JPH0251045A

JPH0251045A - 環境測定方法及び環境測定装置

Info

Publication number: JPH0251045A
Application number: JP20154188A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Yamada; 博章山田; Kazuhiro Isogai; 磯貝　和博
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 1988-08-12
Filing date: 1988-08-12
Publication date: 1990-02-21
Anticipated expiration: 2009-12-14
Also published as: JPH06103255B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野〕本発明は、大気の流れや汚染状態、水の汚染状態を測定
する環境測定方法及び環境測定装置に関する。

〔従来の技術〕

自然環境の変化は、生物に大きな影響を与え、人間にと
っても例外でない、特に、近年、人類の生産ぐ消費活動
に伴う各種廃棄物による大気、水の汚染は、大きな問題
となっており、法的規制により廃棄物の環境中への放出
をできるだけ少なくするとともに、大気や水質等を検査
して環境の汚染状態を監視している。

従来、大気の汚染状態を観測する場合、多数の測定点に
測定器を設置して、所定時間ごとにその点における大気
の成分を測定し、各点におけるデータを電話回線などを
利用して収集していた。また、水質を調べる場合、所定
の個所から水を採取して持ち帰り、その水を分析するの
が一般的である。

一方、近年、大気汚染の観測にレーザ光を利用すること
が試みられている。この方法は、いわゆるレーザレーダ
の原理を応用したもので、アルゴン（Ａｒ）レーザのビ
ームを大気中に放射し、大気中のスモッグや霧、さらに
は大気自体により敗乱されて戻ってきたレーザ光を分析
して、汚染の状態を調べるものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上記した大気汚染を監視するために、多数の地
点に測定器を設置する方法は、測定点が限られているた
め、広い範囲にわたって満遍なく汚染の程度、汚染区域
を正確に把握することが困難である。また、水質検査の
場合のように、サンプルを採取して持ち帰り分析する方
法は、作業が面倒で時間がかかり、即時性に欠けるばか
りでなく、正確な汚染の状態を把握するのが困難である
欠点を有していた。さらに、レーザレーダを応用した大
気汚染の観測は、汚染の広がり具合等を求めるのが困難
である。

本発明は、前記従来技術の欠点を解消するためになされ
たもので、環境の詳細な汚染状態を知ることができる環
境測定方法を提供することを目的とし、さらにレーザ光
源を移動することなく環境の汚染状態を示すレーザ光に
よる環境の断層像が得られる環境測定装置を提供するこ
とを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明に係る環境測定方法
は、大気または水中にレーザ光を出射してスキャニング
することにより、前記大気または水中を透過した前記レ
ーザ光の強度または位相を検出して断層像を得ることを
特徴としている。

また、本発明に係る環境測定装置は、レーザ光を出射す
るレーザ光源と、被測定領域の周囲に配置され、レーザ
光の強度または位相を検出する複数の検出部々、前記被
測定領域の周囲に複数配設され、それぞれが前記レーザ
光源の出射したレーザ光を偏向し、前記各検出部に向け
て出射する偏向装置とを有することを特徴としている。

レーザ光源が出射するレーザ光は、白色レーザ光を用い
、検出部において三原色に分けると操作が簡潔で、三原
色（赤、緑、青）の分光特性の差異による二次元分布が
同時に計測できる利点がある。また、偏向装置は、ビー
ムスプリッタとファンビームを出射するレンズ系とから
なるものや、回動してレーザ光を走査する反射鏡などを
用いることができる。

〔作用〕

現在、大気中におけるレーザ光の伝播距離は、Ａｒレー
ザを用いた場合、約６０〜７０ｋｍに達している。従っ
て、例えば大気汚染の測定をする場合、大気中にレーザ
光を出射してスキャニングして、大気中を透過したレー
ザ光の強度を検出して断層像を得ることにより、広い地
域における汚染の範囲、程度などの詳細な大気汚染の状
態を容易に知ることができる。

