌのエネルギーを高密度にして空気中に導電性のよいプラズマを形成し、これによって雷の通りやすい経路を形成するというものである。
【００２９】
次に本実施形態における放電誘導装置１について説明しておく。避雷針３は落雷被害を防止するための装置で、例えば先端に金属製の棒が立てられた鉄塔（避雷塔）などからなる。レーザー発振器４は誘雷に用いるレーザー光Ｌを発するための装置で、例えばパルス状のレーザー光Ｌなどを生じさせる。
【００３０】
反射ミラー５は、一般的には集光ミラーによって構成されている光学系の装置であるがこれに限らず他の光学素子で構成されていても構わない。ただし、いずれにせよ反射角度を任意に変え、レーザー光Ｌの雷雲２に向けての照射位置ないしは照射経路を変化させることができる構成となっている。このようにレーザー光Ｌの照射位置ないしは照射経路を変化させるための構成としては種々のものが考えられるが、例えば、反射ミラー５自体を回転させることによってレーザー光Ｌが微小に振れるようにしてもよいし、あるいは反射ミラー５自体を微小振動させることによってレーザー光Ｌが微小に振れるようにしてもよい。これらのようにレーザー光Ｌを細かに速く振るようにした場合、当該レーザー光Ｌはブレークダウン電圧が最小となる位置を短時間の間に何度も通過するために雷が誘導されやすい条件を何度も形成できるという点で好適である。
【００３１】
アクチュエータ６は、反射ミラー５を動作させることによって導電体３の先端近傍における当該レーザー光Ｌの照射位置ないしは照射経路を順次変化させるものである。このアクチュエータ６は例えば図示しないモータなどを動力源として動作し、上述したように反射ミラー５を回転させたり振動させたりすることによって当該反射ミラー５の上下方向の角度（仰角）さらには左右方向の角度を細かく変化させる。これにより、反射ミラー５を使ってレーザー光Ｌを上下方向あるいは左右方向に振り、避雷針３の先端からレーザー光までの間隔（距離）Ｄを変化させることができる。
【００３２】
ここで、レーザー発振器４が発するレーザー光Ｌとしては幾つかのものが考えられるが、例えば連続発振のレーザー光Ｌを用いた場合には当該レーザー光Ｌの照射位置およびその近傍の領域を連続的に走査することが可能となる。また、パルスレーザー光を用いた場合には、例えばこれが１０Ｈｚのパルスであって、さらに反射ミラー５を１Ｈｚで振動させることとすればおよそ０．５秒で異なる位置に５ショットの照射が可能となる。
【００３３】
また、レーザー光Ｌを走査する場合には導電体３の先端から数ｃｍ程度離れたポイントを中心にして当該レーザー光Ｌを細かに振ることが好ましい。ブレークダウン電圧が最小となる間隔Ｄは諸条件に応じて異なってくるが、例えば後に記す実験結果に基づけば間隔Ｄが３〜５ｃｍとなるポイント、好ましくは間隔Ｄが４ｃｍ程度となるポイントを中心にしてレーザー光Ｌを走査することが望ましい。こうした場合、ブレークダウン電圧が最小となるポイントをより多く通過することになるため、雷を誘導しやすい条件が形成されやすくなる。この場合においては、避雷針（導電体）３にレーザー光Ｌを当てた状態から所定距離だけ離した状態にまで走査を行うことも好ましい。避雷針３の先端からレーザー光までの間隔（距離）Ｄを徐々に広げていった場合、ブレークダウン電圧が最小となるポイントを通過することになるので雷が誘導されやすい状況を形成することができる。
【００３４】
