(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲットに関する吸収係数が大きい第１の波長を持つ第１のＣＷ光信号、及び前記ターゲットに関する吸収係数が小さい第２の波長を持つ第２のＣＷ光信号を発生する光信号発生手段と、
前記光信号発生手段から出力される前記第１のＣＷ光信号に、ベースバンド帯の第１の周波数を持つ第１のＣＷ変調信号で、強度変調をかけるとともに、前記光信号発生手段から出力される前記第２のＣＷ光信号に、ベースバンド帯の第２の周波数を持つ第２のＣＷ変調信号で、強度変調をかける第１の光強度変調手段と、
前記第１の光強度変調手段から出力され強度変調された前記第１及び第２のＣＷ光信号を合波し、合波した２波長の光信号を所定のビームサイズ、ビーム形状に成形して空間中に放射する放射手段と、
前記空間中に存在する前記ターゲットからの散乱光を直接検波して電気信号に変換する受信手段と、
前記受信手段から出力された電気信号から前記第１及び第２の周波数成分のみをそれぞれ抽出し、２つの信号の振幅または電力の差異から前記ターゲットの濃度を検出する信号処理手段と
を備え、
前記信号処理手段は、
前記光受信機から出力される電気信号の周波数スペクトルを計算し、前記第１及び第２の周波数成分の各々の、前記周波数スペクトル上における振幅または電力の差異から前記ターゲットの濃度を検出する信号処理器を含む
ことを特徴とする差分吸収ライダ装置。
【請求項２】
前記光信号発生手段は、
ターゲットに関する吸収係数が大きい第１の波長を持つ第１のＣＷ光信号を発生する第１の光源と、
前記ターゲットに関する吸収係数が小さい第２の波長を持つ第２のＣＷ光信号を発生する第２の光源と、
前記第１の光源から出力される前記第１のＣＷ光信号を分配する第１の光分配器と、
前記第２の光源から出力される前記第２のＣＷ光信号を分配する第２の光分配器と、
前記第１及び第２の光分配器から出力される前記第１及び第２のＣＷ光信号の波長を監視し、前記第１及び第２の波長に保持されるように、前記第１及び第２の光源を制御する波長ロック回路とを含み、
前記第１の光強度変調手段は、
ベースバンド帯の第１の周波数を持つ第１のＣＷ変調信号を出力する第１の発振器と、
ベースバンド帯の第２の周波数を持つ第２のＣＷ変調信号を出力する第２の発振器と、
前記第１の光分配器から出力される前記第１のＣＷ光信号に前記第１のＣＷ変調信号で強度変調をかける第１の光強度変調器と、
前記第２の光分配器から出力される前記第２のＣＷ光信号に前記第２のＣＷ変調信号で強度変調をかける第２の光強度変調器とを含み、
前記放射手段は、
前記第１及び第２の光強度変調器から出力され強度変調された第１及び第２のＣＷ光信号を合波する光合波器と、
前記光合波器から出力され合波された２波長の光信号を増幅する光アンプと、
前記光アンプから出力され増幅された２波長の光信号を所定のビームサイズ、ビーム形状に成形して空間中に放射する送信光学系とを含み、
前記受信手段は、
前記空間中に存在する前記ターゲットからの散乱光を受信する受信光学系と、
前記受信光学系から出力される散乱光を直接検波して電気信号に変換する光受信機とを含む
ことを特徴とする請求項１記載の差分吸収ライダ装置。
【請求項３】
前記信号処理手段は、
前記光受信機から出力される電気信号を分配する電気信号分配器と、
前記電気信号分配器から出力され分配された電気信号から前記第１の周波数成分のみを抽出する第１のフィルタと、
前記電気信号分配器から出力され分配された電気信号から前記第２の周波数成分のみを抽出する第２のフィルタと、
前記第１及び第２のフィルタから出力される２つの信号の振幅もしくは電力の差異から前記ターゲットの濃度を検出する信号処理器とを含む
ことを特徴とする請求項１記載の差分吸収ライダ装置。
【請求項４】
ターゲットに関する吸収係数が大きい第１の波長を持つ第１のＣＷ光信号、及び前記ターゲットに関する吸収係数が小さい第２の波長を持つ第２のＣＷ光信号を発生する光信号発生手段と、
ベースバンド帯の第１の周波数及びマイクロ波帯の周波数を含む周波数を持つ第１のＣＷ電気信号に、所定のコード幅を持つ擬似ランダム系列である変調コードで、ＢＰＳＫ変調をかけて第１の変調信号を生成するとともに、ベースバンド帯の第２の周波数及び前記マイクロ波帯の周波数を含む周波数を持つ第２のＣＷ電気信号に、前記変調コードで、ＢＰＳＫ変調をかけて第２の変調信号を生成し、前記光信号発生手段から出力される前記第１のＣＷ光信号に、前記第１の変調信号で、強度変調をかけるとともに、前記光信号発生手段から出力される前記第２のＣＷ光信号に、前記第２の変調信号で、強度変調をかける第２の光強度変調手段と、
前記第２の光強度変調手段から出力され強度変調された前記第１及び第２のＣＷ光信号を合波し、合波した２波長の光信号を所定のビームサイズ、ビーム形状に成形して空間中に放射する放射手段と、
前記マイクロ波帯の周波数を持つ第３のＣＷ電気信号に、前記変調コードを装置−ターゲット間の光信号往復時間と同じ時間だけ遅延させた変調コードで、変調をかけて復調信号を生成し、前記復調信号に基づいて、前記空間中に存在する前記ターゲットからの散乱光が受けている強度変調の周波数を復調し、復調された光信号を直接検波して電気信号に変換する受信復調手段と、
前記受信復調手段から出力された電気信号から前記第１及び第２の周波数成分のみをそれぞれ抽出し、２つの信号の振幅または電力の差異から前記ターゲットの濃度を検出する信号処理手段と
を備えたことを特徴とする差分吸収ライダ装置。
【請求項５】
前記変調コードの遅延時間を可変する遅延時間可変手段をさらに備えた
ことを特徴とする請求項４記載の差分吸収ライダ装置。
【請求項６】
前記光信号発生手段は、
ターゲットに関する吸収係数が大きい第１の波長を持つ第１のＣＷ光信号を発生する第１の光源と、
前記ターゲットに関する吸収係数が小さい第２の波長を持つ第２のＣＷ光信号を発生する第２の光源と、
前記第１の光源から出力される前記第１のＣＷ光信号を分配する第１の光分配器と、
前記第２の光源から出力される前記第２のＣＷ光信号を分配する第２の光分配器と、
前記第１及び第２の光分配器から出力される前記第１及び第２のＣＷ光信号の波長を監視し、前記第１及び第２の波長に保持されるように、前記第１及び第２の光源を制御する波長ロック回路とを含み、
前記第２の光強度変調手段は、
