(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の監視位置から水平に旋回しながらそのまわりに波長０．４μｍ以下の目に対して安全なレーザ光（５）を水平走査して照射し、そのミー散乱光（７）を受光して、ミー散乱光の強度Ｉと照射から受光までの時間ｔとから、大気中の浮遊粒子の相対濃度とその存在地点を計測し、
前記水平走査において、遠距離の計測が必要な角度範囲に関しては走査速度を遅らせ高精度の計測を行い、近距離計測の必要性しかない角度範囲に対しては、走査速度を速めて迅速な計測を行い、
かつ建屋や煙突、装置等の影響を防止するため、計測角度区分毎に計測仰角を変化させて計測を実施する、ことを特徴とするアイセーフなレーザレーダ監視方法。
【請求項２】
前記レーザ光（５）として、レーザ光のビーム径を広げて目に対して安全な強度Ｉ０まで下げた波長０．３５５μｍのＮｄ：ＹＡＧ  ＴＨＧレーザを使用する、ことを特徴とする請求項１に記載のアイセーフなレーザレーダ監視方法。
【請求項３】
建屋屋上若しくは鉄塔（１６）上に装置を設置し、レーザ光を水平に走査して上空の粉塵濃度相対分布を求める、ことを特徴とする請求項１に記載のアイセーフなレーザレーダ監視方法。
【請求項４】
各シーケンス計測毎に、本計測前に気象データ取得用に短時間計測を実施し、データ解析して求められた大気の消散係数から視程を求め、この視程が所定のしきい値より低い場合は、悪天候と判断して計測をキャンセルし、次回の計測まで待機する、ことを特徴とする請求項１に記載のアイセーフなレーザレーダ監視方法。
【請求項５】
近傍のデータと遠方のデータを別のチャンネルでＡＤ変換し、後で１つのデータとして結合させる、ことを特徴とする請求項１に記載のアイセーフなレーザレーダ監視方法。
【請求項６】
受信信号を距離補正し、設定値以下の信号となった場合、固体障害物（ハードターゲット）として検出し不要な信号を全て除去する遠距離ハードターゲット信号除去を行う、ことを特徴とする請求項１に記載のアイセーフなレーザレーダ監視方法。
【請求項７】
水蒸気に相当する設定値以上のデータをゼロとする、ことを特徴とする請求項１に記載のアイセーフなレーザレーダ監視方法。
【請求項８】
あらかじめ設定された領域における計測値をもってバックグラウンドとし、この信号を全計測結果から差し引くバックグラウンド補正を行う、ことを特徴とする請求項１に記載のアイセーフなレーザレーダ監視方法。
【請求項９】
計測結果を色階調に変換し、工場敷地内外の地図若しくはＣＣＤ画像場に重ねて表示する、ことを特徴とする請求項１に記載のアイセーフなレーザレーダ監視方法。
【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係わり、更に詳しくは、アイセーフなレーザレーダ監視方法に関する。
【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１２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の相対密度（相対濃度）分布を検出するようになっている。なお、この図で１ａはコリメータ、１ｂはレーザ電源制御部、４ａはアンプ、４ｂはレコーダ、４ｃはコンピュータである。
【０００３】
かかるレーザレーダ装置を用いることにより、製鉄所等の工場、ゴミ焼却場、火力発電所、高速道路や一般道、建設作業現場、廃棄物処分場、その他人為的に発生する煤煙、煙流、粉塵及び灰塵並びに、春季の山林から発散する花粉、火山からの噴煙、霧、その他自然界で発生するエアロゾル等の浮遊粒子状物質の２次元若しくは３次元分布を計測することができる。
【０００４】
なお、かか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、特開平８−１３６４５５号、特開平９−１１３６２０号等に開示されている。