続いて、レーザー誘雷を行う場合の概要について図を用いて簡単に説明しておく（図２〜図５参照）。まず、雷雲２が発生して接近してくると、避雷針３の先端においてコロナ放電が生じる（図２参照）。ここでレーザー発振器４からレーザー光Ｌを照射すると、当該レーザー光Ｌは反射ミラー５からなる光学系を経由し、避雷針３の先端から上空へ向かって進んでいく。この時、レーザー光Ｌの経路中における空気が絶縁破壊を起こしてプラズマを生じる結果、避雷針３の先端から上空へと向かって延びるような細長状のプラズマチャネルが生成されることになる（図３参照）。このプラズマチャネルから上向きのリーダが生じて雷雲２まで進展すると（図４参照）、雷雲２中の電荷が避雷針３を伝って地上に流れ、雷雲２からの後続雷撃を誘発するようになる（図５参照）。本実施形態では、このように誘雷を実施する際にレーザー光Ｌの走査を行うことによって避雷針３の先端近傍における当該レーザー光Ｌの照射位置ないしは照射経路を順次変化させ、放電を当該避雷針３へと誘導しやすくする。
【００３５】
以上の説明から明らかなように、レーザーによる放電誘導装置１を利用した本実施形態のレーザー誘雷手法によれば、雷雲２の放電（雷）をレーザー光を利用して避雷針３へと誘導するにあたり、避雷針３の先端近傍におけるレーザー光Ｌの照射位置（照射経路）が小刻みに変わるように振り、当該レーザー光Ｌと避雷針３との間隔Ｄを絶え間無く変化させることができる。こうした場合、ブレークダウン電圧が最小となるようなレーザー光Ｌ−避雷針３の間隔Ｄを繰り返し実現することにより、雷が当該避雷針３へと誘導されやすくなる状態を形成することができる。このように、本実施形態にて説明した放電誘導手法によれば、レーザー光Ｌを振るという比較的簡易な方法によって従来よりも確率が高く尚かつ安定した誘雷を実現することが可能となる。また、上述したようにレーザー光Ｌを用いて誘雷（レーザー誘雷）するとジッターの変動が少ないという利点があり、本実施形態の場合にはこのジッター変動をさらに少なくして改良することも可能である。
【００３６】
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば本実施形態では、アクチュエータ６を使って反射ミラー５を回転させたり微小振動させたりする形態を説明したが、以上はレーザー光Ｌの走査を行う場合の好適例に過ぎず、走査の態様はこれらに限らない。具体例を挙げておくと、走査には直角座標に対応した直線走査、円や楕円に対応した非直線走査、画素の一つ一つに対応した点走査などがあり、これらのような上下方向、左右方向、円周方向などへの動き、あるいはこれらを組み合わせた動きとすることによってレーザー光Ｌを振ることとしてもよい。要は、ブレークダウン電圧が最小となるようなポイント、別の表現をすれば避雷針３の先端とレーザー光Ｌとの間隔Ｄが所定の条件を満たすようなポイントをより多く通過するような走査の形態とすれば、雷が誘導されやすくなる条件を形成することができるため好適である。
【００３７】
また、上述した実施形態では本発明にかかるレーザーによる放電誘導方法および放電誘導装置１をいわゆるレーザー誘雷に適用した例について説明したがこれに限られるわけではなく、他の用途に適用することが可能であることはもちろんである。他の用途としては、例えば、レーザートリガー式ギャップスイッチ（例えば特開２００２−１５８３０号公報、特開平１０−４１０４６号公報、特開平７−１６９３７６号公報、特開平７−１６１２７０号公報等参照）へ応用すること等が考えられる。ちなみに、レーザー誘雷に適用した本実施形態においては放電を生じる電極２の具体例が雷雲であり、導電体３の具体例が避雷針だったわけであるが、適用例に応じてこれら電極２や導電体３の具体例が種々のものとなり得ることはいうまでもない。
【００３８】
さらには、放電誘導（誘雷）を実施する際、常にブレークダウン電圧が最小となるような照射を行えるよう、導電体（避雷針）３の近傍の電界の変化に応じてレーザー光Ｌの走査範囲を変化させて当該変化に追従できる構成としておくことも好ましい。以下に、こうする場合の形態について説明を加えておく（図６〜図１０参照）。
【００３９】