ベースバンド帯の第１の周波数及びマイクロ波帯の周波数を含む周波数を持つ第１のＣＷ電気信号を出力する第１の発振器と、
ベースバンド帯の第２の周波数及びマイクロ波帯の周波数を含む周波数を持つ第２のＣＷ電気信号を出力する第２の発振器と、
所定のコード幅を持つ擬似ランダム系列である変調コードを発生する変調コード発生器と、
前記第１の発振器から出力される前記第１のＣＷ電気信号に前記変調コードでＢＰＳＫ変調をかけて第１の変調信号として出力する第１の電気ミキサと、
前記第２の発振器から出力される前記第２のＣＷ電気信号に前記変調コードでＢＰＳＫ変調をかけて第２の変調信号として出力する第２の電気ミキサと、
前記第１の光分配器から出力される前記第１のＣＷ光信号に前記第１の変調信号で強度変調をかける第１の光強度変調器と、
前記第２の光分配器から出力される前記第２のＣＷ光信号に前記第２の変調信号で強度変調をかける第２の光強度変調器とを含み、
前記放射手段は、
前記第１及び第２の光強度変調器から出力され強度変調された第１及び第２のＣＷ光信号を合波する光合波器と、
前記光合波器から出力され合波された２波長の光信号を増幅する光アンプと、
前記光アンプから出力され増幅された２波長の光信号を所定のビームサイズ、ビーム形状に成形して空間中に放射する送信光学系とを含み、
前記受信復調手段は、
前記空間中に存在する前記ターゲットからの散乱光を受信する受信光学系と、
前記マイクロ波帯の周波数を持つ第３のＣＷ電気信号を出力する第３の発振器と、
前記変調コード発生器から出力される前記変調コードを、装置−ターゲット間の光信号往復時間と同じ時間だけ遅延させる遅延器と、
前記第３の発振器から出力される前記第３のＣＷ電気信号に前記遅延された変調コードでＢＰＳＫ変調をかけて復調信号として出力する第３の電気ミキサと、
前記復調信号に基づいて、前記受信光学系から出力される散乱光が受けている強度変調の周波数を復調する光ミキサと、
前記光ミキサから出力され復調された光信号を直接検波して電気信号に変換する光受信機とを含む
ことを特徴とする請求項４記載の差分吸収ライダ装置。
【請求項７】
前記信号処理手段は、
前記光受信機から出力される電気信号を分配する電気信号分配器と、
前記電気信号分配器から出力され分配された電気信号から前記第１の周波数成分のみを抽出する第１のフィルタと、
前記電気信号分配器から出力され分配された電気信号から前記第２の周波数成分のみを抽出する第２のフィルタと、
前記第１及び第２のフィルタから出力される２つの信号の振幅または電力の差異から前記ターゲットの濃度を検出する信号処理器とを含む
ことを特徴とする請求項４記載の差分吸収ライダ装置。
【請求項８】
前記信号処理手段は、
前記光受信機から出力される電気信号の周波数スペクトルを計算し、前記第１及び第２の周波数成分の各々の、前記周波数スペクトル上における振幅または電力の差異から前記ターゲットの濃度を検出する信号処理器を含む
ことを特徴とする請求項４記載の差分吸収ライダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、２つ以上の波長のレーザ光を空間中に送信してターゲットからの散乱光を受信し、各波長に関する受信光強度の差分から、空間中におけるターゲット（計測対象となる気体、例えば炭酸ガス、オゾン、水蒸気といったもの）の濃度を計測する差分吸収ライダ（differential absorption lidar）装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の差分吸収ライダ装置では、コヒーレンシィの非常に高い２波長のレーザ光を空間中に送信し、ターゲットとなる地面やエアロゾルからの散乱光を受信して、受信光とローカル光をヘテロダイン検波する。ヘテロダイン検波して得られた信号の周波数スペクトルを求め、この周波数スペクトルから、２波長の各々について受信光の検出を行っている（例えば、非特許文献１及び非特許文献２参照）。
【０００３】
このとき、２波長の内、一つの波長を、計測対象となる気体に関する吸収係数が大きい波長に設定し、他の一つの波長を、吸収係数が小さい波長に設定している。このように設定しておくことで、受信光量において、装置−ターゲット間の計測対象となる気体濃度に応じた差分が生じることとなり、この差分から、気体濃度、具体的には炭酸ガス濃度を計測している。
【０００４】
上記の従来の差分吸収ライダ装置は、いわゆるコヒーレントライダと呼ばれるものの１種である。この種のライダでは、他のタイプとして知られているインコヒーレントライダと比較した場合、理想的な光受信状態であるショット雑音限界を実現し易いヘテロダイン検波方式を用いており、受信の観点から見ると高いＳ／Ｎ比が得やすいというメリットがある。
【０００５】
【非特許文献１】G. J. Koch他著、"Coherent differential absorption lidar measurements of CO2"Applied Optics, Vol.43, No.26, 10 September 2004, pp. 5092-5099
【非特許文献２】M. W. Phillips他著、"Coherent Laser Radar Transceiver for the NASA CO2 Laser Absorption Spectrometer Instrument" Proceedings of 13th Coherent Laser Radar Conference, 2005, pp. 118-121
【非特許文献３】室田他著、三菱重工技報、３８、ｐｐ．２５８−２６１、２００１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記の従来の差分吸収ライダ装置では、特に、人工衛星に搭載して地表付近の気体濃度を計測するといった、非常に制約条件が厳しい中での動作が必要とされる場合において、次のような問題点があった。
【０００７】
まず、コヒーレントライダでは、送受するレーザ光の光キャリアレベルでのコヒーレンシィが重要であり、非常に線幅の狭い、レーザ光を送受することが重要である。かつ、人工衛星から地表付近を観測するといった１００ｋｍオーダーの長距離計測を行うには、高いレーザ光の送信パワーが必要となる。このような狭線幅、かつハイパワーのレーザ光を、衛星搭載時に要求される厳しい制約条件の中で動作させるのは非常に難しく、結果的に装置の信頼性を保持するのが難しかった。