【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は、大気中の浮遊粒子（粉塵等）の相対濃度分布を短時間で高精度に計測できる特徴があり気象、環境科学研究用として使用されている。しかし次の問題点により工業応用として一般的な使用までには至っていない。
（１）目に対して危険な波長域（可視域、近赤外）のレーザを光源として使用していた。
（２）レーザレーダ装置はレーザ装置、高感度光検知器、高速・大容量データ処理システムという高度で精密な装置で構成されているため、装置の運転及び計測において高度な技術を必要とし、レーザ技術者や研究者等の専門家しか取り扱えなかった。すなわち取り扱いの容易なレーザレーダ装置が存在しなかった。
（３）耐環境性を考慮した装置が存在しなかった。
（４）計測装置の自動化（無人運転）が為されていなかった。
（５）計測結果の評価法が確立していなかった。
【０００６】
すなわち、現在までにミー散乱光を計測するレーザレーダ装置は様々なものが開発されており、本発明に関係するミー散乱レーザレーダに関して使用するレーザ別に次のように区分することが出来る。
Ａ．波長０．３５５μｍのＮｄ：ＹＡＧ  ＴＨＧ  レーザレーダ
Ｂ．波長０．５３２μｍのＮｄ：ＹＡＧ  ＳＨＧレーザレーダ
Ｃ．波長１．０６μｍのＮｄ：ＹＡＧレーザレーダ
Ｄ．波長１．４μｍのＯＰＯレーザレーダ
Ｅ．波長２μｍのレーザレーダ
【０００７】
このうち、ＢとＣは人の目の網膜に損傷を与えないアイセーフ性がなかった。すなわち、Ｂの波長０．５３２μｍのＮｄ：ＹＡＧ  ＳＨＧ  レーザレーダはミー散乱レーザレーダとして、頻繁に使用されるレーザレーダであるが、この波長はアイセーフ性がないため、工業計測として安全に使用することが出来ない。更に、このレーザレーダ装置において、レーザ光強度を大幅に下げて、アイセーフ性を確保することもできるが（例えばマイクロパルスライダー）、レーザの波長が可視域のため秘匿性はない。
ここでアイセーフ性とは、一度損傷すると回復不可能な網膜に対する安全性をいい、レーザの波長域としては、０．４μｍ以下の紫外線及び１．４μｍ以上の赤外線をいう。さらに、光強度についてはＪＩＳ６８０２の最大許容露光量（ＭＰＥ）で規定された波長帯及び露光時間別の光強度以下のものを指す。
【０００８】
また、Ｃの波長１．０６μｍのＮｄ：ＹＡＧ  レーザレーダもＡと同様にアイセーフ性はない。又、この波長では、０．５３２μｍと比べて検知器感度が低下するため、このレーザレーダをマイクロパルス化してアイセーフ性を確保することは困難である。
【０００９】
一方、Ａ，Ｄ，Ｅはアイセーフ性を有するが、以下の問題点があった。
Ａの波長０．３５５μｍのＮｄ：ＹＡＧ  ＴＨＧ  レーザレーダは、計測信号にレイリー散乱信号を含み、このレイリー散乱信号の影響で、浮遊粒子状物質を計測するレーザレーダ装置としては使用できなかった。また、屋外設置用に環境対策を施し、走査装置を含めた走査型の工業用に使用できなかった。
【００１０】
Ｄの波長１．４μｍのＯＰＯレーザレーダはアイセーフ性は有するが、検知器感度が低く、高出力を必要とし装置が大型化する問題点があった。
また、Ｅの波長２μｍのレーザレーダもアイセーフ性を有するが、高感度の検知器が存在せず小型化は困難である。
【００１１】
本発明は上述した種々の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、耐環境性が高く、計測装置の自動化ができ、取り扱いが容易であるアイセーフなレーザレーダ監視方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、所定の監視位置から水平に旋回しながらそのまわりに波長０．４μｍ以下の目に対して安全なレーザ光（５）を水平走査して照射し、そのミー散乱光（７）を受光して、ミー散乱光の強度Ｉと照射から受光までの時間ｔとから、大気中の浮遊粒子の相対濃度とその存在地点を計測し、
前記水平走査において、遠距離の計測が必要な角度範囲に関しては走査速度を遅らせ高精度の計測を行い、近距離計測の必要性しかない角度範囲に対しては、走査速度を速めて迅速な計測を行い、