すでに、避雷針３の先端の電界を計測するための電界計測手法が提案されている（特開２０００−２３５０８２号公報参照）。以下に示す実施の形態は、このような電界計測手法を利用し、電界の変化に応じて照射位置を変化させることによりさらに最適な照射位置を実現し、誘雷の確率を高くするというものである。特に、電界が大きくなるとレーザー光Ｌの照射位置は避雷針３からさらに遠ざける方が好ましいと考えられるため、このような場合に有効となり得る。
【００４０】
この電界計測手法は、特定地域に雷雲が接近した時に落雷の可能性について雷雲の電界変化による閾値を設けてその可能性を検出し、レーザー誘雷や各種電気設備の保護のためのタイミング信号を得ることができるようにするものである。この電界計測手法を実現するための雷雲電界検出装置は、例えば、雷雲の前駆放電により放出される電磁波の電界の変化を測定する電界変化測定器と、この測定器の測定信号から所定値以上の電界を検出して信号を出力する検出部とを備えている。上記の測定器はμ秒単位以下の時間分解能で電界の変化を測定する測定器であり、この測定器の測定信号から検出部で数ｍ秒ないし数十ｍ秒単位の時間間隔内に電界値が所定の電界閾値を越える変化を複数回検出すると出力信号を出力する。
【００４１】
このような検出装置は、雷雲が接近するとその電界変化を検出してショット信号を出力する。そして、雷雲が発達しながら電界状態が急激に変動している場合に落雷の可能性があり、所定の限界値を越えたかどうかの検出をする。このような雷雲からＰＢ（Preliminany Breakdown）放電が繰り返し放出されるため、その電界変化によってその可能性を判断する。電界変化測定器は、μ秒単位以下の時間分解能で作動するから、ｍ秒ないし数十ｍ秒の測定時間内でそのような微小な分解能で検出した電界値が閾値を複数回越えたことが検出できれば、これによって落雷の可能性が判断できる。
【００４２】
図６に雷雲電界検出装置Ａをレーザー誘雷装置Ｂに接続した例の全体概略を示す。符号１１は広帯域電界変化測定器（スローアンテナ）、１２は針端コロナ電流測定器、１３は静電界測定器（フィールドミル）、１４はレーザー制御部である。雷雲電界検出装置Ａのブロック図を図７に示す。検出部１５は各測定器の測定信号から電界変化または静電界値を検出する。
【００４３】
電界変化測定器１１は金属円盤製電界アンテナ部１１ａとその測定信号を増幅する増幅器１１ｂとからなり、雷雲によって平板上に誘起される電荷を測定することにより地上電界の鉛直成分の強度に比例した出力が得られる。この電界変化測定器１１はμ秒単位の時間分解能を有する。検出部１５は、測定器１１の測定信号に対し測定時間間隔１０ｍ秒の間電界変化を検出し、その測定時間内に閾値レベル（地上電界値）１．０ｋＶ／ｍを越える電界変化が３回カウントされるとショット信号を出力する電界変化検出部１５ａを含む。
【００４４】
コロナ電流測定器１２は、針状電極部１２ａと、この電極部に流れるコロナ電流を増幅する増幅器１２ｂとからなり、雷雲によって針状電極部１２ａに誘起されるコロナ電流を測定して雷雲の対地間電界を測定するものである。この測定器１２はｍ秒単位の時間分解能を有する。検出部１５は、測定器１２の測定信号に対し時間幅やカウント数の設定を設けず、測定中の任意の時間に電流値が所定の閾値２０μＡ以上になるとショット信号を出力する電界変化検出部１５ｂを含む。
【００４５】
静電界測定器１３は、雷雲の接近を検出するためのものであり、ポッケルス素子を用いたものまたは干渉計型のものであれその形式を問わず静電界を測定できるものであればよい。検出部１５は、測定器１３に対し測定された静電界値が閾値である１５ｋＶ／ｍを越えるとショット信号を出力する静電界検出部１５ｃを含む。
【００４６】
検出部１５へは上記３つの測定器１１〜１３の測定信号がそれぞれ入力されるが、測定器１３からの信号は２つの測定器１１，１２のいずれかの誤動作をインターロックする信号として入力されており、この測定器１３からの信号が入力されていない限り測定器１１と１２のいずれかまたは両方の信号が入力されても検出部１５は出力信号を出力しないようになっている。検出部１５からのショット信号はレーザー制御部１４へ入力され、この制御部１４によりレーザー誘雷装置Ｂが駆動される。