また、本発明の環境測定装置においては、レーザ光源が
出射したレーザ光を、被測定領域の周囲に配設した複数
の偏向装置に入射し、各偏向装置でレーザ光源からのレ
ーザ光を偏向して、被測定領域の周囲に配置した複数の
検出部に向けて出射する。そして、レーザ光源または各
偏向装置のそれぞれが出射したレーザ光の強度を、各検
出部で検出して検出データをコンピュータに入力すれば
、レーザ光源を移動させることなく広い地域におけるコ
ンピュータ断層像（ＣＴ）が得られる。特に、物質によ
って光の吸収波長が異なるため、レーザ光源から白色レ
ーザ光を大気中に出射し、検出部において赤、緑、青の
三原色に分けることにより、各色の吸収のされかたの相
違から、大気中に存在する汚染物質の種類、濃度を測定
することができる。

また、例えば、東京湾や大阪溝の海中にレーザ光を出射
してコンピュータ断層像を求めることにより、海の詳細
な汚染状態を迅速、かつ正確に知ることができる。

〔実施例〕

本発明に係る環境測定方法及び環境測定装置の好ましい
実施例を、添付図面に従って詳説する。

第１図は、本発明に係る環境測定方法及び環境測定装置
の説明図である。

第１図において、例えば大気の汚染状態を観測しようと
する被測定領域１０の周囲には、反射鏡１２ａ〜１２ｎ
が設置しである。反射鏡１２ａには、レーザ光源１４か
ら白色レーザ光の細く絞られた、いわゆるペンシルビー
ム１６が入射するようになっている。そして、反射鏡１
２ａは、レーザ光源１４から入射してきたペンシルビー
ム１６を反射鏡１２ｂに反射し、反射鏡１２ｂは反射鏡
１２ａからのペンシルビーム１６を反ＭｔＪｉ−１２ｃ
に反射し、反射鏡１２ｃは反射鏡１２ｂからのペンシル
ビーム１６を反射鏡１２ｄに反射する。すなわち、ペン
シルビーム１６は、レーザ光源１４から出射されると各
反射鏡によって反射され、被測定領域１０の周囲を巡回
させられる如くして、反射鏡１２ｎに到達するようにな
っている。

レーザ光源１４と反射ｔＪ１１２ａとの間、および各反
射鏡１２ａ−１２（ｎ−１）のそれぞれの間のペンシル
ビーム１６の光路には、偏向装置１７ａ〜１７（ｎ−１
）が配設しである。各偏向装置１７ａ〜１７（ｎ−１）
は、ビームスプリッタ１８ａ　〜１８（ｎ−１）とレン
ズ系２０ａ〜２０（ｎ−１）とからなり、ビームスプリ
ッタ１８ａ〜１８（ｎ−１）が、入射してきたペンシル
ビーム１６の一部を分割して、レンズ系２０ａ〜２０（
ｎ−１）に入射するようになっている。そして、レンズ
系２０ａ　〜２０（ｎ−１）は、ビームス７”リッタ１
８ａ〜１８（ｎ−１）から入射してきて白色レーザ光の
ペンシルビーム１６を扇形ビーム（ファンビーム）２２
に拡げ、各検出部２４ａ〜２４ｎに向けて出射し、被測
定６！域１０中にレーザ光による光路網を形成する。こ
れらレンズ系２０ａ〜２０（ｎ−１）が出射したファン
ビーム２２は、被測定領域１０を透過した後、各反射鏡
１２ａ〜１２ｎの近くに設けた検出部２４ａ〜２４ｎに
より検出される。また、反射鏡１２ｎは、入射してきた
ペンシルビーム１６をレンズ系２０　ｎに反射し、レン
ズ系２Ｏｎが入射してきたペンシルビームをファンビー
ム２２にして、検出部２４ａ〜２４ｎに向けて出射する
ようになっており、反射鏡１２ｎとレンズ系２Ｏｎとで
偏向装置を構成している。なお、偏向装置、検出部は、
後述するコンピュータによる処理の容易さなどを考慮し
て、同一円周上に等角度間隔に設置するのが望ましいが
、これらの要件を満たさなくともよい。