【０００８】
また、コヒーレントライダを人工衛星のような移動体に搭載して計測を行うと、移動体自身の移動速度により、光キャリアにドップラー周波数シフトが生じる。このドップラー周波数シフトは、例えば光波長１．５μｍの場合において、移動速度１ｍ／ｓに対して１．３ＭＨｚ生じる。つまり、人工衛星の移動速度を考えると、１００ＭＨｚオーダーのドップラー周波数シフトが生じることも考えられる。しかし、前記した移動速度によるドップラー周波数シフトを逐次把握することは難しいので、ヘテロダイン検波して得られた信号から、未知の周波数シフトを受けた成分を、広範囲の周波数範囲中から検出する必要があり、信号の検出が難しかった。
【０００９】
以上のことから、厳しい制約条件が要求される衛星搭載時の差分吸収ライダ装置としては、送受するレーザ光の線幅への要求が低く、かつドップラー周波数シフトの影響が小さい、インコヒーレントライダの方が優位な点が存在する。
【００１０】
しかし、インコヒーレントライダでパルス方式、例えば距離分解能１５０ｍ程度に相当するパルスを送受することを想定すれば、必要な受信帯域幅は１ＭＨｚ程度となり、広い受信帯域幅が必要となる。インコヒーレントライダの光受信において使用する直接検波方式では、受信Ｓ／Ｎ比が受信帯域幅に逆比例する。したがって、上述したような広い受信帯域幅が必要になると、高い受信Ｓ／Ｎ比を得ることは難しくなる。
【００１１】
また、インコヒーレントライダ（例えば、非特許文献３参照）でＣＷ（Continuous Wave）方式を用いれば、光受信機に関し、上記パルスに応答するための広い帯域幅が必要とされないため光受信機の受信帯域幅を狭くでき、光受信において直接検波を用いつつも高感度受信が可能となる。しかし、この従来の差分吸収ライダでは、装置に必要な２波長を送受する機能に関し、インコヒーレントライダかつＣＷ方式を採用しかつ２波長を同時に送信した場合、受信において２波長を識別する機能を有していなかった。したがって、ＣＷ方式を用いるとすれば、２波長を送受するタイミングを時間的に切り分け、個別に送受するしかなかった。このような構成では、人工衛星に搭載して移動しながらの計測を行う場合において、次のような問題点があった。
【００１２】
移動しながらの計測の場合、２波長を時間的に切り分けて個別に送受する構成では、２波長成分間においてターゲットに関する照射位置に差異が生じることとなる。通常、ターゲットの反射率は、位置毎に異なっていると考えられる。差分吸収ライダ装置では、２波長間の受信光量の差分から気体濃度の計測を行うが、高い精度で計測を行うには、差分が２波長間の空間中における吸収量の差のみに依存するということが前提条件として必要である。各波長での受信光量の計測において、反射率の差異が生じると、前提条件が成立しなくなり、計測精度が劣化することが考えられる。
【００１３】
以上のような理由から、従来では、厳しい制約条件が要求される衛星搭載での差分吸収ライダ装置による計測において、高い受信Ｓ／Ｎ比で、かつ高い精度で計測対象となる気体の濃度を計測することはできなかった。
【００１４】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、ＣＷ方式のインコヒーレントライダを差分吸収ライダ装置に適用し、高い受信Ｓ／Ｎ比で、かつ高い精度で計測対象となる気体の濃度を計測することができる差分吸収ライダ装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この発明に係る差分吸収ライダ装置は、ターゲットに関する吸収係数が大きい第１の波長を持つ第１のＣＷ光信号、及び前記ターゲットに関する吸収係数が小さい第２の波長を持つ第２のＣＷ光信号を発生する光信号発生手段と、前記光信号発生手段から出力される前記第１のＣＷ光信号に、ベースバンド帯の第１の周波数を持つ第１のＣＷ変調信号で、強度変調をかけるとともに、前記光信号発生手段から出力される前記第２のＣＷ光信号に、ベースバンド帯の第２の周波数を持つ第２のＣＷ変調信号で、強度変調をかける第１の光強度変調手段と、前記第１の光強度変調手段から出力され強度変調された前記第１及び第２のＣＷ光信号を合波し、合波した２波長の光信号を所定のビームサイズ、ビーム形状に成形して空間中に放射する放射手段と、前記空間中に存在する前記ターゲットからの散乱光を直接検波して電気信号に変換する受信手段と、前記受信手段から出力された電気信号から前記第１及び第２の周波数成分のみをそれぞれ抽出し、２つの信号の振幅または電力の差異から前記ターゲットの濃度を検出する信号処理手段とを設け、前記信号処理手段は、前記光受信機から出力される電気信号の周波数スペクトルを計算し、前記第１及び第２の周波数成分の各々の、前記周波数スペクトル上における振幅または電力の差異から前記ターゲットの濃度を検出する信号処理器を含むものである。
【発明の効果】
【００１６】
この発明に係る差分吸収ライダ装置は、高い受信Ｓ／Ｎ比で、かつ高い精度で計測対象となる気体の濃度を計測することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る差分吸収ライダ装置について図１を参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る差分吸収ライダ装置の構成を示すブロック図である。なお、以降では、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００１８】
図１において、この実施の形態１に係る差分吸収ライダ装置は、光源１（１ａと１ｂ）と、波長ロック回路２と、光分配器３（３ａと３ｂ）と、光強度変調器４（４ａと４ｂ）と、発振器５（５ａと５ｂ）と、光合波器６と、光アンプ７と、送信光学系８と、受信光学系９と、光受信機１０と、電気信号分配器１１と、フィルタ１２（１２ａと１２ｂ）と、信号処理器１３とが設けられている。
【００１９】
なお、光源１（１ａと１ｂ）と、光分配器３（３ａと３ｂ）と、波長ロック回路２とから光信号発生手段が構成される。また、発振器５（５ａと５ｂ）と、光強度変調器４（４ａと４ｂ）とから第１の光強度変調手段が構成される。また、光合波器６と、光アンプ７と、送信光学系８とから放射手段が構成される。また、受信光学系９と、光受信機１０とから受信手段が構成される。さらに、電気信号分配器１１と、フィルタ１２（１２ａと１２ｂ）と、信号処理器１３とから信号処理手段が構成される。
