JP2000249649A - ガス環境広域探査システム及びガス環境広域探査方法 - Google Patents

ガス環境広域探査システム及びガス環境広域探査方法

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JP2000249649A
JP2000249649A JP11055442A JP5544299A JP2000249649A JP 2000249649 A JP2000249649 A JP 2000249649A JP 11055442 A JP11055442 A JP 11055442A JP 5544299 A JP5544299 A JP 5544299A JP 2000249649 A JP2000249649 A JP 2000249649A
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laser
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raman
gas
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JP11055442A
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Kikuichi Sakurai
菊一 櫻井
Yoshinobu Takeda
吉伸 竹田
Mariko Sakurai
真理子 櫻井
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Chizai Senryaku Kenkyusho Kk
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Chizai Senryaku Kenkyusho Kk
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、被監視対象の混合ガス体に含まれ
るガス種やガス濃度に対する静的定性・定量解析及び動
的定性・定量解析を広域監視エリアにわたって実行する
ガス環境広域探査システム及びガス環境広域探査方法を
提供することを課題とする。 【解決手段】 被監視対象の混合ガス体に含まれるガス
種やガス濃度を検知するための探査レーザ光７２を生成
して当該被監視対象の混合ガス体に照射する送信光学系
１００と、被監視対象の混合ガス体から後方散乱されて
くる受信時系列光２０４を受光して当該被監視対象の混
合ガス体に含まれるガスのガス種やガス濃度に対する静
的定性・定量解析及び動的定性・定量解析を行う受信光
学系２００とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、監視エリア内の被
監視対象のガス体を検知するガス環境広域探査技術に係
り、特に被監視対象の混合ガス体に含まれるガス種やガ
ス濃度に対する静的定性・定量解析及び動的定性・定量
解析を広域監視エリアにわたって実行するガス環境広域
探査システム及びガス環境広域探査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、監視エリア内の被監視対象のガス
体を検知するガス環境広域探査技術としては、ガスクロ
マトグラフィー及びガスクロマトグラフィー質量分析計
（ＧＣ−ＭＳ）法、タンデムマススペクトロメトリー
法、赤外線吸収分光法、半導体センサ検出法などが知ら
れている。ガスクロマトグラフィー及びガスクロマトグ
ラフィー質量分析計法は、何らかの手段で濃縮させたガ
ス体をガスクロマトグラフまたはガスクロマトグラフィ
ー質量分析計で分離精製後定量する。ガスクロマトグラ
フの検出器としては水素炎イオン化検出器（ＦＩＤ）が
主で、その他、炎光光度検出器（ＦＰＤ）、光イオン化
検出器（ＰＩＤ）などがある。
【０００３】水素炎イオン化検出器（ＦＩＤ）は多くの
化合物の定量が可能であるが、無機化合物や硫化物に対
して感度が低い。炎光光度検出器（ＦＰＤ）は硫化物に
対しては水素炎イオン化検出器（ＦＩＤ）より高感度で
あり、光イオン化検出器（ＰＩＤ）はハロゲン化炭化水
素と不飽和化合物に対しては水素炎イオン化検出器（Ｆ
ＩＤ）より高感度である。概してガスクロマトグラフィ
ー及びガスクロマトグラフィー質量分析計法は、装置の
使用にあたり頻繁に校正と保守が必要になり、また各物
質に対して検出器により感度に違いがあるため、汎用法
としての使用が困難であるという欠点がある。しかも高
価な装置が必要であり、操作も煩雑である。
【０００４】タンデムマススペクトロメトリー法は近年
開発された分析技術であり、質量−電荷比に基づいて化
合物の分離を行うことができる。このためガスクロマト
グラフィー等による分離が不要で、高感度であるが、装
置が極めて高価格である。
【０００５】赤外線吸収分光法は多成分の同定と高感度
の定量が可能である。しかし、炭化水素のように分子構
造が類似しているものや同じ置換基を持つ化合物を含む
サンプルのスペクトルはかなり類似しており、それぞれ
を識別することは困難である。
【０００６】半導体センサ検出法で用いるセンサは、半
導体材料として酸化チタンや酸化第二銅といった酸化物
を用い、これを熱処理により非化学量論組成酸化物にし
て半導体特性を付与して製造したものである。このセン
サは被検ガスが半導体に吸着すると半導体中のバンド構
造が変化し、電気抵抗や電気容量が変化することを利用
して、その電気特性の変化から被検ガスを検知する。半
導体センサは原理上酸素分圧に対しても敏感で、検知ガ
スのみならず酸素分圧によっても電気抵抗や電気容量が
変化するため、酸素が存在してその分圧が変化するよう
な環境下では、信頼性の点で問題がある。
【０００７】このような問題点を解決することを目的と
する従来技術として、特開平９−５４０４０号公報（第
１従来技術）に記載のものがある。すなわち第１従来技
術は、呼気中の測定しようとする各成分について、その
成分の濃度とラマンスペクトル強度の間の相関が良好な