各検出部２４ａ〜２４ｎ（符号２４により代表して示す
）には、第２図に示したようにビームスプリッタ２６と
ミラー２８．３０，３２とが直列に配置しである。そし
て、ビームスプリンタ２６は、入射してきたファンビー
ム２２の一部を分割し、白色レーザ光の強度（光度）を
検出するフォトセンサ３４に導（。また、ミラー２８は
、ビームスプリッタ２６を透過した白色レーザ光から赤
色のレーザ光を分光し、フォトセンサ３６に導く。

さらに、ミラー３０はミラー２８を透過してきたレーザ
光から緑色のレーザ光を分光してフォトセンサ３８に導
き、ミラー３２は青色のレーザ光をフォトセンサ４０に
導く。

各検出部２４ａ〜２４ｎのフォトセンサ３４ａ〜３４ｎ
、３６ａ〜３６ｎ、３８ａ〜３８　ｎ　％　４０ａ〜４
０ｎは、増幅器４２ａ〜４２ｎに接続されており（第３
図参照）、各フォトセンサの検出信号が増幅器４２ａ〜
４２ｎで増幅されて後、制御部４４ａ〜４４ｎに入力さ
れる。制御部４４ａ〜４４ｎは、それぞれ電話回線また
は専用の通信回線などによりコンピュータ４６に接続さ
れ、増幅器４２ａ〜４２ｎが増幅した各フォトセンサの
検出（ｉ　号をコンピュータ４６に送る。コンピュータ
４６には、フロンビディスクや石仕気ディスクなどの記
憶装置４８、および外部入出力装置であるプリンタ５０
、デイスプレィ５２、キーボード５４が接続しである。

上記の如く構成した実施例の作用は、次のとおりである
。

まず、レーザ光源１４から白色レーザ光のペンシルビー
ム１６を反射鏡１２ａに向けて出射する。

ペンシルビーム１６は、ｉＡ向’Ｊｔ装１７　ａ　（Ｄ
　ビームスブリツタ１８ａを介して反射鏡１２ａに入射
し、反射鏡１２ａにより反射鏡１２ｂに向けて反射され
る。そして、反射鏡１２ｂは、偏向装置１７ｂのビーム
スプリンタ１８ｂを介して入射してきたペンシルビーム
１６を反射鏡１２ｃに反射し、反射鏡１２ｃはビームス
プリッタ１８ｃを介して入射してきたペンシルビーム１
６を反射鏡１２ｄに反射する。以下、同様にしてレーザ
光ａｉｔｔ４が出射したペンシルビーム１６は、反射鏡
１２ｎに到達する。

一方、偏向袋Ｗ　１７　ａのビームスプリッタ１８ａは
、反射鏡１２ａに入射するペンシルビーム１６を分割し
、一部をレンズ系２０ａに入射する。

レンズ系２０ａは、入射してきたペンシルビーム１６を
ファンビーム２２に拡げ、各検出部２４ａ〜２４ｎに向
けて出射する。このとき、他のレンズ系２０ｂ〜２Ｏｎ
は、ファンビーム２２を出射しないようにすることが望
ましい。

レンズ系２０ａが出射したファンビーム２２番ム被測定
領域１０を透過した後、各検出部２４ａ〜２４ｎに入射
する。各検出部２４ａ〜２４ｎは、白色レーザ光からな
るファンビーム２２が入射してくると、ビームスプリン
タ２６がファンビーム２２の一部を分割し、フォトセン
サ３４に入射する。フォトセンサ３４は、入射してきた
白色レーザ光の光度を電流などの電気信号に変換し、増
幅器４２に出力する。増幅器４２は、フォトセンサ３４
の出力信号を増幅して制御部４４に送る。