【００２０】
また、図１において、光源１ａと光分配器３ａとの間は、光ファイバなどの光回路線により接続されている。同様に、光源１ｂと光分配器３ｂとの間、光分配器３ａと波長ロック回路２との間、光分配器３ａと光強度変調器４ａとの間、光分配器３ｂと波長ロック回路２との間、光分配器３ｂと光強度変調器４ｂとの間、光強度変調器４ａと光合波器６との間、光強度変調器４ｂと光合波器６との間、光合波器６と光アンプ７との間、光アンプ７と送信光学系８との間、および受信光学系９と光受信機１０との間は、全て光回路線、例えば、光ファイバにより接続されている。
【００２１】
波長ロック回路２と光源１ａとの間は、電線ケーブルにより接続されている。同様に、波長ロック回路２と光源１ｂとの間、発振器５ａと光強度変調器４ａとの間、発振器５ｂと光強度変調器４ｂとの間、光受信機１０と電気信号分配器１１との間、電気信号分配器１１とフィルタ１２ａとの間、電気信号分配器１１とフィルタ１２ｂとの間、フィルタ１２ａと信号処理器１３との間、およびフィルタ１２ｂと信号処理器１３との間は、全て電線ケーブルにより接続されている。
【００２２】
２つの光源１ａと１ｂは、ＣＷ光信号（レーザ光）を発生する機能を有している。このとき、送信する光波長は、光源１ａと１ｂとで異なっている。ここでは、光源１ａの送信波長をλＯＮ、光源１ｂの送信波長をλＯＦＦとする。このとき、送信波長λＯＮは、計測対象となる気体に関する吸収係数が大きい（第１の吸収係数）波長に設定する。また、送信波長λＯＦＦは、計測対象となる気体に関する吸収係数が小さい（第２の吸収係数）波長に設定する。すなわち、第１の吸収係数＞第２の吸収係数の関係がある。
【００２３】
また、光分配器３ａは、光源１ａからの光信号を分配して、一方を光強度変調器４ａに、他の一方を波長ロック回路２に送る機能を有している。同様に、光分配器３ｂは、光源１ｂからの光信号を分配して、一方を光強度変調器４ｂに、他の一方を波長ロック回路２に送る機能を有している。
【００２４】
波長ロック回路２は、光分配器３ａおよび３ｂからの光信号の波長をモニタ（監視）し、光源１ａおよび１ｂの送信光波長が所望の値、つまりλＯＮおよびλＯＦＦに保持されるように、光源１ａおよび１ｂに対して制御をかける機能を有している。
【００２５】
また、発振器５ａ、５ｂは、互いに異なる２つの周波数ｆｍ１、ｆｍ２をそれぞれ持つＣＷ電気信号を出力し、各々を光強度変調器４ａ、４ｂに送る機能を有している。ここで、周波数ｆｍ１およびｆｍ２は、各々ベースバンド帯の周波数である。
【００２６】
光強度変調器４ａおよび４ｂは、発振器５ａおよび５ｂからの変調信号に基づいて、光分配器３ａおよび３ｂからのＣＷ光信号に強度変調をかける機能を有している。
【００２７】
光合波器６は、光強度変調器４ａおよび４ｂからの強度変調された光信号を合波し、光アンプ７に送る機能を有している。光アンプ７は、光合波器６からの合波された２波長の光信号を増幅した後、送信光学系８に送る機能を有している。送信光学系８は、光アンプ７からの増幅された光信号を所定のビームサイズ、ビーム形状に成形して空間中に放射する機能を有している。
【００２８】
一方、受信光学系９は、ターゲットからの散乱光を受信して光回路線、ここでは光ファイバに結合させ、光受信機１０に送る機能を有している。
【００２９】
光受信機１０は、受信光学系９を介して受信したターゲットからの散乱光を直接検波して電気信号に変換し、電気信号分配器１１に送る機能を有している。また、電気信号分配器１１は、光受信機１０からの電気信号を分配し、一方をフィルタ１２ａに、他の一方をフィルタ１２ｂに各々送る機能を有している。
【００３０】
フィルタ１２ａおよび１２ｂは、電気信号分配器１１からの信号をフィルタリングし、信号処理器１３に送る機能を有している。このとき、フィルタ１２ａおよび１２ｂはバンドパスフィルタであり、所定の周波数成分のみを抽出できるものである。抽出する周波数の値は、フィルタ１２ａについては発振器５ａからの変調信号周波数と同じとし、ｆｍ１とする。フィルタ１２ｂについては発振器５ｂからの変調信号周波数と同じとし、ｆｍ２とする。
【００３１】
そして、信号処理器１３は、フィルタ１２ａおよび１２ｂからのフィルタリングされた信号を信号処理し、大気中に存在する計測対象となる気体の濃度を求める機能を有している。
【００３２】
つぎに、この実施の形態１に係る差分吸収ライダ装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【００３３】
まず、光源１ａと１ｂは、ＣＷ光信号を送信する。このとき、上述したように、送信する光波長は、光源１ａについてはλＯＮ、光源１ｂについてはλＯＦＦであり、各々異なっている。
【００３４】
次に、光分配器３ａと３ｂは、光源１ａおよび１ｂからの光信号を分配して、一方を光強度変調器４ａおよび４ｂに、他の一方を波長ロック回路２に送る。このとき、波長ロック回路２は、光分配器３ａおよび３ｂからの光信号の波長をモニタし、光源１ａおよび１ｂの送信光波長が所望の値、つまりλＯＮおよびλＯＦＦに保持されるように、光源１ａおよび１ｂに対して制御をかける。
【００３５】
次に、発振器５ａおよび５ｂは、互いに異なる２つの周波数ｆｍ１およびｆｍ２を持つＣＷ信号（電気信号）を出力し、各々を光強度変調器４ａおよび４ｂに送る。光強度変調器４ａおよび４ｂは、発振器５ａおよび５ｂからの変調信号に基づいて、光分配器３ａおよび３ｂからのＣＷ光信号に強度変調をかける。これにより、光源１ａからの波長λＯＮを持つ送信光については、周波数ｆｍ１で強度変調され、光源１ｂからの波長λＯＦＦを持つ送信光については、周波数ｆｍ２で強度変調される。
【００３６】
次に、光合波器６は、光強度変調器４ａおよび４ｂからの強度変調された光信号を合波し、光アンプ７に送る。次に、光アンプ７は、光合波器６からの合波された２波長の光信号を増幅した後、送信光学系８に送る。次に、送信光学系８は、光アンプ７からの増幅された光信号を所定のビームサイズ、ビーム形状に成形して空間中に放射する。このとき、光合波器６で合波した光信号を増幅、放射しているので、２つの波長λＯＮおよびλＯＦＦの光信号を、同時に放射していることとなる。なお、空間中に放射する２波長の光信号の送信パワーは、必ずしも同一である必要はないが、以下説明を簡単にするため、同一の送信パワーで放射するものとして説明を行う。