かつ建屋や煙突、装置等の影響を防止するため、計測角度区分毎に計測仰角を変化させて計測を実施する、ことを特徴とするアイセーフなレーザレーダ監視方法が提供される。
【００１３】
この方法により、大気中の浮遊粒子（粉塵等）の相対濃度分布を短時間で高精度に計測でき、かつ人の目に損傷を与えないアイセーフ性と計測作業が第３者に知られない秘匿性とを確保することができる。
【００１４】
また、上述した本発明の方法により、遠距離の高精度の計測を実施し、かつ近距離の走査速度を速めて迅速な計測を行うことにより、計測精度を低下させずに全計測時間の短縮が可能となる。
【００１５】
また、上述した本発明の方法により、計測角度区分毎に建物等の影響を防止し、かつ最も粉塵発生料の多い高度の計測が可能となる。
【００１６】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記レーザ光（５）として、レーザ光のビーム径を広げて目に対して安全な強度Ｉ０まで下げた波長０．３５５μｍのＮｄ：ＹＡＧ  ＴＨＧレーザを使用する。ここで目に対する安全な強度Ｉ０はＪＩＳ６８０２に規定されたＭＰＥ以下とする。
この方法により、アイセーフ性と秘匿性を確保したまま、装置を小型化することができる。
【００１７】
また、建屋屋上若しくは鉄塔（１６）上に装置を設置し、レーザ光を水平に走査して上空の粉塵濃度相対分布を求める。この方法により、工場上空等の粉塵濃度の相対分布を求めることができる。
【００１８】
また、各シーケンス計測毎に、本計測前に気象データ取得用に短時間計測を実施し、データ解析して求められた大気の消散係数から視程を求め、この視程が所定のしきい値より低い場合は、悪天候と判断して計測をキャンセルし、次回の計測まで待機する。又、専用の感雨センサにより、降雨の検出を行い、降雨時には計測をキャンセルすることができる。
この方法により、計測に適しない気象条件の計測シーケンスを自動でキャンセルすることができる。
【００１９】
また、近傍のデータと遠方のデータを別のチャンネルでＡＤ変換し、後で１つのデータとして結合させる。この方法により、遠方データに含まれる量子化雑音を低減して広いダイナミックレンジの計測ができる。
【００２０】
また、受信信号を距離補正し、設定値以下の信号となった場合、固体障害物（ハードターゲット）として検出し不要な信号を全て除去するハードターゲット信号除去を行う。この方法により、煙突やタンク等の固体表面からの強い信号（ハードターゲット信号）を除去することができる。
【００２１】
また、水蒸気に相当する設定値以上のデータをゼロとする。この方法により、多量の水蒸気を高濃度の粉塵として計測するのを防ぐことができる。
【００２２】
また、あらかじめ設定された空における計測値をもってバックグラウンドとし、この信号を全計測結果から差し引くバックグラウンド補正を行う。この方法により、粉塵以外の要因（空気分子のレイリー散乱、気象状況、黄砂、エアロゾル等）の影響を無くすことができる。
【００２３】
また、計測結果を色階調に変換し、工場敷地内外の地図若しくはＣＣＤ画像場に重ねて表示する。この方法により、計測結果と工場の配置等から粉塵の発生場所や拡散の様子をわかりやすく表示することができる。
【００２４】
【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。
【００２５】
図１は、本発明に関連するアイセーフなレーザレーダ監視装置の構成図である。この図に示すように、本発明に関連するアイセーフなレーザレーダ監視装置は、波長０．４μｍ以下の目に対して安全なレーザ光を放射するレーザ装置１と、散乱体によるミー散乱光を検出する光検出器３を有する受信望遠鏡２と、レーザ装置１及び受信望遠鏡２を水平走査する走査装置８と、検出したミー散乱光をデータ処理するデータ処理装置４とを備える。
【００２６】