また、ビームスプリンタ２６を透過したファンビーム２
２は、ミラー２８により赤色のレーザ光が分光され、フ
ォトセンサ３６に入射する。そして、フォトセンサ３６
は、入射してきた赤色のレーザ光の光度に対応した電気
信号を増幅器４２に出力する。同様にして、フォトセン
サ３８は、ミラー３０によって分光された緑色のレーザ
光の光度に対応した電気信号を増幅器４２に出力し、フ
ォトセンサ４０は青色のレーザ光の光度に対応した電気
信号を増幅器４２に出力する。

コンピュータ４６は、各検出部２４ａ〜２４ｎの制御部
４４ａ〜４４ｎに順次データの送出命令を送り、各フォ
トセンサが検出し、増幅器が増幅した検出データを制御
部を介して受は取り、内部メモリに記憶しておく。

反射鏡１２ａにより反射鏡１２ｂに向けて反射サレタペ
ンシルビーム１６の一部は、偏向装置１７ｂのビームス
プリッタ１８ｂで分割されてレンズ系２０ｂに導かれ、
ファンビーム２２に拡げられて各検出部２４ａ〜２４ｎ
に向けて出射される。

レンズ系２０ｂから出射されたファンビーム２２は、レ
ンズ系２０ａが出射したファンビーム２２と同様に被側
定領域１０を透過し、各検出部２４ａ〜２４ｎにより検
出され、検出信号が増幅器４２ａ〜４２ｎで増幅された
後、制御部４４ａ〜４４ｎを介してコンピュータ４６に
送られる。なお、レンズ系２０ｂがファンビーム２２を
出射するときは、前記と同様に他のレンズ系からファン
ビーム２２が出射しないようにする。

以下、同様にして各検出部２４ａ〜２４ｎは、レンズ系
２０ｃ〜２０ｎが順次出射したファンビーム２２の白色
、赤色、緑色、青色の光度を検出し、検出データをコン
ピュータ４６に送る。コンピュータ４６は、これらのデ
ータを内部メモリに格納し、すべてのデータの収集を終
えると、コンピュータ断層像の再生アルゴリズムに基づ
き、内部メモリに格納しであるデータを用いて、被測定
領域１０について白色、赤色、緑色、青色のそれぞれの
コンピュータ断層像を求めてデイスプレィ５２に表示す
る。また、コンピュータ４６は、各フォトセンサの検出
信号から大気中の汚染物質の種類、濃度を求める。そし
て、コンピュータ４６は、キーボード５４から入力され
た命令に基づき、内部メモリに記憶しであるデータや求
めたコンピュータ断層像、汚染物質の種類、濃度をプリ
ンタ５０によりプリントアウトし、記憶装置４８に格納
する。

このように、実施例の環境測定方法によれば、レーザ光
を用いて被測定領域１０に光路網を形成し、被側定領域
１０を透過したレーザ光の光度を検出してコンピュータ
断層像を求めることにより、広い被測定領域１０におけ
る汚染の範囲、程度などの詳細な大気汚染の状態を容易
に、また即座に知ることができる。

しかも、反射鏡を用いてレーザ光源１４が出射したペン
シルビーム１６を、被測定領域１０の周囲を巡回させる
如く順次反射さるとともに、ペンシルビーム１６の一部
を偏向装置のビームスプリッタでレンズ系に導き、ファ
ンビーム２２に拡げて各検出部２４ａ〜２４ｎに向けて
出射することニヨリ、コンピュータ断層像を得るのにレ
ーザ光源を多数設けたり、移動させる必要がなく、とュ
ータ断層像を安価に得ることができるとともに、連続的
な観測が可能であって、大気汚染の時間経緯のデータを
得ることができる。