【００４７】
図６に示すレーザー誘雷装置Ｂは、レーザー発生装置２１からのレーザー光を集光ミラー２２で垂直方向に直線状に反射、集光し、雷雲からの落雷を地上にアースするための誘雷塔２３の頂部に設けた絶縁ターゲット２４に上記集光されたレーザー光を照射して連続プラズマチャネルを生成し、そのレーザープラズマから成長したリーダにより雷雲を誘雷塔２３に導くようになっている。
【００４８】
なお、レーザー誘雷装置Ｂは上記例では誘雷塔２３の上部に絶縁ターゲットを設けたものを示したが、従来のレーザー誘雷装置のように誘雷塔２３の上部に何ら固体ターゲットを設けずに上部空間にレーザー光を集光して空間プラズマを生成する方式のものであってもよい。ただし、このような従来のレーザー誘雷装置は空間プラズマの発生効率が悪く、リーダが雷雲まで達しないものが多いが、それらのうちリーダが雷雲まで達してレーザー誘雷を確実に実現できるものとする。
【００４９】
以上のように構成した雷雲電界検出装置Ａをレーザー誘雷装置Ｂに備えた場合の作用は次のとおりである。
【００５０】
雷雲２が特定地域に接近しているかどうかは、従来と同様にレーダーで雨雲の移動をモニタする。その結果雷雲２が近づいて来た時は上記装置Ａ、Ｂの電源を投入して雷雲の電界状態の測定を開始する。
【００５１】
電界状態の測定は、まず静電界測定器１３により雷雲２の静電界が所定の閾値レベル１５ｋＶ／ｍを越えているかについて行われ、それ以下ではたとえ広帯域電界変化測定器１や針端コロナ電流測定器２が誤動作によりショット信号を出力したとしても検出部１５から出力信号は出力されない。
【００５２】
上述した静電界の閾値は、雷雲から発達し落雷する可能性のある雷雲になる下限での静電界値であり、この閾値を越えれば直ちに落雷する程の高い電界値ではない。しかし、この閾値を越えれば雷雲からの落雷の可能性はあるため、測定器１１と１２による測定信号に対して並行に検出部１５に静電界測定器１３からの信号が送られインターロックが解除される。
【００５３】
したがって、測定器１１と１２による測定の結果、いずれかの測定器１１，１２または両方で測定信号がそれぞれの測定器１１と１２の閾値を越えれば検出部１５からショット信号が出力される。この場合、測定器１１では測定時間１０ｍ秒の間に閾値レベル１．０ｋＶ／ｍを越える電界変化が３回カウントされると、雷雲２の電界が落雷の可能性があり、レーザー誘雷処理をして落雷を回避すべき状態であると判断されショット信号が出力される。
【００５４】
また、測定器１２では前述した所定の閾値であるコロナ電流が２０μＡ以上流れたことを測定すると、同様に落雷を回避すべき状態と判断されショット信号が出力される。このように、２つの測定器１１，１２ではそれぞれが落雷の可能性を検出するとその検出信号のいずれか、または両方により検出部１５からショット信号が出力されるが、この場合２つの測定器１１，１２ではそれぞれの特性に応じて雷雲の電界変化が異なる状態を検出する。
【００５５】
測定器１１はその電界変化を検出する機能としてμ秒単位の時間分解能で検出できるから、所定の測定時間内に閾値を越える変化をμ秒単位で検出し、雷雲の電界が急激に変化しているような状態を検出できる。雷雲が急速に発達しているような場合である。このような変動する雷雲からはＰＢ放電（Preliminany Breakdown）が繰り返し放出され、その繰り返し時間は４〜５０μ秒で１０数回繰り返される。
【００５６】
このようなＰＢ放雷信号の電磁波を測定器１１でμ秒単位で測定し、３回（複数回）閾値を越えるとショット信号を出力するようにタイミング設定をすることによりレーザー誘雷のトリガ信号としてショット信号を利用できるため、誘雷動作に対して誤動作が少なくなり、レーザー誘雷装置の空動作を防ぐことができる。また、ＰＢ放電信号は雷現象の初期段階で放出されるため、レーザー誘雷動作を初期段階で行える利点がある。