すなわち、本発明に関連するアイセーフなレーザレーダ監視装置は、レーザとして波長０．４μｍ以下の目に対して安全なレーザ（０．３５５μｍのＮｄ：ＹＡＧ  ＴＨＧ  レーザ等）を使用し、アイセーフ性を確保する。アイセーフ性の確保のためには、光強度をＪＩＳ６８０２で規定されているＭＰＥ以下にする。又、光検知器３として高感度の光電子増倍管を使用することによりレーザ装置及び受光望遠鏡等の小型化を図っている。この検知器は高速応答でありながら受光面積が大きいため、振動等による光軸の変化に強く、微妙な光軸調整が不要である。従って、取り扱いの容易な装置とする事ができる。
【００２７】
このアイセーフなレーザレーダ監視装置を屋外の工場全体を見渡せる高い場所に設置し、光ファイバーケーブルによるＬＡＮや無線通信等の通信手段を介して遠隔で自動運転する事により工場上空の粉塵相対濃度を定期的に自動計測するレーザレーダ監視装置とすることが出来る。
【００２８】
このアイセーフなレーザレーダ装置はレーザを工場上空においてほぼ水平に走査し、上空の粉塵相対濃度の水平分布を計測する。この装置は無人の自動運転を実現するために予め設定された計測シーケンスに基づき計測を連続して実施する（シーケンス計測機能）。また降雨及び濃霧等の計測が出来ない気象状況を自動的に判別し、計測を中断する機能を有している（気象条件自動判別機能）。
更に、計測面上に存在する煙突、建屋、水蒸気等からの信号を自動的に除去する機能を有している（不要信号除去機能）。
【００２９】
以下、本発明の特徴点を説明する。
（１）図２は、本発明に関連するアイセーフなレーザレーダ監視装置の外観図である。この図に示すように、本発明に関連するアイセーフなレーザレーダ監視装置は、屋外に固定設備として設置可能な耐環境性を備えている。
【００３０】
図１に示した監視装置のレーザレーダ部及び補機類は全てドーム装置９内に収納されている。ドーム装置９はドーム回転部９ａとドーム固定部９ｂに分かれている。レーザ光はドーム回転部９ａに設置した光学窓１０を介して外部に放射され、後方散乱光は光学窓１０を介して望遠鏡２内に入射する。ドーム回転部９ａはレーザレーダ装置の水平走査に伴い同期して回転し光学窓１０を介した計測が常時可能となっている。ドーム装置９内の環境はエアコンにより一定温度に管理され、レーザレーダの性能の安定化を図り、耐環境性を確保している。
【００３１】
ドーム回転部９ａの光学窓１０にはスライドドアー１１が設置されている。スライドドアー１１は、光学窓１０を保護するためのカバーで、計測時は開となり計測が可能なように光学窓１０を外界に暴露するが、計測時以外は光学窓１０をカバーして水滴や汚染粒子の付着による窓の汚れを防止する機能を有している。さらに、光学窓１０は清浄な乾燥空気により常時パージされ、窓の汚れ付着を防止する機能を備えている。
【００３２】
窓の汚れをモニターし、汚れが増加した場合に遠隔制御装置に表示させる機能を有している。図３は窓汚れモニター装置の一例である。ドーム内の光学窓１０の内側に半導体レーザの送受光装置１４を設置し、光学窓１０の外部のスライドドアー１１の内側に半導体レーザ（ＬＤ）光の反射鏡１２を設置する。スライドドアー１１が閉まっているときにＬＤを発振させる。ＬＤ光は光学窓１０を透過し反射鏡１２により反射し、再度光学窓１０を透過しＬＤ受光装置１４により検知される。光学窓１０が汚れた場合は汚れによりＬＤ光が散乱され、検知されたＬＤ光の強度が低下する。従って、このＬＤ光の低下により光学窓１０の汚れを検知する。反射鏡１０の汚れによるＬＤ光の低下を防ぐため、スライドドアーの内側に反射鏡１２を設置している。また、光学窓表面からの反射による影響を防止するため、ＬＤ光と同一の直線偏光の光は偏光フィルター１３によりカットする。
【００３３】
図４は、本発明に関連するアイセーフなレーザレーダ監視装置のシステム構成図であり、図５は、別のシステム構成図である。
【００３４】