波長をその成分に固有の測定波長として予め選択し、被
監視対象のガス体に対しラマン励起光を照射し、窒素に
固有の測定波長でのラマンスペクトルと、測定しようと
する各成分についてのそれぞれ予め選択された測定波長
でのラマンスペクトルを測定し、窒素のラマンスペクト
ル強度に対する各成分のラマンスペクトル強度比を求
め、各成分についての窒素とのラマンスペクトル強度比
と濃度について予め作成した検量線を用いて呼気中の各
成分を定量分析する測定方法、または呼気中の測定しよ
うとする複数成分について、各成分の濃度とラマンスペ
クトル強度の間の相関が良好な波長をその成分に固有の
測定波長として予め選択し、被監視対象のガス体に対し
ラマン励起光を照射し、その複数成分についてのそれぞ
れ予め選択された測定波長でのラマンスペクトルを測定
し、その複数成分のラマンスペクトル強度から、各成分
についてラマンスペクトル強度と濃度について予め作成
した検量線を用いてその複数成分の濃度比を求める測定
方法である。第１従来技術によれば、被監視対象のガス
体に対しラマン励起光を照射して各成分について予め選
択された測定波長でのラマンスペクトルを測定するとと
もに、窒素のラマンスペクトル強度に対する各成分のラ
マンスペクトル強度比を基にして各成分の濃度を求める
ようにしたので、検体の一定量を採取することが容易で
ない呼気に対しても各成分濃度の絶対値を容易に測定す
ることができるようになり、また、複数成分の濃度比を
求めることによっても、検体の一定量を採取することが
容易でない呼気に対しても複数成分の正確な濃度比を求
めることができ、診断に有効な指標を得ることができる
ようになるといった効果が示されている。
【０００８】しかしながら、上記ガスクロマトグラフィ
ー及びガスクロマトグラフィー質量分析計（ＧＣ−Ｍ
Ｓ）法、タンデムマススペクトロメトリー法、赤外線吸
収分光法、及び第１従来技術では、ガスセル内に充填し
た状態で検知ガスの検出を実行する必要があり、水平・
垂直距離で数１０ｍ〜数１０ｋｍといった広域監視エリ
ア内で検知ガスを検知することが難しいという問題点が
あった。また半導体センサ検出法では、検知ガスにセン
サ面が接触できる位置や距離（通常数ｃｍ〜数ｍ）に半
導体センサを置いた状態（通常固定設置状態）で検知ガ
スの検出を実行する必要があり、水平・垂直距離で数１
０ｍ〜数１０ｋｍといった広域監視エリア内で検知ガス
を検知することが難しいという問題点があった。
【０００９】一方、近年、環境汚染の問題が大きく取り
上げられており、中でも大気汚染は大きなテーマとなっ
ている。ＮＯｘやＳＯｘは汚染ガス体の中でも特に重要
なものであるが、従来これらの汚染ガス体や特定の重要
な注目ガス体の濃度を測定するのにレーザレーダが用い
られている。
【００１０】レーザレーダによるガス体の濃度測定は、
レーザを用いて被監視対象のガス体の吸収波長のレーザ
光を発生せしめ、被監視対象のガス体によるレーザ光の
吸収度合いを検出することによりガス体の濃度を測定し
ようとするものであり、被監視対象のガス体の吸収スペ
クトルの存在する波長（たとえばＮＯ２では４５０ｎｍ
（ナノメートル；ナノは１０億分の１）、オゾンＯ３で
は３００ｎｍ）のレーザ光を発生するレーザが用いられ
る。このとき波長を求めるためには、その吸収スペクト
ルにおいて吸収の大きな波長（以下、吸収波長）と吸収
の小さな波長（以下、非吸収波長）の２つの異なる波長
のレーザ光を使用する。レーザレーダでは、レーザ光を
被監視対象のガス体に向けて放射しその後方散乱光を集
光してガス体による吸収度合いを検出しているが、散乱
光が微弱でしかもそれにノイズが混入したりすることも
あるため、通常はある時間（たとえば数秒〜数分間）に
わたって吸収波長のレーザ光と非吸収波長のレーザ光と
を交互に放射し、その間の吸収波長の後方散乱光および
非吸収波長の後方散乱光の受信信号をそれぞれ加算平均
し、両者の比を取ることによって濃度を求めている。こ
のような従来技術としては、例えば、特開平１０−１８
５８０４号公報（第２従来技術）に記載のものがある。
すなわち第２従来技術は、第１の固体レーザと、第１の
固体レーザから出力するレーザ光の波長を順次切り替え
る発振波長切替機構と、第２の固体レーザと、発振波長
切替機構により切り替えられて出力される少なくとも３
波長以上の異なる波長のレーザ光の各々と第２の固体レ
ーザから第１の非線形光学素子を介して出力するレーザ
光とを和周波として異なる３波長以上の所望の波長のレ
ーザ光に変換して出力する第２の非線形光学素子と、第
２の非線形光学素子の光学的位置を、発振波長切替機構
による波長切り替えタイミングに同期して、異なる３波
長以上の波長のレーザ光のそれぞれ位相整合角となるよ
うに切り替える位置切替装置とを有するレーザ光発生光
学系を有するガス体の濃度測定装置、または固体レーザ
と、固体レーザ共振器内の励起レーザ光入射側に設けら
れた回折格子およびチューニングミラーと、固体レーザ
共振器内の発振レーザ光出射側に設けられた出力結合器
と、回折格子に対するチューニングミラーの光学的位置
を順次切り替えて変位させる発振波長切替機構と、発振
波長切替機構により切り替えられて出力される異なる３
波長以上のレーザ光の各々と３波長以上の波長とは異な
る波長のレーザ光とを和周波として所望の異なる３波長
以上のレーザ光に変換して出力する非線形光学素子と、
入射レーザ光に対する非線形光学素子の光学的位置を、
発振波長切替機構による波長切り替えタイミングに同期
して、異なる３波長以上のレーザ光のそれぞれ位相整合
角となるように切り替える位置切替装置とを有し、固体
レーザに入射したレーザ光を固体レーザと回折格子とを
介して出力結合器とチューニングミラーとの間で反復増
幅した後出力結合器から異なる３波長以上のレーザ光と
して非線形光学素子に向けて出力するレーザ光発生光学
系を有するガス体の濃度測定装置である。このような第
２従来技術では、チタンサファイアレーザのような固体
レーザとＹＡＧレーザの２本のレーザを用いるだけで、
後方散乱係数および消散係数の波長依存性の補正が行わ
れ、精度の高い濃度測定ができ、したがって、光学系を