【００５７】
一方、ＰＢ放電があっても雷現象の初期段階で必ずしも測定器１１によりＰＢ放電信号からレーザー誘雷をすべきタイミングであると判断される状態を検出できるとは限らない場合、すなわち電界の変化はミリ秒程度のゆっくりした変化であるがレーザー誘雷はすべきタイミングである場合がある。このような場合、測定器１１が必ずしもその電界変化を捉えることができないことがあり、このため測定器１２がこのような場合に対処できるように設けられている。
【００５８】
この測定器１２は、ミリ秒単位の時間分解能のものであり、図９に示すように、ＰＢ放電により変動する電界変化の影響で針端プローブに流れるコロナ電流を積分し、その積分値が所定の閾値を越えるとＰＢ放電によるリーダはμ秒単位での急激な変化によるものではないが、変動幅は所定のレベルを越えていると判断する。
【００５９】
したがって、電界変化が時間的にはゆっくりしているが変動幅は大きく、レーザー誘雷をすべきタイミングを検出することができる。ただし、この測定器１２では雷雲２が急激に発達している場合はその変化をタイミングよく捉えることができないことがあり、誤動作する場合もある。
【００６０】
以上のようにして雷雲の電界状態が検出されて検出部１５からショット信号がレーザー制御部１４へ出力されると、そのショット信号に対応してレーザー制御部１４からレーザー誘雷装置Ｂのレーザー発生装置２１に対して制御信号が送信され、レーザー誘雷が行われる。レーザー誘雷装置Ｂでは、前述したように、誘雷塔２３の先端のターゲット２４で連続プラズマチャネルが生成され、それによって生じたリーダが雷雲まで延び雷雲の電荷を誘雷塔２３へ導き誘雷が行われる。
【００６１】
なお、上記実施形態では検出部１５への３つの測定器１１〜１３の測定信号を入力し、測定器１３の信号をインターロック信号として測定器１１，１２のいずれかまたは両方の検出信号により検出部１５からショット信号を出力するとしたが、電界検出装置としては測定器１１とその検出部１５ａまたは測定器１２とその検出部１５ｂのそれぞれ単独の検出機能を有する検出装置またはその単独の検出装置に測定器１３とその検出部１５ｃをそれぞれ組み合わせたものとしてもよい。各単独の検出装置ではそれぞれの特性に応じた雷電の電界状態の変化を検出できる。
【００６２】
また、上記実施形態の雷雲電界検出装置Ａはレーザー誘雷装置Ｂへレーザー誘雷のタイミング信号を検出送信するものとしたが、このような利用以外にも各種電気設備を電磁ノイズや落雷による影響から保護するための高速保護装置へ制御信号を送り電気設備の保護に利用することもできる。施設建物（例えば無線局）などでは、雷などの電磁ノイズによるサージ高電圧が誘導される（または落雷）と機器の破損が生じるために、機器の高電圧に対する対策などが講じられてきた。しかし、事前にサージ高電圧などが予知でき、異常電圧の侵入を阻止できれば、機器等の設計、設備の仕様が大幅に軽減できる利点がある。
【００６３】
例えば、図１０に示すように、施設建物（例えば無線局）３１などの建物上部の支柱３２上に無線アンテナ３３を設ける。雷による影響を防止するためこの無線アンテナ３３に高速保護装置３４を設け、これに雷雲電界検出装置Ａの制御信号を送り、設備の保護に用いる。
【００６４】
雷雲電界検出装置Ａから落雷の可能性を検出した制御信号が高速保護装置３４へ送られてくると、その制御信号により高速保護装置３４内のスイッチを切り替えてＰＢ放電の電磁波の信号を無線アンテナ３３からアース線３５を経由した地上へアースし、かかるノイズ信号が無線局へ直接影響を及ぼさないように保護するのである。保護の対象は無線局以外にも各種設備が含まれる。
【００６５】