【００３７】
空間中に放射された２波長の光信号間には、計測対象となる気体に関する吸収係数が異なるため、空間中を伝搬する過程における減衰量に差が生じる。したがって、上記２波長の光信号間では、装置−ターゲット間の往復伝搬過程において減衰量の差が生じる。つまり、同じ送信パワーで２波長を送信した場合でも、受信光量においても、２波長間で差が生じる。
【００３８】
続いて、受信光学系９は、ターゲットからの散乱光を受信して光回路線、ここでは光ファイバに結合させ、光受信機１０に送る。
【００３９】
次に、光受信機１０は、受信光学系９を介して受信した受信光を直接検波して電気信号に変換し、電気信号分配器１１に送る。このとき、直接検波により、受信光の強度信号が電気信号に変換される。波長λＯＮの成分については周波数ｆｍ１で変調され、波長λＯＦＦの成分については周波数ｆｍ２で変調されているので、光受信機１０からの電気信号において、波長λＯＮの成分については周波数ｆｍ１、波長λＯＦＦの成分については周波数ｆｍ２を持つこととなる。
【００４０】
なお、上述したように、変調周波数ｆｍ１およびｆｍ２は、ベースバンド帯の周波数である。光受信機１０のトランスインピーダンスゲインは、受信周波数帯を低くすることで、より高い値に設定できることが知られている。したがって、本発明のように変調周波数をベースバンド帯とすることで、光受信機１０のトランスインピーダンスゲインを大きくして光受信感度を高くし、高い受信Ｓ／Ｎ比を実現することが可能となる。
【００４１】
次に、電気信号分配器１１は、光受信機１０からの電気信号を分配し、一方をフィルタ１２ａに、他の一方をフィルタ１２ｂに各々送る。次に、フィルタ１２ａおよび１２ｂは、電気信号分配器１１からの信号をフィルタリングし、信号処理器１３に送る。このとき、フィルタ１２ａおよび１２ｂはバンドパスフィルタであり、フィルタ１２ａについては周波数ｆｍ１、フィルタ１２ｂについては周波数ｆｍ２の成分のみを抽出するので、フィルタ１２ａからの信号は波長λＯＮの成分、フィルタ１２ｂからの信号は波長λＯＦＦの成分となる。
【００４２】
そして、信号処理器１３は、フィルタ１２ａおよび１２ｂからのフィルタリングされた信号を信号処理する。
【００４３】
具体的には、まず、２つのフィルタ１２ａおよび１２ｂからの２つの信号を各々Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換する。これにより２つのデジタル信号の時間波形は、周波数ｆｍ１およびｆｍ２の信号となる。次に、この時間波形の振幅もしくは電力を比較する。装置−ターゲット間の空間に、計測対象となる気体ほとんど存在しない場合、２波長が空間中の伝搬過程において受ける吸収の影響はいずれも殆どないので、２つの時間波形の振幅もしくは電力はほぼ同じとなる。
【００４４】
それに対し、装置−ターゲット間の空間に、計測対象となる気体が大きい濃度で存在する場合、２波長が空間中の伝搬過程において受ける吸収の影響は大きく、これに伴い、２つの時間波形の振幅にも大きな差が生じる。具体的には、波長λＯＮに対応する周波数ｆｍ１の成分の時間波形の振幅もしくは電力が、波長λＯＦＦに対応する周波数ｆｍ２の成分の時間波形の振幅もしくは電力と比較して、顕著に小さくなる。この時間波形の振幅もしくは電力の差異は、２波長の受信光量の差異と対応づけることができ、この受信光量の差異は２波長の空間中における計測対象となる気体に関する吸収量の差異に対応づけることができ、さらに、この吸収量の差異は空間中における気体の濃度と対応づけることができる。したがって、時間波形の振幅もしくは電力の差異から、空間中における計測対象となる気体の濃度を検出することが可能となる。
【００４５】
すなわち、本実施の形態１に係る差分吸収ライダ装置は、ターゲット（計測対象となる気体）に関する吸収係数が大きい第１の波長（λＯＮ）を持つ第１のＣＷ光信号を発生する第１の光源１ａと、前記ターゲットに関する吸収係数が小さい第２の波長（λＯＦＦ）を持つ第２のＣＷ光信号を発生する第２の光源１ｂと、前記第１の光源１ａから出力される前記第１のＣＷ光信号を分配する第１の光分配器３ａと、前記第２の光源１ｂから出力される前記第２のＣＷ光信号を分配する第２の光分配器３ｂと、前記第１及び第２の光分配器３ａ、３ｂから出力される前記第１及び第２のＣＷ光信号の波長を監視し、前記第１及び第２の波長に保持されるように、前記第１及び第２の光源１ａ、１ｂを制御する波長ロック回路２と、ベースバンド帯の第１の周波数（ｆｍ１）を持つ第１のＣＷ変調信号を出力する第１の発振器５ａと、ベースバンド帯の第２の周波数（ｆｍ２）を持つ第２のＣＷ変調信号を出力する第２の発振器５ｂと、前記第１の光分配器３ａから出力される前記第１のＣＷ光信号に前記第１のＣＷ変調信号で強度変調をかける第１の光強度変調器４ａと、前記第２の光分配器３ｂから出力される前記第２のＣＷ光信号に前記第２のＣＷ変調信号で強度変調をかける第２の光強度変調器４ｂと、前記第１及び第２の光強度変調器４ａ、４ｂから出力され強度変調された第１及び第２のＣＷ光信号を合波する光合波器６と、前記光合波器６から出力され合波された２波長の光信号を増幅する光アンプ７と、前記光アンプ７から出力され増幅された２波長の光信号を所定のビームサイズ、ビーム形状に成形して空間中に放射する送信光学系８とを設けたものである。
【００４６】
さらに、前記空間中に存在する前記ターゲットからの散乱光を受信する受信光学系９と、前記受信光学系９から出力される散乱光を直接検波して電気信号に変換する光受信機１０と、前記光受信機１０から出力される電気信号を分配する電気信号分配器１１と、前記電気信号分配器１１から出力され分配された電気信号から前記第１の周波数（ｆｍ１）成分のみを抽出する第１のフィルタ１２ａと、前記電気信号分配器１１から出力され分配された電気信号から前記第２の周波数（ｆｍ２）成分のみを抽出する第２のフィルタ１２ｂと、前記第１及び第２のフィルタ１２ａ、１２ｂから出力される２つの信号をデジタル信号に変換し、２つのデジタル信号の時間波形の振幅もしくは電力の差異から前記ターゲットの濃度を検出する信号処理器１３とを設けたものである。