含む装置も簡潔になり、コスト上有利になり、またレー
ザの調整や設置場所の問題もなく、３本のレーザを用い
た場合の３波長の光波を一致させるアライメントの難し
さもなく、またラマンセルを用いることもないので、時
々交換する煩わしさや、波長変換後のレーザ光のビーム
特性や出力強度の不安定の問題もないといった効果が示
されている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第２従
来技術には以下に掲げる問題点があった。第１に、異な
る３波長以上のレーザ光をガス体に照射したときに生成
される後方散乱光に基づいてガス体の吸収特性からガス
体の濃度を測定しているが、ガス体を構成しているガス
種を同定することが難しいという問題点があった。
【００１２】また第２に、回折格子に対するチューニン
グミラーの光学的位置を発振波長切替機構で１０Ｈｚ程
度の速度で順次切り替えて変位させ、発振波長切替機構
で切り替えられて出力される異なる３波長以上のレーザ
光の各々と３波長以上の波長とは異なる波長のレーザ光
とを非線形光学素子で和周波として所望の異なる３波長
以上のレーザ光に変換して１０Ｈｚ程度の速度で出力
し、入射レーザ光に対する非線形光学素子の光学的位置
を、発振波長切替機構による波長切り替えタイミングに
同期して、異なる３波長以上のレーザ光のそれぞれ位相
整合角となるように位置切替装置で１０Ｈｚ程度の速度
で切り替えるため、異なる３波長以上のレーザ光の照射
タイミングに１００ｍｓ程度の時間差が発生する。これ
らのレーザ光をほぼ同時に同一箇所に照射することが難
しいため、音速に近い高速で噴出するガス体（高速ジェ
ット流体）、乱流等の複雑な動きやトランジェントな変
化を伴うガス体、爆発的に膨張／縮小変化するガス体等
に対するガス体の濃度測定を行うことが難しいという問
題点があった。例えば、ガス体の変化（移動）速度を１
００ｍ／ｓ（ジェット流）、波長切り替え周波数を１０
Ｈｚとした場合、ガス体の移動距離は１００／１０＝１
０ｍ程度となる結果、ガス体の属性（濃度）の変化を高
精度でリアルタイムに時々刻々追動したり報知すること
が難しいという問題点があった。
【００１３】本発明は斯かる問題点を鑑みてなされたも
のであり、その目的とするところは、被監視対象の混合
ガス体に含まれるガス種やガス濃度に対する静的定性・
定量解析及び動的定性・定量解析を広域監視エリアにわ
たって実行するガス環境広域探査システム及びガス環境
広域探査方法を提供する点にある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
の要旨は、被監視対象の混合ガス体に含まれるガス種や
ガス濃度に対する静的定性・定量解析及び動的定性・定
量解析を広域監視エリアにわたって実行するガス環境広
域探査システムであって、被監視対象の混合ガス体に含
まれるガス種やガス濃度を検知するための探査レーザ光
を生成して当該被監視対象の混合ガス体に照射する送信
光学系と、被監視対象の混合ガス体から後方散乱されて
くる受信時系列光を受光して当該被監視対象の混合ガス
体に含まれるガスのガス種やガス濃度に対する静的定性
・定量解析及び動的定性・定量解析を行う前記受信光学
系とを備え、第１の振動数の第１の補償用レーザ光を生
成・出力する第１補償用レーザと、同期信号である第１
時分割同期信号に応じたデューティ比と繰り返し周波数
とで前記第１の補償用レーザ光をパルス変調して第１の
補償用レーザ変調光を生成・出力する第１変調器と、前
記第１の補償用レーザ光と同程度のパワーを有し第２の
振動数の第２の補償用レーザ光を生成・出力する第２補
償用レーザと、同期信号である第２時分割同期信号に応
じたデューティ比と繰り返し周波数とで前記第２の補償
用レーザ光をパルス変調して第２の補償用レーザ変調光
を生成・出力する第２変調器と、所定パワーを有しラマ
ン励起振動数のラマン励起レーザ光を生成・出力するラ
マン励起レーザと、同期信号である第３時分割同期信号
に応じたデューティ比と繰り返し周波数とで前記ラマン
励起レーザ光をパルス変調してラマン励起レーザ変調光
を生成・出力する第３変調器と、所定パワーを有し吸収
振動数の吸収測定レーザ光を生成・出力する吸収測定レ
ーザと、同期信号である第４時分割同期信号に応じたデ
ューティ比と繰り返し周波数とで前記吸収測定レーザ光
をパルス変調して吸収測定レーザ変調光を生成・出力す
る第４変調器と、前記第１の補償用レーザ変調光、前記
第２の補償用レーザ変調光、前記ラマン励起レーザ変調
光、前記吸収測定レーザ変調光のそれぞれを所定のタイ
ミングで多重して探査パケットに合波して探査レーザ光
を生成する合波手段と、前記探査レーザ光を被監視対象
の混合ガス体に所定モード、所定ビーム径の平行ビーム
として出射する送信望遠鏡と、前記第１時分割同期信
号、前記第２時分割同期信号、前記第３時分割同期信
号、前記第４時分割同期信号等の電気信号を生成・出力
する時分割波長多重変調同期手段とを有することを特徴
とするガス環境広域探査システムに存する。また本発明
の請求項２に記載の要旨は、被監視対象の混合ガス体に
含まれるガス種やガス濃度に対する静的定性・定量解析
及び動的定性・定量解析を広域監視エリアにわたって実
行するガス環境広域探査システムであって、被監視対象
の混合ガス体に含まれるガス種やガス濃度を検知するた
めの探査レーザ光を生成して当該被監視対象の混合ガス
体に照射する送信光学系と、被監視対象の混合ガス体か
ら後方散乱されてくる受信時系列光を受光して当該被監
視対象の混合ガス体に含まれるガスのガス種やガス濃度
に対する静的定性・定量解析及び動的定性・定量解析を
行う前記受信光学系とを備え、第１の振動数の第１の補
償用レーザ光を生成・出力する第１補償用レーザと、同
期信号である第１時分割同期信号に応じたデューティ比
と繰り返し周波数とで前記第１の補償用レーザ光をパル
ス変調して第１の補償用レーザ変調光を生成・出力する
第１変調器と、前記第１の補償用レーザ光と同程度のパ
ワーを有し第２の振動数の第２の補償用レーザ光を生成
・出力する第２補償用レーザと、同期信号である第２時