以上のように、ここまで説明した実施形態においては、μ秒単位の時間分解能の電界変化測定器１１により急激に発達変化する雷雲のＰＢ放電による電磁波の電界変化を測定し所定の閾値を複数回越えると落雷の可能性ありとして検出信号を出力するようにしたから、これによってレーザー誘雷や保護装置を作動させるタイミング信号を得ることができ落雷による被害や各種電気設備への影響を最小限に防止するのに役立つトリガ信号を確実に信頼性のあるものとして付与できる。したがって、放電誘導（誘雷）を実施する際、導電体（避雷針）３の近傍の電界を利用してレーザー光Ｌの走査範囲を変化させ、電界の変化に応じて照射位置ないしは照射経路を順次変化させることとすれば、さらに最適な照射位置を実現し、誘雷の確率を高くすることが可能となる。特に、電界が大きくなりレーザー光Ｌの照射位置を避雷針３からさらに遠ざけた方が好ましい状況下で有効な誘雷手法たり得る。
【実施例１】
【００６６】
従来よりも確率が高く尚かつ安定した放電誘導を実現するため、レーザー光Ｌの適切な照射位置についての実験および検討を行った。この実験および検討の具体的内容と結果を以下に実施例として説明する（図１１〜図１４参照）。
【００６７】
実験装置においては、電極（雷雲）２に見立てた角棒高電圧電極２’と、避雷針３に見立てた球状の接地電極（以下、球電極という）３’とを設け、球電極３’との間に間隔が生じる状態でレーザー光Ｌを照射して実験を行った（図１１参照）。角棒高電圧電極２’の先端と球電極３’の高電圧側端との間の水平方向間隔は、直径25cmの大球電極３’の場合には50cm、直径5cmの小球電極３’の場合には60cmとした。そして、レーザー光Ｌを地上からの高さが一定となるように水平に照射し、さらに角棒高電圧電極２’を下げ、レーザー光Ｌの上1/3がこの角棒高電圧電極２’を照射する（上1/3が角棒高電圧電極２’に当たる）ようにして実験した。使用したレーザーは、パルス幅約70fｓ、中心波長800nm、繰り返し10Hz（１秒間に１０回のパルスレーザー発振）である。ここで、球電極３’の最上部とレーザー光Ｌの中心との間隔Ｄを2cm刻みで増やしていった場合のブレークダウン電圧を図１２に示す。この時のブレークダウン電圧は、レーザー光Ｌを照射し続けた状態で、高電圧電極２’に印加する正極性の直流電圧を徐々に上げてブレークダウンした時の電圧である。
【００６８】
以上の結果、小球電極３’では4cmの時にブレークダウン電圧が最も低く、すなわち、もっとも放電誘導しやすいという結果が得られた。一方、球電極３’が大球電極である場合には6cmであった。これより、レーザー光Ｌを照射する際の当該レーザー光Ｌと球電極（接地電極）３’との間隔Ｄには放電誘導（誘雷）するにあたってある最適な値が存在することを確認することができた。
【００６９】
この結果について行った検討は以下のとおりである。まず、間隔Ｄに0cm以外の最適値が存在することに関しては、球電極（接地電極）３’から発生するコロナ放電が関与している可能性があり、コロナ放電の長さと強度によりブレークダウン電圧が変化すると考えられた。また、球電極３’が小球電極である場合と大球電極である場合とで最適な間隔Ｄが4cmと6cmというように異なる理由は、電極形状が異なるためにコロナ放電が異なることによると考えられた。さらには、印加電圧の大きさによってもコロナ放電は変化するため、これに伴って最適な間隔Ｄの大きさも変化すると考えられた。よって、図１２に示した最適な間隔Ｄのデータは他の条件によっても変動することが考えられ、これらの条件により最適な間隔Ｄは異なるであろうから、例えば印加電圧が変化する場合にはそれに応じた間隔Ｄとすることが望ましいとの検討結果が得られた。
【００７０】