【００４７】
以上説明した本実施の形態１に係る差分吸収ライダ装置では、２つの波長λＯＮおよびλＯＦＦの光信号を同時に送受する。したがって、この差分吸収ライダ装置が、例えば、人工衛星等の移動体に搭載されており、放射された光信号のターゲット上での照射スポットが逐次変化し、ターゲットの反射率が逐次変化してしまう場合においても、常に２波長成分が同じスポット、つまり同じ反射率の位置に照射されるので、移動体に搭載された場合においても高い精度で計測対象となる気体濃度を検出できる。
【００４８】
また、本実施の形態１に係る差分吸収ライダ装置では、送信光にベースバンド帯の周波数を用いているので、光受信機１０におけるトランスインピーダンスゲインを高くすることができ、高い受信Ｓ／Ｎ比で計測を行うことが可能である。これにともない、より高い精度で気体濃度を検出することが可能となる。
【００４９】
また、本実施の形態１に係る差分吸収ライダ装置では、送信光にベースバンド帯の周波数を用い、光受信方式に直接検波を用いているので、この差分吸収ライダ装置が、人工衛星等の移動体に搭載されており、装置−ターゲット間の距離が変化する場合においても、ドップラー周波数シフトの影響が小さい。具体的には、装置がターゲットに対して相対速度１０ｍ／ｓで移動している場合、光波長に関してはＭＨｚオーダーのドップラー周波数シフトが生じるので、光受信方式にヘテロダイン検波を用いる場合は、これに伴ってＭＨｚオーダーの広い周波数帯域の光受信機が必要となる。したがって、トランスインピーダンスゲインを低くせざるをえず、低い受信感度しか得られない。しかし、本実施の形態１では、周波数ｆｍ１およびｆｍ２をｋＨｚ程度としておけば、相対速度に相当するドップラー周波数シフトはＭＨｚオーダーに対して１０桁程度低い値となり、殆ど無視できる。これに伴い、移動体に搭載された場合においても、光受信機１０のトランスインピーダンスゲインを高いままに保持することが可能となる。
【００５０】
なお、以上に説明した本実施の形態１に係る差分吸収ライダ装置では、光受信機１０からの電気信号を電気信号分配器１１により２つに分配し、第１及び第２のフィルタ１２ａ、１２ｂにより所定の周波数成分を抽出した後、信号処理器１３に取り込んでいたが、光受信機１０からの電気信号を信号処理器１３に直接取り込んでＡ／Ｄ変換する構成としてもよい。この場合、信号処理器１３がＦＦＴをはじめとしたスペクトル解析手段を有するようにする。信号処理器１３において、光受信機１０からの電気信号の周波数スペクトルを計算し、周波数スペクトル上における所定の周波数成分、ここではｆｍ１及びｆｍ２の成分を検出し、この周波数成分の振幅または電力の差分から、計測対象となる気体濃度を検出する。このような構成としておけば、電気信号分配器１１並びに第１及び第２のフィルタ１２ａ、１２ｂを取り除くことができ、装置構成を簡略化することで装置のさらなる小型化および軽量化を実現できるという効果が生じる。
【００５１】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る差分吸収ライダ装置について図２及び図３を参照しながら説明する。図２は、この発明の実施の形態２に係る差分吸収ライダ装置の構成を示すブロック図である。
【００５２】
図２において、この実施の形態２に係る差分吸収ライダ装置は、上記の実施の形態１の差分吸収ライダ装置の構成部品に加えて、変調コード発生器１４と、電気ミキサ１５（１５ａ、１５ｂ、および１５ｃ）と、遅延器１６と、光ミキサ１７とが設けられている。
【００５３】
また、上記の実施の形態１では、発振器５は２個であったが、この実施の形態２では、発振器５は３個（５ａ、５ｂ、および５ｃ）である。他の構成部品については、上記の実施の形態１に示したのと同じである。
【００５４】
なお、光源１（１ａ、１ｂ）と、光分配器３（３ａ、３ｂ）と、波長ロック回路２とから光信号発生手段が構成される。また、発振器５（５ａ、５ｂ）と、変調コード発生器１４と、電気ミキサ１５（１５ａ、１５ｂ）と、光強度変調器４（４ａ、４ｂ）とから第２の光強度変調手段が構成される。また、光合波器６と、光アンプ７と、送信光学系８とから放射手段が構成される。また、受信光学系９と、発振器５ｃと、遅延器１６と、電気ミキサ１５ｃと、光ミキサ１７と、光受信機１０とから受信復調手段が構成される。さらに、電気信号分配器１１と、フィルタ１２（１２ａ、１２ｂ）と、信号処理器１３とから信号処理手段が構成される。
【００５５】
変調コード発生器１４は、電気ミキサ１５ａ、１５ｂ、並びに遅延器１６に接続されている。電気ミキサ１５ａは、発振器５ａおよび光強度変調器４ａの間に挿入されて接続されている。同様に、電気ミキサ１５ｂは、発振器５ｂおよび光強度変調器４ｂの間に挿入されて接続されている。遅延器１６は、電気ミキサ１５ｂ及び１５ｃの間に挿入されて接続されている。電気ミキサ１５ｃは、発振器５ｃおよび光ミキサ１７に接続されている。光ミキサ１７は、受信光学系９と光受信機１０の間に挿入されて接続されている。
【００５６】
また、変調コード発生器１４と電気ミキサ１５ａの間は、電線ケーブルにより接続されている。同様に、変調コード発生器１４と電気ミキサ１５ｂとの間、変調コード発生器１４と遅延器１６との間、電気ミキサ１５ａと発振器５ａとの間、電気ミキサ１５ａと光強度変調器４ａとの間、電気ミキサ１５ｂと発振器５ｂとの間、電気ミキサ１５ｂと光強度変調器４ｂとの間、遅延器１６と電気ミキサ１５ｃとの間、電気ミキサ１５ｃと発振器５ｃとの間、電気ミキサ１５ｃと光ミキサ１７との間は、全て電線ケーブルにより接続されている。
【００５７】
一方、光ミキサ１７と受信光学系９との間、光ミキサ１７と光受信機１０との間は、光回路線、具体的には光ファイバにより接続されている。他の接続については、上記の実施の形態１に示したのと同じである。
【００５８】
図２において、発振器５ａ、５ｂ、および５ｃは、ＣＷ電気信号をそれぞれ発生させて電気ミキサ１５ａ、１５ｂ、および１５ｃに送る機能を有している。上記の実施の形態１においては、発振器５ａおよび５ｂからの変調信号周波数はベースバンド帯のｆｍ１およびｆｍ２であったが、この実施の形態２においては、この周波数は、ｆｍ＋ｆｍ１およびｆｍ＋ｆｍ２である。さらに、発振器５ｃから発生させる信号の周波数は、ｆｍである。ここで、ｆｍ１およびｆｍ２は、上記ｎ実施の形態１と同様、例えば１ｋＨｚ程度のベースバンド帯の周波数であるが、ｆｍは、例えば１００ＭＨｚ程度のマイクロ波帯の周波数である。