分割同期信号に応じたデューティ比と繰り返し周波数と
で前記第２の補償用レーザ光をパルス変調して第２の補
償用レーザ変調光を生成・出力する第２変調器と、所定
パワーを有しラマン励起振動数のラマン励起レーザ光を
生成・出力するラマン励起レーザと、同期信号である第
３時分割同期信号に応じたデューティ比と繰り返し周波
数とで前記ラマン励起レーザ光をパルス変調してラマン
励起レーザ変調光を生成・出力する第３変調器と、所定
パワーを有し吸収振動数の吸収測定レーザ光を生成・出
力する吸収測定レーザと、同期信号である第４時分割同
期信号に応じたデューティ比と繰り返し周波数とで前記
吸収測定レーザ光をパルス変調して吸収測定レーザ変調
光を生成・出力する第４変調器と、前記第１の補償用レ
ーザ変調光、前記第２の補償用レーザ変調光、前記ラマ
ン励起レーザ変調光、前記吸収測定レーザ変調光のそれ
ぞれを所定のタイミングで時分割波長多重して探査パケ
ットに合波して探査レーザ光を生成する時分割光多重変
調器と、前記探査レーザ光を被監視対象の混合ガス体に
所定モード、所定ビーム径の平行ビームとして出射する
送信望遠鏡と、前記第１時分割同期信号、前記第２時分
割同期信号、前記第３時分割同期信号、前記第４時分割
同期信号等の電気信号を生成・出力する時分割波長多重
変調同期手段とを有することを特徴とするガス環境広域
探査システムに存する。また本発明の請求項３に記載の
要旨は、被監視対象の混合ガス体に含まれるガス種やガ
ス濃度に対する静的定性・定量解析及び動的定性・定量
解析を広域監視エリアにわたって実行するガス環境広域
探査システムであって、被監視対象の混合ガス体に含ま
れるガス種やガス濃度を検知するための探査レーザ光を
生成して当該被監視対象の混合ガス体に照射する送信光
学系と、被監視対象の混合ガス体から後方散乱されてく
る受信時系列光を受光して当該被監視対象の混合ガス体
に含まれるガスのガス種やガス濃度に対する静的定性・
定量解析及び動的定性・定量解析を行う前記受信光学系
とを備え、第１の振動数の第１の補償用レーザ光を生成
・出力する第１補償用レーザと、同期信号である第１時
分割同期信号に応じたデューティ比と繰り返し周波数と
で前記第１の補償用レーザ光をパルス変調して第１の補
償用レーザ変調光を生成・出力する第１変調器と、前記
第１の補償用レーザ光と同程度のパワーを有し第２の振
動数の第２の補償用レーザ光を生成・出力する第２補償
用レーザと、同期信号である第２時分割同期信号に応じ
たデューティ比と繰り返し周波数とで前記第２の補償用
レーザ光をパルス変調して第２の補償用レーザ変調光を
生成・出力する第２変調器と、所定パワーを有しラマン
励起振動数のラマン励起レーザ光を生成・出力するラマ
ン励起レーザと、同期信号である第３時分割同期信号に
応じたデューティ比と繰り返し周波数とで前記ラマン励
起レーザ光をパルス変調してラマン励起レーザ変調光を
生成・出力する第３変調器と、所定パワーを有し吸収振
動数の吸収測定レーザ光を生成・出力する吸収測定レー
ザと、同期信号である第４時分割同期信号に応じたデュ
ーティ比と繰り返し周波数とで前記吸収測定レーザ光を
パルス変調して吸収測定レーザ変調光を生成・出力する
第４変調器と、前記第１の補償用レーザ変調光、前記第
２の補償用レーザ変調光、前記ラマン励起レーザ変調
光、及び前記吸収測定レーザ変調光を単位パルス内に重
ね合わせた探査パケットを生成する波長多重変調器と、
前記探査レーザ光を被監視対象の混合ガス体に所定モー
ド、所定ビーム径の平行ビームとして出射する送信望遠
鏡と、前記第１時分割同期信号、前記第２時分割同期信
号、前記第３時分割同期信号、前記第４時分割同期信号
等の電気信号を生成・出力する時分割波長多重変調同期
手段とを有することを特徴とするガス環境広域探査シス
テムに存する。また本発明の請求項４に記載の要旨は、
前記第１変調器は、前記第１時分割同期信号に応じた１
／５乃至１／１０程度のデューティ比と、数１０Ｈｚ乃
至数１００ＭＨｚ程度の繰り返し周波数で前記第１の補
償用レーザ光をパルス変調して前記第１の補償用レーザ
変調光を生成・出力するように構成されていることを特
徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のガス環
境広域探査システムに存する。また本発明の請求項５に
記載の要旨は、前記第２変調器は、前記第２時分割同期
信号に応じた１／５乃至１／１０程度のデューティ比
と、数１０Ｈｚ乃至数１００ＭＨｚ程度の繰り返し周波
数で前記第２の補償用レーザ光をパルス変調して前記第
２の補償用レーザ変調光を生成・出力するように構成さ
れていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一
項に記載のガス環境広域探査システムに存する。また本
発明の請求項６に記載の要旨は、前記ラマン励起レーザ
は、被監視対象の混合ガス体に対するラマン励起を発生
する波長λx＝２００乃至９００ｎｍ程度の紫外乃至赤
外波長領域の前記ラマン励起レーザ光を生成・出力する
レーザ光源と波長変換素子とを備えていることを特徴と
する請求項１乃至３のいずれか一項に記載のガス環境広
域探査システムに存する。また本発明の請求項７に記載
の要旨は、前記第３変調器は、前記第３時分割同期信号
に応じた１／５乃至１／１０程度のデューティ比と、数
１０Ｈｚ乃至数１００ＭＨｚ程度の繰り返し周波数で前
記ラマン励起レーザ光をパルス変調して前記ラマン励起
レーザ変調光を生成・出力するように構成されているこ
とを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の
ガス環境広域探査システムに存する。また本発明の請求
項８に記載の要旨は、前記吸収測定レーザは、被監視対
象の混合ガス体が吸収する波長として２００ｎｍ乃至２
０μｍ程度の紫外乃至遠赤外波長領域の前記吸収測定レ
ーザ光を生成・出力するレーザ光源と波長変換素子とを
備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか
