JPH06103256B2 - 環境測定装置 - Google Patents

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、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
ムを大気中に出射し、大気中のスモッグや霧、さらには
大気自体により散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
であり、汚染物質を特定するためには、波長の異なる複
数のレーザビームを使用して、各ビームについての測定
をする必要があり、測定が容易でない。

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、レーザ光を一度走査するだけで複数のコンピ
ュータ断層像（CT）を得ることができる環境測定装置を
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装置
は、本発明に係る環境測定装置は、白色レーザ光を出射
するレーザ光源と、被測定領域の周囲に複数配置され、
前記レーザ光源が出射した白色レーザ光を被測定領域の
周方向に沿って周回反射すべく反射方向が設定されると
ともに前記被測定領域の周囲に複数配置された反射鏡
と、前記白色レーザ光源から末端の反射鏡に至る周回白
色レーザ光の光路中に複数配置される分割手段とレンズ
系を有し分割した白色レーザ光を前記被測定領域に向け
て出射する偏向装置と、この偏向装置から出射され前記
被測定領域を透過した前記白色レーザ光を赤色、緑色、
青色に分光手段を有するとともに各色に対応した光の強
度または位相を検出するセンサを備えた検出部と、これ
ら各検出部の検出信号を取り込み、コンピュータ断層像
再生アルゴリズムに基づいて、前記被測定領域について
の複数のコンピュータ断層像を求めるコンピュータとを
有することを特徴としている。

レーザ光源が出射する白色レーザ光は、赤色レーザ光と
緑色レーザ光と青色レーザ光とを合成して形成してもよ
いが、単一の発光源から発生させた白色レーザ光を用い
ることが望ましい。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させ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。したがって、
レーザ光を用いて大気等の広い環境領域の断層像を得る
ことができる。そこで、本発明では、被測定領域の大気
周辺部を、単一のレーザ光源から白色レーザ光出射し、
これを反射鏡を利用して環境領域の周囲を周回させるこ
とができる。そして、周回光路の途中で白色レーザ光を
分割して大気中にこの分割した白色レーザ光を偏向出射
させるので、被測定領域の周辺にあたかも複数の白色レ
ーザ光源を設置したのと同様な作用が得られる。分割出
射されたレーザ光は大気を透過し、やはり測定領域の周
辺に置かれた複数の検出部に向けて出射される。レーザ
光源または各偏向装置のそれぞれが出射した白色レーザ
光を各検出部で受光して赤、緑、青の三原色に分け、各
色についての検出信号をコンピュータに入力することに
より、レーザ光を一度走査するだけで、被測定領域の複
数のコンピュータ断層像を得ることができる。そして、
汚染物質の吸収波長の相違に基づく異なった複数のコン
ピュータ断層像が一度に得られるところから、広い地域
における汚染範囲、汚染物質の種類、濃度などの詳細な
大気汚染の状態を容易に知ることができる。

また、例えば、東京湾や大阪湾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装置の実施例を、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
てある。反射鏡12aには、レーザ光源14から白色レーザ
光からなる細く絞られた、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12a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を反射鏡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１レーザの周
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と反射鏡12a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）が配設してある。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）は、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、ビームスプリッタ18a〜
18（ｎ−１）から入射してきた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に拡げて検
出部24a〜24nに向けて出射する。このレンズ系20a〜20
（ｎ−１）が出射したファンビーム22は、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1
6をレンズ系20nに反射し、レンズ系20n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〜2
4n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20nとで偏向装置を構成している。なお、各偏向
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とが直列に配置してある。そして、ビームスプリ
ッタ26は、入射したきたファンビーム22の一部を分割
し、白色レーザ光の光度を検出するフォトセンサ34に導
く。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〜38n、40a〜40n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信号をコンピ
ュータ46に送る。コンピュータ46には、フロッピディス
クや磁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、ディスプレイ52、キーボード54
が接続してある。