【００５９】
変調コード発生器１４は、所定のコード幅を持つ擬似ランダム系列、例えばＭ系列からなる変調コードを発生させ、電気ミキサ１５ａ、１５ｂ、および遅延器１６に送る機能を有している。遅延器１６は、変調コード発生器１４からの変調コードに遅延をかけ、電気ミキサ１５ｃに送る機能を有している。電気ミキサ１５ａ、１５ｂ、および１５ｃは、発振器５ａ、５ｂ、および５ｃからの信号に対して、入力された変調コードに基づいて、さらに変調、例えばＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying：２相位相変調）変調をかけ、この信号を、変調信号として光強度変調器４ａ、４ｂに、復調信号として光ミキサ１７に、各々送る機能を有している。
【００６０】
光ミキサ１７は、入力された復調信号にもとづいて、受信光学系９で受信した受信光が受けている強度変調の周波数を復調する機能を有している。
【００６１】
つぎに、この実施の形態２に係る差分吸収ライダ装置の動作について図面を参照しながら説明する。図３は、この発明の実施の形態２に係る差分吸収ライダ装置の動作を説明するための図である。
【００６２】
まず、光源１ａと１ｂから、上記の実施の形態１と同様、２波長のＣＷ光信号を送信する。
【００６３】
次に、上記の実施の形態１と同様、光分配器３ａと３ｂは、光源１ａおよび１ｂからの光信号を分配して、一方を光強度変調器４ａおよび４ｂに、他の一方を波長ロック回路２に送る。このとき、波長ロック回路２は、上記の実施の形態１と同様、光源１ａおよび１ｂの送信光波長が所望の値に保持されるように、光源１ａおよび１ｂに対して制御をかける。
【００６４】
次に、発振器５ａ、５ｂ、および５ｃは、互いに異なる周波数ｆｍ＋ｆｍ１、ｆｍ＋ｆｍ２、およびｆｍを持つＣＷ信号（電気信号）を出力する。さらに、変調コード発生器１４は、所定のコード幅（ここではΔｔ）を持つ擬似ランダム系列信号、ここではＭ系列信号を発生させる。
【００６５】
電気ミキサ１５ａおよび１５ｂは、図３に示すように、発振器５ａおよび５ｂからの信号と変調コード発生器１４からの信号をミキシングして、周波数ｆｍ＋ｆｍ１およびｆｍ＋ｆｍ２、コード幅ΔｔのＢＰＳＫされた変調信号を生成し、光強度変調器４ａおよび４ｂに送る。
【００６６】
また、遅延器１６は、入力された変調コードに対して時間τだけ遅延させた信号を出力する。電気ミキサ１５ｃは、図３に示すように、発振器５ｃからの信号と遅延器１６からの信号をミキシングして、周波数ｆｍ、コード幅ΔｔのＢＰＳＫされた復調信号を生成し、光ミキサ１７に送る。
【００６７】
光強度変調器４ａおよび４ｂは、電気ミキサ１５ａおよび１５ｂからの信号に基づいて、光分配器３ａおよび３ｂからのＣＷ光信号に強度変調をかける。これにより、図３に示すように、光源１ａからの波長λＯＮを持つ送信光については、周波数ｆｍ＋ｆｍ１、コード幅ΔｔでＢＰＳＫ強度変調され、光源１ｂからの波長λＯＦＦを持つ送信光については、周波数ｆｍ＋ｆｍ２、コード幅ΔｔでＢＰＳＫ強度変調される。
【００６８】
次に、光合波器６は、光強度変調器４ａおよび４ｂからのＢＰＳＫ強度変調された光信号を合波し、上記の実施の形態１と同様、光アンプ７に送る。次に、上記の実施の形態１と同様、光アンプ７は、光合波器６からの合波された２波長の光信号を増幅した後、送信光学系８に送る。次に、送信光学系８は、上記の実施の形態１と同様、光アンプ７からの増幅された光信号を所定のビームサイズ、ビーム形状に成形して空間中に光信号を放射する。このとき、上記の実施の形態１と同様、光合波器６で合波した光信号を増幅、放射しているので、２つの波長λＯＮおよびλＯＦＦの光信号を、同時に放射していることとなる。
【００６９】
一方、受信光学系９は、ターゲットからの散乱光を受信して光回路線、ここでは光ファイバに結合させ、光ミキサ１７に送る。
【００７０】
次に、光ミキサ１７は、電気ミキサ１５ｃから入力された復調信号にもとづいて、受信光学系９で受信した受信光が受けている強度変調の周波数を復調し、復調後の光信号を光受信機１０に送る。このとき、図３に示すように、光ミキサ１７から出力される光信号の強度変調の周波数は、受信光学系９からの受信光が受けている強度変調周波数と、電気ミキサ１５ｃから入力された復調信号周波数の差の周波数となる。つまり、波長λＯＮの成分については、（ｆｍ＋ｆｍ１）−ｆｍ＝ｆｍ１となり、波長λＯＦＦの成分については、（ｆｍ＋ｆｍ２）−ｆｍ＝ｆｍ２となる。
【００７１】
また、変調信号および復調信号にはＢＰＳＫ変調が施されている。したがって、図３に示すように、遅延器１６で与えた遅延時間τが、装置−ターゲット間の光信号往復時間と同じである場合は、理想的な復調が行われ、光ミキサ１７からの光信号の強度変調の波形は、周波数ｆｍ１およびｆｍ２の理想的な正弦波となる。それに対し、図３に示すように、遅延時間τが、装置−ターゲット間の光信号往復時間と同じでない場合は、理想的な復調が行われないため、光ミキサ１７からの光信号の強度変調の波形は、コード幅Δｔ毎に擬似ランダム変調されたランダム的な波形となる。
【００７２】
次に、光受信機１０は、光ミキサ１７により復調した光信号を直接検波して電気信号に変換し、電気信号分配器１１に送る。このとき、直接検波により、受信光の強度信号が電気信号に変換されるが、上記の実施の形態１と同様、光受信機１０の受信帯域幅をベースバンド帯に制限しておく。このようにしておくと、光ミキサ１７において、遅延時間τが装置−ターゲット間光往復時間と同じであり理想的な復調が行われた場合は、ベースバンド周波数ｆｍ１およびｆｍ２の強度変調成分が抽出される。それに対し、遅延時間τが装置−ターゲット間光往復時間と異なり、光信号の強度変調の波形がコード幅Δｔ毎に擬似ランダム変調されたランダム的な波形となる。１／Δｔの値を光受信機１０の受信帯域幅に対して十分大きな値に設定しておけば、図３に示すように、このラムダム的な成分、つまり装置−ターゲット間の距離の光信号の往復時間が遅延時間τと同じでない成分は抽出されない。
【００７３】
そして、光受信機１０からの信号については、上記の実施の形態１と同様に、分配、フィルタリング、信号処理を行うことで、計測対象となる気体の濃度を求めることが可能である。