一項に記載のガス環境広域探査システムに存する。また
本発明の請求項９に記載の要旨は、前記第４変調器は、
前記第４時分割同期信号に応じた１／５乃至１／１０程
度のデューティ比と、数１０Ｈｚ乃至数１００ＭＨｚ程
度の繰り返し周波数で前記ラマン励起レーザ光をパルス
変調して前記吸収測定レーザ変調光を生成・出力するよ
うに構成されていることを特徴とする請求項１乃至３の
いずれか一項に記載のガス環境広域探査システムに存す
る。また本発明の請求項１０に記載の要旨は、前記時分
割光多重変調器は、前記第１の補償用レーザ変調光、前
記第２の補償用レーザ変調光、前記ラマン励起レーザ変
調光、前記吸収測定レーザ変調光のそれぞれを所望の並
び順に並べ替えて整列させて前記探査パケットに合波し
て前記探査レーザ光を生成するように構成されているこ
とを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の
ガス環境広域探査システムに存する。また本発明の請求
項１１に記載の要旨は、前記受信光学系は、所望波長帯
の前記受信時系列光として前記第１の補償用レーザ変調
光の後方散乱光、前記第２の補償用レーザ変調光の後方
散乱光、前記ラマン励起レーザ変調光の後方散乱光、ラ
マン後方散乱光、前記吸収測定レーザ光の後方散乱光の
少なくともいずれかを被監視対象の混合ガス体からの後
方散乱光の中から選択する光学フィルタ系と、前記受信
時系列光に含まれる各種後方散乱光を分離する時分割光
多重復調手段と、前記時分割光多重復調手段で分離され
る各種後方散乱光を所望の波長帯で分光して吸収／ラマ
ン・スペクトル解析用の光学データを生成・出力する分
光手段と、前記分光手段から受光した後方散乱光を電気
信号に変換して前記第１の補償用レーザ光の後方散乱光
信号、前記第２の補償用レーザ光の後方散乱光信号、前
記ラマン励起レーザ光の後方散乱光信号、前記ラマン後
方散乱光の後方散乱光信号、前記吸収測定レーザ光の後
方散乱光信号を生成・出力する光電変換手段と、前記第
１の補償用レーザ光の後方散乱光信号及び前記第２の補
償用レーザ光の後方散乱光信号を基に前記ラマン励起レ
ーザ光の後方散乱光信号、前記ラマン後方散乱光の後方
散乱光信号、前記吸収測定レーザ光の後方散乱光信号の
補償機能を実行するとともに、吸収スペクトル、ラマン
・スペクトルを含むスペクトルを解析して被監視対象の
混合ガス体に含まれるガス種及び／またはガス濃度に対
する定性／定量解析機能を実行する解析手段を備えてい
ることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に
記載のガス環境広域探査システムに存する。また本発明
の請求項１２に記載の要旨は、前記解析手段は、前記光
電変換手段が光電変換して生成・出力する前記第１の補
償用レーザ光の後方散乱光信号及び前記第２の補償用レ
ーザ光の後方散乱光信号を用いて大気消散係数及び後方
散乱係数を求めるとともに、当該大気消散係数及び当該
後方散乱係数を用いた前記補償機能を前記ラマン励起レ
ーザ光の後方散乱光信号に対して実行してガス濃度解析
用後方散乱励起光信号を生成・出力する定性／定量解析
機能を有していることを特徴とする請求項１１に記載の
ガス環境広域探査システムに存する。また本発明の請求
項１３に記載の要旨は、前記解析手段は、前記光電変換
手段が光電変換して生成・出力する前記第１の補償用レ
ーザ光の後方散乱光信号及び前記第２の補償用レーザ光
の後方散乱光信号を用いて大気消散係数及び後方散乱係
数を求めるとともに、当該大気消散係数及び当該後方散
乱係数を用いた前記補償機能を前記ラマン後方散乱光の
後方散乱光信号に対して実行してガス種同定用後方散乱
ラマン光信号を生成・出力する定性／定量解析機能を有
していることを特徴とする請求項１１または１２に記載
のガス環境広域探査システムに存する。また本発明の請
求項１４に記載の要旨は、前記解析手段は、前記光電変
換手段が光電変換して生成・出力する前記第１の補償用
レーザ光の後方散乱光信号及び前記第２の補償用レーザ
光の後方散乱光信号を用いて大気消散係数及び後方散乱
係数を求めるとともに、当該大気消散係数及び当該後方
散乱係数を用いた前記補償機能を前記吸収測定レーザ光
の後方散乱光信号に対して実行してガス濃度解析用後方
散乱吸収光信号を生成・出力する定性／定量解析機能を
有していることを特徴とする請求項１１乃至１３のいず
れか一項に記載のガス環境広域探査システムに存する。
また本発明の請求項１５に記載の要旨は、被監視対象の
混合ガス体に含まれるガス種やガス濃度に対する静的定
性・定量解析及び動的定性・定量解析を広域監視エリア
にわたって実行するガス環境広域探査方法であって、被
監視対象の混合ガス体に含まれるガス種やガス濃度を検
知するための探査レーザ光を生成して当該被監視対象の
混合ガス体に照射する送信光学系と、被監視対象の混合
ガス体から後方散乱されてくる受信時系列光を受光して
当該被監視対象の混合ガス体に含まれるガスのガス種や
ガス濃度に対する静的定性・定量解析及び動的定性・定
量解析を行う受信光学系とを備えたガス環境広域探査シ
ステムに対して、前記送信光学系は、第１の振動数の第
１の補償用レーザ光を生成・出力する第１補償用レーザ
生成工程と、同期信号である第１時分割同期信号に応じ
たデューティ比と繰り返し周波数とで前記第１の補償用
レーザ光をパルス変調して第１の補償用レーザ変調光を
生成・出力する第１変調工程と、前記第１の補償用レー
ザ光と同程度のパワーを有し第２の振動数の第２の補償
用レーザ光を生成・出力する第２補償用レーザ生成工程
と、同期信号である第２時分割同期信号に応じたデュー
ティ比と繰り返し周波数とで前記第２の補償用レーザ光
をパルス変調して第２の補償用レーザ変調光を生成・出
力する第２変調工程と、所定パワーを有しラマン励起振
動数のラマン励起レーザ光を生成・出力するラマン励起
レーザ生成工程と、同期信号である第３時分割同期信号
に応じたデューティ比と繰り返し周波数とで前記ラマン
励起レーザ光をパルス変調してラマン励起レーザ変調光
を生成・出力する第３変調工程と、所定パワーを有し吸