また、レーザ光源１４から白色レーザ光を出射し、検出
部で三原色に分けることにより、白色レーザ、赤色レー
ザ、緑色レーザ、青色レーザに基づく４枚のコンピュー
タ断層像を一度に得ることができ、汚染物質の吸収波長
の相違に基づ（汚染物質の特定、濃度などを得ることが
できる。しかも、汚染物質を特定するために、−々レー
ザ光源の発光色を変える必要がなく、迅速な測定をする
ことができる。そして、レーザ光の使用は、マイクロ波
（電波）を使用するのとことなり、電波法による規制を
受けたり１ｉ磁波障害を与えるおそれがなく、レーザ光
ａ１４や検出部を任意の場所に設置することができる。

前記実施例においては、大気汚染の測定について説明し
たが、レーザ光を湖沼や海中などの水中に出射すること
により、大気の場合と同様に水中のコンピュータ断層像
を容易に得ることができ、水質の汚染状態を観測するこ
とができる。しかも、例えば東京溝のような広い範囲で
あっても、湾全体のコンピュータ断層像が容易に得られ
、従来の１個所または数個所において採取したサンプル
に基づいて、湾の全域を評価する方式に比較して、詳細
かつ正確な水質の測定を容易、迅速に行うことができる
。

なお、前記実施例においては、ビームスプリッタを用い
てペンシルビーム１６をレンズ系に導く場合について説
明したが、ビームスプリッタ１８ａ〜１８（ｎ−１）の
代わりにペンシルビーム１６の光路に挿脱できる鏡を設
け、必要な鏡だけをペンシルと一ム１６の光路に挿入し
て、ペンシルビーム１６をレンズ系に導くようにしても
よい。

また、偏向装置１７ａ〜１７（ｎ−１）は、反射鏡１２
ａ−１２（ｎ−１）の近くに設けてもよい。

そして、前記実施例においては、白色レーザ、赤色レー
ザ、緑色レーザ、青色レーザに基づく４枚のコンピュー
タ断層像を得る場合について説明したが、三原色の任意
の二色を組み合わせたコンピュータ断層像を求めてもよ
い。さらに、前記実施例においては、白色レーザ光を用
いた場合について説明したが、例えばＡｒレーザなどの
単色レーザ光を用いてもよい。

第４図は、他の実施例の説明図である。

第４図に示した実施例は、各反射鏡１２ａ〜１２ｎが回
動自在に設けられ、駆動装置６０ａ〜６０ｎにより矢印
Ａの如く回動させられるようになっている。また、本実
施例においては、先の実施例に示したビームスプリッタ
１８ａ〜１Ｂ（ｎ−１）とレンズ系２０ａ〜２０（ｎ−
１）からなる偏向装置１７ａ〜１７（ｎ−１）が省略さ
、反射鏡１２ａ〜１２ｎが偏向装置の役割をなしている
。

そして、本実施例による大気汚染の観測は、次の如くし
て行う。

まず、レーザ光源１４から白色レーザ光のペンシルビー
ム１６を、反射鏡１２ａに向けて出射する。そして、反
射鏡１２ａの駆動装置６０ａを作動させ、反射鏡１２　
ａを矢印Ａのように回動し、ペンシルビーム１６を偏向
して被測定領域１ｏを扇状に走査し、検出部２４ｂ〜２
４ｎに向けて出射する。反射鏡１２ａによって走査され
たペンシルビーム１６は、被測定領域１ｏを透過して検
出部２４ｂ〜２４ｎで検出され、前記実施例と同様に白
色、赤色、緑色、青色の各データがコンピュータ４６に
送られ、コンピュータ４６の内部メモリに格納される。

反射鏡１２ａによるペンシルビーム１６の走査を終了し
た後は、レーザ光ｆｉ１４がらのペンシルビーム１６を
反射鏡１２ａにより反射鏡１２ｂに反射する。そして、
反射鏡１２ａのときと同様に、反Ｊｔ［１２ｂによりペ
ンシルビーム１６をａ向して被測定領域１０を走査し、
検出部２４ａ〜２４ｎが検出したデータをコンピュータ
４６に格納する。以下、同様にして反射鏡１２ｃ〜１２
ｎによりペンシルビーム１６を順次走査してデータを得
ることにより、前記実施例と同様な効果を得ることがで
きる。しかも、本実施例においては、レーザ光の減衰を
防ぐことができる。