本発明に関連するアイセーフなレーザレーダ監視装置光ファイバーケーブルや無線通信等により構築された社内ＬＡＮ若しくは専用回線により遠隔に制御される。装置本体から離れて設置された遠隔制御装置１５から計測指示が本体制御装置に送られ、計測が実施される。計測終了後、計測データは本体制御装置から遠隔制御装置１５に送られ、解析、表示等が実施される。なお、このシステムでは装置設置工場内その他で計測されている風向風速計の計測結果データをＬＡＮを介して自動的に取り込み計測結果と一緒に地図上に表示させることが可能である。
【００３５】
（２）図６は、本発明による水平走査によるレーザレーダ計測を示す図である。この図に示すように、本発明の方法では、工場上空の粉塵濃度相対分布を求めるために、建屋屋上若しくは鉄塔等１６に装置を設置し、レーザ光を水平に走査することにより計測を実施する。
【００３６】
図７は、本発明による水平走査方法を示す図である。この図に示すように、計測対象計測角度区分毎にレーザ光の走査速度を変化させながら計測を実施する。この事により、遠距離の計測が必要な角度範囲に関しては走査速度を遅らせ高精度の計測を行い、近距離計測の必要性しかない角度範囲に対しては、走査速度を速め、迅速な計測が出来るようにした。更に、この機能により、計測距離によらずほぼ一定の計測分解能となるように出来る。また、この機能により、１回の全計測時間を短縮することが出来る。
【００３７】
本発明に関連するアイセーフなレーザレーダ監視装置は、工場内外上空の粉塵相対濃度を計測する装置である。工場内には高さの違った建屋や煙突、装置等が混在するため、粉塵の発生が予想される高度もそれぞれ異なっている。それに対応するため、計測角度区分毎に計測仰角を変化させて計測を実施する。この事により、計測角度区分毎に建物等の影響を防止し、しかも最も粉塵発塵量の多い場所（高度）の計測が可能となる（図７）。また、計測したい仰角（粉塵の発生する高さ）は建屋や煙突等の高さの他に、風向風速によっても変化する。従って、ＬＡＮ等により取得した風向風速データから最適な計測仰角を求め、これにより計測を行うことも可能である。
【００３８】
（３）気象条件自動判別機能
粉塵発生及びレーザレーダ計測は大気条件の影響を受ける。粉塵の場合、冬季のように乾燥した晴天で強風の場合は発塵は多いが、多湿で雨天のように天候が悪化した場合は粉塵の発塵はない。
またレーザレーダは晴天では長距離計測が可能であるが雨天や霧のような悪天候の場合は計測距離は短くしかも雨滴や霧を計測する危険性がある。更にレーザレーダの光学窓に雨滴が付着すると汚れが進みレーザレーダの計測性能を悪化させる可能性がある。従って計測に適さない気象条件の場合は当該時刻の計測シーケンスをキャンセルする機能を有している。
【００３９】
この気候判断はレーザレーダの短時間計測による計測結果により行われる。気象条件の判定はレーザレーダ計測により求められた大気の消散係数から視程を求める事により行われる。視程が長い（良好な）場合は、気象状況が良好で、レーザ光の大気中の透過率が高くレーザレーダ計測に適した条件である。視程が短い場合は、降雨や霧等が存在し、レーザ光の大気中の透過率が低くレーザレーダ計測には不適の場合である。
レーザレーダの計測結果を解析して得られた大気の消散係数（αＭ）と視程（Ｒｖ）との間には一般的に（数１）の式（１）の関係がある。
【００４０】
【数１】
0004712188.tif 000002
【００４１】
ここで、  ｑ＝０．５８５Ｒｖ１／３  （但し、Ｒｖ＜６ｋｍの場合）、ｑ＝１．３（Ｒｖ＞６ｋｍ）である。この式（１）により視程を求め、視程がある値を超えた場合は計測を中止する。
【００４２】
具体的には各シーケンス計測毎に、本計測前に気象データ取得用に短時間計測を実施しデータ解析を行う。この結果から悪天候（降雨や濃霧等による視程の悪化）と判断した場合はこの回の計測をキャンセルし、次回の計測まで待機する機能を有している。この計測において、取得したデータに対してスロープ法若しくはクレット法により消散係数を求め、その値が設定値以上の場合は雨天悪化として計測をキャンセルする。スロープ法及びクレット法については例えば次の論文による。