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、偏向装置17aのビームスプリッタ18aを介して反射鏡
12b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
プリッタ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16を反射鏡12dに
反射する。以下、同様にしてレーザ光源14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、偏向装置17aのビームスプリッタ18aは、反射鏡12
a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に拡げて検出部24a〜24nに
向けて出射する。このとき、他のレンズ系20b〜20n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は、被測定領域1
0を透過して各検出部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が被測
定領域10を介して入射してくると、ビームスプリッタ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
の強さ（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、ビームスプリッタ26を透過したファンビーム22
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け
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に向けて反射されたペンシル
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と同様に被測定領域10を透過し
た後、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〜2
0n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（CT）の再生アルゴリズムに基づき、内部メモ
リに格納して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
層像を求めてディスプレイ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、濃度を算出する。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
メモリに記憶してあるデータや求めたコンピュータ断層
像、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、実施例によれば、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、
広い被測定領域10の白色レーザ、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
く汚染物質の特定、濃度、汚染範囲などの大気汚染の詳
細を即座に知ることができる。しかも、汚染物質の特定
などのために、一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。また、反射鏡を
用いてペンシルビーム16を被測定領域10の周囲を巡回さ
せる如く順次反射させるとともに、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に拡げて出射することにより、レーザ光
源を多数設けたり、移動させる必要がなく、低コストの
コンピュータ断層像が高速で得られ、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。そして、レーザ光の使用は、マイクロ波（電
波）を使用するのと異なり、電波法による規制を受けた
り電磁波障害を与えるおそれがなく、レーザ光源14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、例えば東京湾のような広い範囲
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てい採取したサンプ
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ビーム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12a〜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。

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〜18（ｎ
−１）とレンズ系20a〜20（ｎ−１）からなる偏向装置1
7a〜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12aを矢印Ａのように
回動し、ペンシルビーム16を偏向して出射し、被測定領
域10を扇状に走査する。反射鏡12aによって被測定領域1
0を走査したペンシルビーム16は、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、レーザ光源14か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、反射鏡12bによりペンシルビーム16を偏向し
て被測定領域10を走査し、検出部24a〜24nが検出したデ
ーダをコンピュータ46に格納する。以下、同様にして反
射鏡12c〜12n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。

なお、当然のことながら、前記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
層像を得ることも可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、単一光源から白
色レーザ光が被測定領域周囲を周回するように構成し、
この周回光路の途中で分割して取り出した白色レーザ光
を被測定領域の多方向から被測定領域中に向けて出射さ
せることができ、さらに被測定領域周辺の複数箇所で透
過白色レーザ光を受光検出する構成としたので、白色レ
ーザ光源の設置箇所が１カ所でありながら、被測定領域
を取り囲む複数の周辺箇所に当該光源を各々設置したの
と同様な効果が得られ、しかも被測定領域への出射箇所
が被測定領域の周辺複数箇所に設定されるので、単純に
１カ所から被測定領域をスキャンする場合に比較して精
度の高い環境のコンピュータ断層像を得ることができる
とともに、受光検出部では、透過白色レーザ光を三原色
に分光して検出する構成としたので、レーザ光を被測定
領域周辺の複数箇所から出射させるだけで、汚染物質の
吸収波長の相違に基づき、汚染種類に応じた複数のコン
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図は他の実施例の説明図である。 10……被測定領域、12a〜12n……反射鏡、14……レーザ
光源、16……ペンシルビーム、17a〜17（ｎ−１）……
偏向装置、18a〜18（ｎ−１）……ビームスプリッタ、2
0a〜20n……レンズ系、22……ファンビーム、24a〜24n
……検出部、46……コンピュータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】白色レーザ光を出射するレーザ光源と、被
   測定領域の周囲に複数配置され、前記レーザ光源が出射
   した白色レーザ光を被測定領域の周方向に沿って周回反
   射すべく反射方向が設定されるとともに前記被測定領域
   の周囲に複数配置された反射鏡と、前記白色レーザ光源
   から末端の反射鏡に至る周回白色レーザ光の光路中に複
   数配置される分割手段とレンズ系を有し分割した白色レ
   ーザ光を前記被測定領域に向けて出射する偏向装置と、
   この偏向装置から出射され前記被測定領域を透過した前
   記白色レーザ光を赤色、緑色、青色に分光手段を有する
   とともに各色に対応した光の強度または位相を検出する
   センサを備えた検出部と、これら各検出部の検出信号を
   取り込み、コンピュータ断層像再生アルゴリズムに基づ
   いて、前記被測定領域についての複数のコンピュータ断
   層像を求めるコンピュータとを有することを特徴とする
   環境測定装置。