【００７４】
すなわち、本実施の形態２に係る差分吸収ライダ装置は、ターゲット（計測対象となる気体）に関する吸収係数が大きい第１の波長（λＯＮ）を持つ第１のＣＷ光信号を発生する第１の光源１ａと、前記ターゲットに関する吸収係数が小さい第２の波長（λＯＦＦ）を持つ第２のＣＷ光信号を発生する第２の光源１ｂと、前記第１の光源１ａから出力される前記第１のＣＷ光信号を分配する第１の光分配器３ａと、前記第２の光源１ｂから出力される前記第２のＣＷ光信号を分配する第２の光分配器３ｂと、前記第１及び第２の光分配器３ａ、３ｂから出力される前記第１及び第２のＣＷ光信号の波長を監視し、前記第１及び第２の波長に保持されるように、前記第１及び第２の光源１ａ、１ｂを制御する波長ロック回路２と、ベースバンド帯の第１の周波数（ｆｍ１）及びマイクロ波帯の周波数（ｆｍ）を含む周波数（ｆｍ＋ｆｍ１）を持つ第１のＣＷ電気信号を出力する第１の発振器５ａと、ベースバンド帯の第２の周波数（ｆｍ２）及びマイクロ波帯の周波数（ｆｍ）を含む周波数（ｆｍ＋ｆｍ２）を持つ第２のＣＷ電気信号を出力する第２の発振器５ｂと、所定のコード幅（Δｔ）を持つ擬似ランダム系列である変調コードを発生する変調コード発生器１４と、前記第１の発振器５ａから出力される前記第１のＣＷ電気信号に前記変調コードでＢＰＳＫ変調をかけて第１の変調信号として出力する第１の電気ミキサ１５ａと、前記第２の発振器５ｂから出力される前記第２のＣＷ電気信号に前記変調コードでＢＰＳＫ変調をかけて第２の変調信号として出力する第２の電気ミキサ１５ｂと、前記第１の光分配器３ａから出力される前記第１のＣＷ光信号に前記第１の変調信号で強度変調をかける第１の光強度変調器４ａと、前記第２の光分配器３ｂから出力される前記第２のＣＷ光信号に前記第２の変調信号で強度変調をかける第２の光強度変調器４ｂと、前記第１及び第２の光強度変調器４ａ、４ｂから出力され強度変調された第１及び第２のＣＷ光信号を合波する光合波器６と、前記光合波器６から出力され合波された２波長の光信号を増幅する光アンプ７と、前記光アンプ７から出力され増幅された２波長の光信号を所定のビームサイズ、ビーム形状に成形して空間中に放射する送信光学系８とを設けたものである。
【００７５】
さらに、前記空間中に存在する前記ターゲットからの散乱光を受信する受信光学系９と、マイクロ波帯の周波数（ｆｍ）を持つ第３のＣＷ電気信号を出力する第３の発振器５ｃと、前記変調コード発生器１４から出力される前記変調コードを、装置−ターゲット間の光信号往復時間と同じ時間（τ）だけ遅延させる遅延器１６と、前記第３の発振器５ｃから出力される前記第３のＣＷ電気信号に前記遅延された変調コードでＢＰＳＫ変調をかけて復調信号として出力する第３の電気ミキサ１５ｃと、前記復調信号に基づいて、前記受信光学系９から出力される散乱光が受けている強度変調の周波数を復調する光ミキサ１７と、前記光ミキサ１７から出力され復調された光信号を直接検波して電気信号に変換する光受信機１０と、前記光受信機１０から出力される電気信号を分配する電気信号分配器１１と、前記電気信号分配器１１から出力され分配された電気信号から前記第１の周波数（ｆｍ１）成分のみを抽出する第１のフィルタ１２ａと、前記電気信号分配器１１から出力され分配された電気信号から前記第２の周波数（ｆｍ２）成分のみを抽出する第２のフィルタ１２ｂと、前記第１及び第２のフィルタ１２ａ、１２ｂから出力される２つの信号をデジタル信号に変換し、２つのデジタル信号の時間波形の振幅もしくは電力の差異から前記ターゲットの濃度を検出する信号処理器１３とを設けたものである。
【００７６】
上記の実施の形態１では、複数距離の複数ターゲットからの受信光が重畳する場合において、ある特定のターゲットからの受信光成分のみを抽出することができなかったが、この実施の形態２では、遅延時間τを、所望とするターゲットまでの光信号の往復時間と同じに設定すれば、所望とするターゲットからの受信光と、それ以外からの受信光とを区別することが新たに可能となる。さらに、遅延時間を可変する遅延時間可変手段を有すれば、遅延時間を逐次変化させて光受信機１０から出力される信号の振幅が高くなる遅延時間を検索することで、複数距離の複数ターゲットの各々の距離を知ることも可能となる。さらに、例えば本装置を人工衛星等の移動体に搭載して計測を行い、装置−ターゲット間距離が逐次変化する場合においても、遅延時間を逐次変化させる機能を使うことで、所望のターゲットからの受信光に対して常に理想的な復調を行うことが可能となる。
【００７７】
なお、以上に説明した本実施の形態２に係る差分吸収ライダ装置では、上記実施の形態１において記載したのと同様、光受信機１０からの電気信号を信号処理器１３に直接取り込んでＡ／Ｄ変換し、スペクトル解析手段を用いて計測対象となる気体濃度を検出する構成としてもよい。このような構成としておけば、上記実施の形態１において記載したのと同じ理由により、装置構成を簡略化することで装置のさらなる小型化および軽量化を実現できるという効果が生じる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】この発明の実施の形態１に係る差分吸収ライダ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態２に係る差分吸収ライダ装置の構成を示すブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係る差分吸収ライダ装置の動作を説明するための図である。
【符号の説明】
【００７９】
１、１ａ、１ｂ  光源、２  波長ロック回路、３、３ａ、３ｂ  光分配器、４、４ａ、４ｂ  光強度変調器、５、５ａ、５ｂ、５ｃ  発振器、６  光合波器、７  光アンプ、８  送信光学系、９  受信光学系、１０  光受信機、１１  電気信号分配器、１２、１２ａ、１２ｂ  フィルタ、１３  信号処理器、１４  変調コード発生器、１５、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ  電気ミキサ、１６  遅延器、１７  光ミキサ。
【図１】
0004657956.tif 000002
【図２】
0004657956.tif 000003
【図３】
0004657956.tif 000004