“Ｌｉｄａｒ  Ｓｅｎｓｉｎｇ  ｏｆ  Ａｅｒｏｓｏｌｓ  ａｎｄ  Ｃｌｏｕｄｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  Ｔｒｏｐｏｓｐｈｅｒｅ  ａｎｄ  Ｓｔｒａｔｏｓｐｈｅｒｅ”，  ＰＲＯＣＥＥＤＩＮＧ  ＯＦ  ＴＨＥ  ＩＥＥＥ，  ＶＯＬ．  ７７，  ＮＯ．３，  １９８９
以上の方法と併用して、降雨計を設置しそのデータも気象判断に使用すればより確実となる。
【００４３】
（４）不要信号除去機能
図８は、従来のＡＤ変換方法を示す図であり、図９は、本発明のＡＤ変換方法を示す図である。計測データはＡＤ変換器でアナログデータからデジタルデータに変換されるが、遠方のデータは近傍のデータと比べてその信号レベルが１／１００以下となるため、遠方データでは量子化雑音が無視できなくなる。そこで近傍のデータと遠方のデータを別のチャンネルでＡＤ変換し、後で１つのデータとして結合させることにより量子化雑音の低く広いダイナミックレンジの計測が出来る（図９）。ここで図９（Ａ）は光検知器を１台とした場合、（Ｂ）は光検知器を別とした場合である。
【００４４】
図１０は、本発明による固体障害物（ハードターゲット）信号の処理方法を示す図である。
工場上空には高い煙突やタンク等が存在し、これがレーザを遮る場合がある。この結果、固体表面から強い信号（ハードターゲット信号）が装置に戻り、高濃度の粉塵として計測される場合がある。そのため、このハードターゲットによる強い信号をソフト的に除去する機能を有している。
図１０にレーザレーダのハードターゲット信号の概念図を示す。図１０（Ａ）はハードターゲット信号を含まない信号波形である。この波形を距離補正（Ｒ２乗補正）して解析に使用する。図１０（Ｂ）はハードターゲット信号を含む信号波形である。図中のピーク信号はＡＤ変換器のサンプリングタイミングにより発生しない場合もある。
【００４５】
ハードターゲット信号を含む信号波形において、ハードターゲット以遠の信号は０となる。これはレーザ光がハードターゲットに当たった場合、すべての光が散乱し、その位置より直進できないためである。従って、この０信号を検出してハードターゲットと認識する。すなわち、信号がハードターゲット設定値以下となった場合、その位置をハードターゲットとする。ハードターゲットと認識した場所からレーザレーダの方向数ｍ分のデータを除去する。これはハードターゲットによるピーク信号を除去するためである。
【００４６】
製鉄所等の上空には工場から発生した多量な水蒸気が存在している。従って水蒸気を高濃度の粉塵として計測される可能性がある。そのため、水蒸気のような強い信号を除去する機能を有している。これは、計測結果において、設定値以上のデータをゼロとするものである。
【００４７】
工場上空の大気は粉塵以外の要因（気象状況、黄砂、その他）によるエアロゾル等も存在している。このエアロゾルからの信号が計測の基準（バックグラウンド値）となる。バックグラウンド信号は気象状況等の大気状況により変動するため、このバックグラウンド成分を補正し工場に起因した信号（工場から発生した粉塵）のみを計測する必要がある。そのために、あらかじめ設定された場所における計測値をもってバックグラウンドとし、この信号を全計測結果から差し引くことによりバックグラウンド補正を行う。
あらかじめ設定された場所とは、工場等から発生した粉じんが存在しない、もしくは少ないと考えられ、計測結果が大気状況を示していると想定される場所である。この場所は固定ではなく、地形や気象等の状況により変更することも可である。この場所における計測結果の距離にわたる平均値をバックグラウンドとする。
【００４８】
（計測結果の表示）
計測結果を色階調に変換し、工場敷地内外の地図若しくはＣＣＤ画像場に重ねて表示する。この事により、計測結果と工場の配置等から粉塵の発生場所や拡散の様子を解りやすく表示できる。更にこの図上風向風速データを表示させる事により更に拡散の様子を明らかにする事ができる。
【００４９】
図１１は、本発明によるデータ処理方法を示すフロー図である。このデータ処理法のアルゴリズムは次の通りである。