ただし、常にこれらの条件を把握し、条件に適した間隔Ｄを設定することは実際問題として困難であり、最適な間隔Ｄを含むことが予想される範囲内でレーザー光Ｌの走査を行うことの方が簡便でありまた現実的である。例えば、図１２に示した特性からすれば、小球電極３’の場合には2cm〜6cmの範囲で走査することにより間隔Ｄが最適値（4cm）となる条件下での照射を繰り返し行うことが可能となる。仮に、何らかの要因の影響により最適な間隔Ｄの値が異なっていて例えば6cmになっていたとしても、2cm〜6cmの範囲で走査していれば最適値となる条件下での照射は行われていることになる。
【００７１】
なお、球電極３’が小球電極の場合においては、図１３に示すように、レーザー光Ｌの照射から放電までの時間が100μsから1000μs以上とかなり遅く、一定しない場合があった。しかしながら、レーザー光Ｌの照射位置を球電極３’から4cm〜6cmの位置にすることによって放電までの時間が10μs以下となり、そうでない場合よりも早く安定させることができることを確認した。
【００７２】
また、球電球３’が大球電極の場合においては、図１４に示すようにレーザー光Ｌの照射位置に伴ってブレークダウン電圧が変化していた。ブレークダウン電圧の変化により球電極３’付近の電界が変化し、この影響で最適な照射位置に変化が生じていることが考えられた。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明にかかるレーザーによる放電誘導方法および放電誘導装置をレーザー誘雷に適用した最良の形態を説明する図である。
【図２】レーザー誘雷を行う場合の概念を示す図の一つで、雷雲が発生して接近し、避雷針の先端においてコロナ放電が生じる様子を表したものである。
【図３】レーザー誘雷を行う場合の概念を示す図の一つで、レーザー発振器から照射したレーザー光が反射ミラーからなる光学系を経由し、これに伴って避雷針の先端から上空へ向かってプラズマが生じている様子を表したものである。
【図４】レーザー誘雷を行う場合の概念を示す図の一つで、プラズマチャネルから上向きのリーダが生じて雷雲まで進展した様子を表したものである。
【図５】レーザー誘雷を行う場合の概念を示す図の一つで、雷雲中の電荷が避雷針を伝って地上に流れる様子を表したものである。
【図６】本発明の別の実施形態において、雷雲電界検出装置をレーザー誘雷装置に適用した例の全体概略図である。
【図７】雷雲電界検出装置の概略ブロック図である。
【図８】広帯域電界変化測定器の測定、検出動作を説明する図である。
【図９】針端コロナ電流測定器の測定、検出動作を説明する図である。
【図１０】高速保護装置への応用例を説明する図である。
【図１１】実施例１において説明した実験装置を説明するための概念図である。
【図１２】レーザー光−接地電極の間隔とブレークダウン電圧との関係を示すグラフである。
【図１３】球電極が小球電極である場合のレーザー光照射からブレークダウンするまでの時間特性を示すグラフである。
【図１４】球電極が大球電極である場合のレーザー光照射からブレークダウンするまでの時間特性を示すグラフである。
【図１５】従来の放電誘導技術の一例として、パルスレーザーによって放電誘電を行うものを例示した図である。
【図１６】従来のレーザー誘雷装置の一例を概略的に示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
１  放電誘導装置
２  雷雲（電極）
３  避雷針（導電体）
４  レーザー発振器
５  反射ミラー
６  アクチュエータ
１１  電界変化測定器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006324184.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2006324184.tif 000012
【図１１】
2006324184.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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