収振動数の吸収測定レーザ光を生成・出力する吸収測定
レーザ生成工程と、同期信号である第４時分割同期信号
に応じたデューティ比と繰り返し周波数とで前記吸収測
定レーザ光をパルス変調して吸収測定レーザ変調光を生
成・出力する第４変調工程と、前記第１の補償用レーザ
変調光、前記第２の補償用レーザ変調光、前記ラマン励
起レーザ変調光、前記吸収測定レーザ変調光のそれぞれ
を所定のタイミングで多重して探査パケットに合波して
探査レーザ光を生成する合波工程と、前記探査レーザ光
を被監視対象の混合ガス体に所定モード、所定ビーム径
の平行ビームとして出射する送信工程と、前記第１時分
割同期信号、前記第２時分割同期信号、前記第３時分割
同期信号、前記第４時分割同期信号等の電気信号を生成
・出力する時分割波長多重変調同期工程とを有すること
を特徴とするガス環境広域探査方法に存する。また本発
明の請求項１６に記載の要旨は、被監視対象の混合ガス
体に含まれるガス種やガス濃度に対する静的定性・定量
解析及び動的定性・定量解析を広域監視エリアにわたっ
て実行するガス環境広域探査方法であって、被監視対象
の混合ガス体に含まれるガス種やガス濃度を検知するた
めの探査レーザ光を生成して当該被監視対象の混合ガス
体に照射する送信光学系と、被監視対象の混合ガス体か
ら後方散乱されてくる受信時系列光を受光して当該被監
視対象の混合ガス体に含まれるガスのガス種やガス濃度
に対する静的定性・定量解析及び動的定性・定量解析を
行う受信光学系とを備えたガス環境広域探査システムに
対して、前記送信光学系は、第１の振動数の第１の補償
用レーザ光を生成・出力する第１補償用レーザ生成工程
と、同期信号である第１時分割同期信号に応じたデュー
ティ比と繰り返し周波数とで前記第１の補償用レーザ光
をパルス変調して第１の補償用レーザ変調光を生成・出
力する第１変調工程と、前記第１の補償用レーザ光と同
程度のパワーを有し第２の振動数の第２の補償用レーザ
光を生成・出力する第２補償用レーザ生成工程と、同期
信号である第２時分割同期信号に応じたデューティ比と
繰り返し周波数とで前記第２の補償用レーザ光をパルス
変調して第２の補償用レーザ変調光を生成・出力する第
２変調工程と、所定パワーを有しラマン励起振動数のラ
マン励起レーザ光を生成・出力するラマン励起レーザ生
成工程と、同期信号である第３時分割同期信号に応じた
デューティ比と繰り返し周波数とで前記ラマン励起レー
ザ光をパルス変調してラマン励起レーザ変調光を生成・
出力する第３変調工程と、所定パワーを有し吸収振動数
の吸収測定レーザ光を生成・出力する吸収測定レーザ生
成工程と、同期信号である第４時分割同期信号に応じた
デューティ比と繰り返し周波数とで前記吸収測定レーザ
光をパルス変調して吸収測定レーザ変調光を生成・出力
する第４変調工程と、前記第１の補償用レーザ変調光、
前記第２の補償用レーザ変調光、前記ラマン励起レーザ
変調光、前記吸収測定レーザ変調光のそれぞれを所定の
タイミングで時分割波長多重して探査パケットに合波し
て探査レーザ光を生成する時分割光多重変調工程と、前
記探査レーザ光を被監視対象の混合ガス体に所定モー
ド、所定ビーム径の平行ビームとして出射する送信工程
と、前記第１時分割同期信号、前記第２時分割同期信
号、前記第３時分割同期信号、前記第４時分割同期信号
等の電気信号を生成・出力する時分割波長多重変調同期
工程とを有することを特徴とするガス環境広域探査方法
に存する。また本発明の請求項１７に記載の要旨は、被
監視対象の混合ガス体に含まれるガス種やガス濃度に対
する静的定性・定量解析及び動的定性・定量解析を広域
監視エリアにわたって実行するガス環境広域探査方法で
あって、被監視対象の混合ガス体に含まれるガス種やガ
ス濃度を検知するための探査レーザ光を生成して当該被
監視対象の混合ガス体に照射する送信光学系と、被監視
対象の混合ガス体から後方散乱されてくる受信時系列光
を受光して当該被監視対象の混合ガス体に含まれるガス
のガス種やガス濃度に対する静的定性・定量解析及び動
的定性・定量解析を行う受信光学系とを備えたガス環境
広域探査システムに対して、前記送信光学系は、第１の
振動数の第１の補償用レーザ光を生成・出力する第１補
償用レーザ生成工程と、同期信号である第１時分割同期
信号に応じたデューティ比と繰り返し周波数とで前記第
１の補償用レーザ光をパルス変調して第１の補償用レー
ザ変調光を生成・出力する第１変調工程と、前記第１の
補償用レーザ光と同程度のパワーを有し第２の振動数の
第２の補償用レーザ光を生成・出力する第２補償用レー
ザ生成工程と、同期信号である第２時分割同期信号に応
じたデューティ比と繰り返し周波数とで前記第２の補償
用レーザ光をパルス変調して第２の補償用レーザ変調光
を生成・出力する第２変調工程と、所定パワーを有しラ
マン励起振動数のラマン励起レーザ光を生成・出力する
ラマン励起レーザ生成工程と、同期信号である第３時分
割同期信号に応じたデューティ比と繰り返し周波数とで
前記ラマン励起レーザ光をパルス変調してラマン励起レ
ーザ変調光を生成・出力する第３変調工程と、所定パワ
ーを有し吸収振動数の吸収測定レーザ光を生成・出力す
る吸収測定レーザ生成工程と、同期信号である第４時分
割同期信号に応じたデューティ比と繰り返し周波数とで
前記吸収測定レーザ光をパルス変調して吸収測定レーザ
変調光を生成・出力する第４変調工程と、前記第１の補
償用レーザ変調光、前記第２の補償用レーザ変調光、前
記ラマン励起レーザ変調光、及び前記吸収測定レーザ変
調光を単位パルス内に重ね合わせた前記探査パケットを
生成する波長多重変調工程と、前記探査レーザ光を被監
視対象の混合ガス体に所定モード、所定ビーム径の平行
ビームとして出射する送信工程と、前記第１時分割同期
信号、前記第２時分割同期信号、前記第３時分割同期信
号、前記第４時分割同期信号等の電気信号を生成・出力
する時分割波長多重変調同期工程とを有することを特徴
とするガス環境広域探査方法に存する。また本発明の請
求項１８に記載の要旨は、前記第１変調工程は、前記第
１時分割同期信号に応じた１／５乃至１／１０程度のデ
ューティ比と、数１０Ｈｚ乃至数１００ＭＨｚ程度の繰