１．ＰＭＴからの信号を２ＣＨの高速ＡＤコンバータの両チャンネルに入力する。各チャンネルはレンジが異なり高い電圧レンジは近距離信号用であり、低い電圧レンジは遠距離用である。この事によりレーザレーダ信号を広いダイナミックレンジでデジタル変換する事が出来る。各データを走査速度及び計測距離に合わせて積算を行う。
２．ゼロレベル補正
計測信号を受信する前若しくは後の数１００データの平均値をオフセット信号として、チャンネル夫々の全データから引くことによりゼロレベルを調整する。
【００５０】
３．データ結合
両チャンネルのデータを結合して、１つのデータとする。この時、結合する距離を調整し、遠距離用チャンネルの飽和信号部分が近距離データとなるように結合する。また、出力信号はマイナス信号のためプラス信号に変換する。
４．時間軸を距離軸に変換する。レーザ出力波形をトリガー信号として、そのタイミングを距離原点とする。それ以降、時間軸を距離軸に変換する。
５．ノイズ低減処理
移動平均その他の処理によりノイズを低減させる。
６．レーザ出力補正
レーザ出力の変動をモニターし、レーザ出力の増減に合わせて信号レベルを調整する。
【００５１】
７．距離補正及び近距離補正
信号とＲ２との積を取る事により距離に対する幾何学的な信号の減少の補正（距離補正）を行う。補正曲線は予め取得したデータを使用する。
８．ハードターゲット処理
距離補正で得られた信号に対して設定値以上の値となった場合は、ハードターゲットとして検出し、不要な信号を除去する。
【００５２】
９．クレット法による消散係数の導出
クレット法を使用して消散係数を求める。ハードターゲットでない波形の場合は計測距離より遠方から計算を開始する。ハードターゲット信号の場合は、ハードターゲットの位置から計算を開始する。
１０．バックグラウンド補正、レイリー散乱補正
計測範囲中において、ある設定角度（ハードターゲットがなく、大気が均一と思われる場所若しくは数点の角度を設定する）の計算結果の平均値をバックグラウンド値として全データからこの値を引く。このことにより、レイリー散乱の消散係数の補正もできる。
１１．水蒸気データ削除
消散係数がある設定値以上の場合は、水蒸気等のデータとしてそのデータを削除してゼロとする。
１２．データ量低減
得られた計算結果の単位を［ｍ-１］若しくは［ｋｍ-１］から［１０ｋｍ-１］の単位に変換し小数点以下を四捨五入して整数化する。
１３．得られたデータを色階調に変換し地図上に表示させる。
【００５３】
（５）シーケンス計測機能
レーザレーダ装置は工場上空を定期的に自動計測する監視装置であるため計測時間及び計測方法等の計測スケジュールを予め設定し、装置をこのスケジュールに基づきシーケンス的に自動計測を行う。設定するパラメータは次の通り。
【００５４】
（１）  計測時刻：１日分の計測開始時刻を２４時間制で設定する。
（２）  計測角度範囲：計測時における計測開始角度及び終了角度
（３）  水平走査速度：計測角度範囲内における、角度毎の水平走査速度
（４）  計測仰角：計測角度範囲内における、角度毎の水平走査速度
（５）  ＣＣＤ画像取得角度：ＣＣＤにより取得及び表示させる画像の角度（静止画像を取り込む場合）
（６）  その他の設定条件：制御装置ソフトウェアーの安定動作を確保するため、１日に１回のシステム（遠隔制御装置及び機側制御装置）の再起動を行う。その再起動の実施時刻。その他の計測に必要な設定条件。
【００５５】
計測シーケンスをスタートすると、それに従って計測を実施する。計測シーケンスが終了した場合は装置は待機状態となる。翌日、再度計測シーケンスに基づき計測を実施する。
この計測シーケンスを数種類準備し、計測内容によりシーケンスを選択して計測ができる機能も有する。
【００５６】
（６）ＣＣＤによる計測状況監視機能
遠隔制御装置は装置から離れた場所に設置されているため、レーザレーダの計測状況が不明となる。従ってＣＣＤカメラを望遠鏡脇等の走査装置上に設置し、レーザレーダの走査に合わせてレーザ光軸方向の監視を行う。