第５図は、さらに他の実施例を示したものである。

本実施例は、レーザ光ａ１４自体もペンシルビーム１６
を走査できるようになっている。そして、レーザ光Ｒ１
４に近い反射鏡、例えば反射鏡１２ａ、１２ｎによって
ペンシルビーム１６を走査する場合には、レーザ光源１
４から遠い反射鏡１２１に一度ペンシルビーム１６を入
射し、反射鏡１２１によってペンシルビームｌＧを反射
鏡１２ａ、１２ｎに反射して行う。なお、レーザ光１１
１Ｘ１４および各反射鏡１２ａ〜１２ｎの部分において
、ファンビームを出射できるようにしてもよいことは勿
論である。

第６図は、垂直方向のコンピュータ断層像を得るための
実施例を示したものである。

本実施例は、例えばヘリコプタ、飛行船または飛行機６
２にレーザ光源を搭載してファンビーム２２を出射し、
そのファンビーム２２を地上に設置した検出部２４ａ〜
２４ｎにより検出するようにしたものである。このよう
にして、垂直方向のコンピュータ断層像を得ることによ
り、垂直方向の大気の汚染状態を知ることができる。な
お、レーザ光源を地上に設置し、レーザ光源からペンシ
ルビームを飛行機６２に向けて出射し、飛行８！６２か
ら地上に向けて反射する際に、ファンビーム２２に拡げ
るようにしてもよい。また、駆動装置を使ってペンシル
ビームを扇状に走査させてもよい。

なお、当然のことながら、前記の手法により水平方向の
スライス断面を多重に計測することにより、垂直方向の
断層像を得ることができる。

〔発明の効果〕以上に説明した如く、本発明の環境測定方法によれば、
大気または水中にレーザ光を出射してスキャニングし、
大気または水中を透過したレーザ光の強度を検出して環
境の断層像を得ることにより、環境の汚染範囲、汚染の
程度などの詳細な汚染状態を容易、迅速に知ることがで
きる。

また、本発明の環境測定装置によれば、レーザ光源が出
射したレーザ光を、被測定領域の周囲に配設した複数の
偏向装置で偏向して被測定領域の周囲に配置した複数の
検出部に向けて出射し、各検出部でレーザ光の強度を検
出することにより、レーザ光源を移動させることなくコ
ンピュータ断層像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る環境測定方法及び環境測定装置の
実施例の説明図、第２図は前記実施例の白色レーザ光を
分光する方法の説明図、第３図は前記実施例のデータ収
集システムの説明図、第４図、第５図は他の実施例の説
明図、第６図は垂直方向の断層像を得る装置の説明図で
ある。１０−−−−−一被測定領域、１２ａ〜１２　ｎ　−−
−一反射鏡、１４−−−一・−レーザ光源、１６−・−
ペンシルビーム、１７ａ〜１７　（ｎ−１）　　・−−
−−一偏向装置、１８ａ〜１８（ｎ−１）−・−ビーム
スプリッタ、２０ａ〜２　Ｏｎ−−−レンズ系、２２−
・−ファンビーム、２４ａ〜２４　ｎ−一−−−検出部
、４６　−　・−コンピュータ。第　２　図第図第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）大気または水中にレーザ光を出射してスキャニン
グすることにより、前記大気または水中を透過した前記
レーザ光の強度または位相を検出して断層像を得ること
を特徴とする環境測定方法。
（２）レーザ光を出射するレーザ光源と、被測定領域の
周囲に配置され、レーザ光の強度または位相を検出する
複数の検出部と、前記被測定領域の周囲に複数配設され
、それぞれが前記レーザ光源の出射したレーザ光を偏向
し、前記各検出部に向けて出射する偏向装置とを有する
ことを特徴とする環境測定装置。