り返し周波数で前記第１の補償用レーザ光をパルス変調
して前記第１の補償用レーザ変調光を生成・出力する工
程を含むことを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれ
か一項に記載のガス環境広域探査方法に存する。また本
発明の請求項１９に記載の要旨は、前記第２変調工程
は、前記第２時分割同期信号に応じた１／５乃至１／１
０程度のデューティ比と、数１０Ｈｚ乃至数１００ＭＨ
ｚ程度の繰り返し周波数で前記第２の補償用レーザ光を
パルス変調して前記第２の補償用レーザ変調光を生成・
出力する工程を含むことを特徴とする請求項１５乃至１
７のいずれか一項に記載のガス環境広域探査方法に存す
る。また本発明の請求項２０に記載の要旨は、前記ラマ
ン励起レーザ生成工程は、被監視対象の混合ガス体に対
するラマン励起を発生する波長λx＝２００乃至９００
ｎｍ程度の紫外乃至赤外波長領域の前記ラマン励起レー
ザ光を生成・出力する工程を含むことを特徴とする請求
項１５乃至１７のいずれか一項に記載のガス環境広域探
査方法に存する。また本発明の請求項２１に記載の要旨
は、前記第３変調工程は、前記第３時分割同期信号に応
じた１／５乃至１／１０程度のデューティ比と、数１０
Ｈｚ乃至数１００ＭＨｚ程度の繰り返し周波数で前記ラ
マン励起レーザ光をパルス変調して前記ラマン励起レー
ザ変調光を生成・出力する工程を含むことを特徴とする
請求項１５乃至１７のいずれか一項に記載のガス環境広
域探査方法に存する。また本発明の請求項２２に記載の
要旨は、前記吸収測定レーザ生成工程は、被監視対象の
混合ガス体が吸収する波長として２００ｎｍ乃至２０μ
ｍ程度の紫外乃至遠赤外波長領域の前記吸収測定レーザ
光を生成・出力する工程を含むことを特徴とする請求項
１５乃至１７のいずれか一項に記載のガス環境広域探査
方法に存する。また本発明の請求項２３に記載の要旨
は、前記第４変調工程は、前記第４時分割同期信号に応
じた１／５乃至１／１０程度のデューティ比と、数１０
Ｈｚ乃至数１００ＭＨｚ程度の繰り返し周波数で前記ラ
マン励起レーザ光をパルス変調して前記吸収測定レーザ
変調光を生成・出力する工程を含むことを特徴とする請
求項１５乃至１７のいずれか一項に記載のガス環境広域
探査方法に存する。また本発明の請求項２４に記載の要
旨は、前記時分割光多重変調工程は、前記第１の補償用
レーザ変調光、前記第２の補償用レーザ変調光、前記ラ
マン励起レーザ変調光、前記吸収測定レーザ変調光のそ
れぞれを所望の並び順に並べ替えて整列させて前記探査
パケットに合波して前記探査レーザ光を生成する工程を
含むことを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれか一
項に記載のガス環境広域探査方法に存する。また本発明
の請求項２５に記載の要旨は、前記受信光学系は、所望
波長帯の前記受信時系列光として前記第１の補償用レー
ザ変調光の後方散乱光、前記第２の補償用レーザ変調光
の後方散乱光、前記ラマン励起レーザ変調光の後方散乱
光、ラマン後方散乱光、前記吸収測定レーザ光の後方散
乱光の少なくともいずれかを被監視対象の混合ガス体か
らの後方散乱光の中から選択する光学フィルタリング工
程と、前記受信時系列光に含まれる各種後方散乱光を分
離する時分割光多重復調工程と、前記時分割光多重復調
工程で分離される各種後方散乱光を所望の波長帯で分光
して吸収／ラマン・スペクトル解析用の光学データを生
成・出力する分光工程と、前記分光工程から受光した後
方散乱光を電気信号に変換して前記第１の補償用レーザ
光の後方散乱光信号、前記第２の補償用レーザ光の後方
散乱光信号、前記ラマン励起レーザ光の後方散乱光信
号、前記ラマン後方散乱光の後方散乱光信号、前記吸収
測定レーザ光の後方散乱光信号を生成・出力する光電変
換工程と、前記第１の補償用レーザ光の後方散乱光信号
及び前記第２の補償用レーザ光の後方散乱光信号を基に
前記ラマン励起レーザ光の後方散乱光信号、前記ラマン
後方散乱光の後方散乱光信号、前記吸収測定レーザ光の
後方散乱光信号の補償機能を実行するとともに、吸収ス
ペクトル、ラマン・スペクトルを含むスペクトルを解析
して被監視対象の混合ガス体に含まれるガス種及び／ま
たはガス濃度に対する定性／定量解析工程を実行する解
析工程を備えていることを特徴とする請求項１５乃至２
４のいずれか一項に記載のガス環境広域探査方法に存す
る。また本発明の請求項２６に記載の要旨は、前記解析
工程は、前記光電変換工程が光電変換して生成・出力す
る前記第１の補償用レーザ光の後方散乱光信号及び前記
第２の補償用レーザ光の後方散乱光信号を用いて大気消
散係数及び後方散乱係数を求めるとともに、当該大気消
散係数及び当該後方散乱係数を用いた前記補償機能を前
記ラマン励起レーザ光の後方散乱光信号に対して実行し
てガス濃度解析用後方散乱励起光信号を生成・出力する
定性／定量解析工程を含むことを特徴とする請求項２５
に記載のガス環境広域探査方法に存する。また本発明の
請求項２７に記載の要旨は、前記解析工程は、前記光電
変換工程が光電変換して生成・出力する前記第１の補償
用レーザ光の後方散乱光信号及び前記第２の補償用レー
ザ光の後方散乱光信号を用いて大気消散係数及び後方散
乱係数を求めるとともに、当該大気消散係数及び当該後
方散乱係数を用いた前記補償機能を前記ラマン後方散乱
光の後方散乱光信号に対して実行してガス種同定用後方
散乱ラマン光信号を生成・出力する定性／定量解析工程
を含むことを特徴とする請求項２５または２６に記載の
ガス環境広域探査方法に存する。また本発明の請求項２
８に記載の要旨は、前記解析工程は、前記光電変換工程
が光電変換して生成・出力する前記第１の補償用レーザ
光の後方散乱光信号及び前記第２の補償用レーザ光の後
方散乱光信号を用いて大気消散係数及び後方散乱係数を
求めるとともに、当該大気消散係数及び当該後方散乱係
数を用いた前記補償機能を前記吸収測定レーザ光の後方
散乱光信号に対して実行してガス濃度解析用後方散乱吸
収光信号を生成・出力する定性／定量解析工程を含むこ