得られたＣＣＤ画像は、遠隔制御装置に転送され、静止画若しくは動画としてＣＲＴ上に表示する。静止画像の場合は、予め計測シーケンスで設定された角度における静止画像を表示させる。動画の場合は、ＣＣＤ画像をリアルタイムに表示させる。
【００５７】
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。
【００５８】
【発明の効果】
上述したように、本発明に関連するアイセーフなレーザレーダ監視装置では、光源としては波長０．４μｍ以下のレーザ（０．３５５μｍのＮｄ：ＹＡＧ  ＴＨＧレーザ等）を使用し、しかもレーザを空間内で走査する事により、浮遊粒子物質の空間分布を短時間で高精度で計測することが出来る。
このレーザ光は網膜に対する損傷閾値（最大許容露光量ＭＰＥ）が０．４μｍ〜１．４μｍの範囲のレーザと比べて１００００倍以上高いために、波長帯１．４μｍ以上のレーザと同様にアイセーフ性を有するレーザであり、レーザレーダ装置のように高いピークパワーを必要とする計測においても、網膜に損傷を与える事無しに安全に計測することが出来る。
又、この波長域の光を高感度で検出する検知器が存在するため、装置全体を小型に出来、可搬型のレーザレーダにも適している。
更に、この波長の光は目に見えないため、秘匿性を有する計測において特に有効である。
このような小型、空間走査が可能なアイセーフなレーザレーダにより、従来のレーザレーダと比較して、より運用が容易で高精度の計測装置とする事が出来る。
【００５９】
従って、本発明のアイセーフなレーザレーダ監視方法は、大気中の浮遊粒子（粉塵等）の相対濃度分布を短時間で高精度に計測でき、人の目に損傷を与えないアイセーフ性と計測作業が第３者に知られない秘匿性とを有し、耐環境性が高く、計測装置の自動化ができ、取り扱いが容易である、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に関連するアイセーフレーザレーダ監視装置の構成図である。
【図２】  本発明に関連するアイセーフレーザレーダ監視装置の外観図である。
【図３】  本発明に関連する汚れモニター装置の構成図である。
【図４】  本発明に関連するアイセーフレーザレーダ監視装置のシステム構成図である。
【図５】  本発明に関連するアイセーフレーザレーダ監視装置の別のシステム構成図である。
【図６】  本発明による水平走査によるレーザレーダ計測を示す図である。
【図７】  本発明による水平走査方法を示す図である。
【図８】  従来のＡＤ変換方法を示す図である。
【図９】  本発明のＡＤ変換方法を示す図である。
【図１０】  本発明によるハードターゲット信号の処理方法を示す図である。
【図１１】  本発明によるデータ処理方法を示すフロー図である。
【図１２】  従来のレーザレーダ装置の模式図である。
【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、８  走査装置、
９  ドーム装置、９ａ  ドーム回転部、９ｂ  ドーム固定部、
１０  光学窓、１１  スライドドアー、１２  反射鏡、
１３  偏光フィルター、１４  送受光装置、
１５  遠隔制御装置、１６  鉄塔
【図１】
0004712188.tif 000003
【図２】
0004712188.tif 000004
【図３】
0004712188.tif 000005
【図４】
0004712188.tif 000006
【図５】
0004712188.tif 000007
【図６】
0004712188.tif 000008
【図７】
0004712188.tif 000009
【図８】
0004712188.tif 000010
【図９】
0004712188.tif 000011
【図１０】
0004712188.tif 000012
【図１１】
0004712188.tif 000013
【図１２】
0004712188.tif 000014