とを特徴とする請求項２５乃至２７のいずれか一項に記
載のガス環境広域探査方法に存する。
【００１５】
【発明の実施の形態】（第１実施形態）被監視対象の混
合ガス体（例えば、ＮＯｘ等の窒素酸化物、ＳＯ２等の
硫黄酸化物、ＣＯやＣＯ２等の炭酸ガス等のガスやエア
ロゾル）にレーザ光を通すと、入射光と等しい周波数を
持った強い弾性散乱光（レーリー散乱光）と、入射光か
らわずかに周波数がずれた、きわめて弱い非弾性散乱光
（ブリュアン光とラマン散乱光）とが散乱（後方散乱を
含む）されてくる。非弾性散乱光は、入射光が物質（例
えば、ＮＯｘ等の窒素酸化物、ＳＯ２等の硫黄酸化物、
ＣＯやＣＯ２等の炭酸ガス等のガスやエアロゾル）中の
音響フォノンに主因して散乱されて生成される散乱光で
あるブリュアン光と、同物質中の振動する原子やイオン
あるいは光学フォノンに主因して散乱されて生成される
散乱光であるラマン散乱光とを含んでいる。特に、ラマ
ン散乱光は、単色性に優れエネルギー密度のきわめて大
きいレーザとダブルモノクロメータとを組み合わせるこ
とにより高精度で分光測定できるようになっている。い
まラマンシフト振動数をωＲ、入射光（ラマン励起レー
ザ光）の振動数をωｘとすると、散乱過程のエネルギー
保存則が成立するので、ラマン散乱光の振動数ωＲは、
ωＲ＝ωｘ±ωＲ（＋：反ストークス線，−：ストーク
ス線）となる。このようなラマン散乱光におけるラマン
シフトを測定することによって化学物質（例えば、ＮＯ
ｘ等の窒素酸化物、ＳＯ２等の硫黄酸化物、ＣＯやＣＯ
２等の炭酸ガス等のガスやエアロゾル）の同定を行うこ
とができる。数１００ＭＷ／ｃｍ２〜数１０ＧＷ／ｃｍ
２以上のエネルギー密度を持ちコヒーレント性に優れた
レーザ光をラマン励起レーザ光（振動数ωｘ＝２πｃ／
λ ｘ，λｘはラマン励起レーザ光の波長、ｃは光速）を
用いて被監視対象の化学物質（ガス体）に誘導放射を起
こさせるラマン散乱を誘導ラマン散乱という。またこの
ようなラマン散乱によって発生する散乱光のスペクトル
をラマン・スペクトルという。特に入射光（ラマン励起
レーザ光）の振動数ωｘ＝２πｃ／λｘが被監視対象の
化学物質（ガス体）の吸収帯に近づくとラマン・スペク
トルの強度が共鳴的に増大する共鳴ラマン効果と呼ばれ
る現象が発生する。
【００１６】本実施形態では、被監視対象の有害な混合
ガス体（例えば、ＮＯｘ等の窒素酸化物、ＳＯ２等の硫
黄酸化物、ＣＯやＣＯ２等の炭酸ガス等のガス、オゾン
Ｏ3、その他の有害エアロゾル、あるいはこれらの混合
気体）にラマン（Ｒａｍａｎ）励起のためのレーザ光
（ラマン励起レーザ光（数１００ＭＷ／ｃｍ２〜数１０
ＧＷ／ｃｍ２級のエネルギー密度を有するコヒーレント
光））を照射すると、ラマン励起レーザ光と等しい振動
数を持った強い弾性散乱（Ｒａｙｌｅｉｇｈ ｓｃａｔ
ｔｅｒｉｎｇ）光の後方散乱光（レーリー後方散乱光）
と、ラマン励起レーザ光からわずかに振動数がずれた、
きわめて弱い非弾性散乱光（ブリュアン散乱光とラマン
散乱光）の後方散乱光（非弾性後方散乱光）が返信され
てくる。
【００１７】非弾性後方散乱光は、数１００ＭＷ／ｃｍ
２〜数１０ＧＷ／ｃｍ２級のエネルギー密度を有しコヒ
ーレント性に優れたラマン励起レーザ光が被監視対象の
有害な混合ガス体中の音響フォノンに主因して受信光学
系側に後方散乱されて生成される後方散乱光であるブリ
ルアン散乱（Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎ
ｇ）の後方散乱光（ブリルアン散乱後方散乱光）と、同
物質中の振動する原子やイオンあるいは光学フォノンに
主因して後方散乱されて生成される後方散乱光であるラ
マン後方散乱光とを含んでいる。特に、ラマン後方散乱
光は、単色性に優れエネルギー密度のきわめて大きいレ
ーザとダブルモノクロメータとを組み合わせることによ
り高精度で分光測定できる。いまラマンシフト振動数を
ωＲ（＝２πｃ／λＲ，λＲはラマンシフト波長）、ラ
マン励起レーザ光の振動数をωｘとすると、散乱過程の
エネルギー保存則が成立するので、ラマン後方散乱光の
振動数ωＲ（＝２πｃ／λＲ，λＲは波長）は、ωＲ＝
ωｘ±ωＲ（＋：反ストークス線，−：ストークス線）
となる。
【００１８】図１は、本発明にかかるガス環境広域探査
システム及びガス環境広域探査方法の一実施形態を説明
するための送信光学系側のシステム図、図２は、図１の
ガス環境広域探査システムで生成される及びガス環境広
域探査方法の一実施形態を説明するための受信光学系側
のシステム図である。本実施形態のガス環境広域探査シ
ステムは、送信光学系１００及び受信光学系２００を備
えている。図１を参照すると、送信光学系１００は、第
１補償用レーザ１０、第１変調器５０、第２補償用レー
ザ２０、第２変調器５２、ラマン励起レーザ３０、第３
変調器５４、吸収測定レーザ４０、第４変調器５６、時
分割光多重変調器６０、送信望遠鏡７０、時分割波長多
重変調同期手段９０を備えている。一方、図２を参照す
ると、受信光学系２００は、光学フィルタ系２１０、時
分割光多重復調手段２２０、分光手段２３０、光電変換
手段２４０、解析手段２５０を備えている。
【００１９】次に、送信光学系１００の実施形態を説明
する。図３は、図１に示す送信光学系の動作を説明する
ためのタイミングチャートである。図１を参照すると、
第１補償用レーザ１０は、振動数ωｒ１（＝２πｃ／λ
ｒ１、波長λｒ１）の第１の補償用レーザ光１２を生成
・出力する機能を有している。第１の補償用レーザ光１
２は、例えば、数ｍＷ〜数Ｗ程度のパワーを有し、波長
λｒ１＝３００〜９００ｎｍ程度（ただし≠λｒ２）の
可視波長領域の第１の補償用レーザ光１２を生成・出力
する色素レーザやＨｅ−ＮｅレーザやチューナブルＡｒ
レーザを用いることができる。
【００２０】第１変調器５０は、図１，３に示すよう
に、第１時分割同期信号９２に応じたデューティ比と繰
り返し周波数とで第１の補償用レーザ光１２をパルス変
調して第１の補償用レーザ変調光１４を生成・出力する
機能を有している。例えば、第１時分割同期信号９２に
応じた１／５〜１／１０程度のデューティ比と、数Ｈｚ
から数１００ＭＨｚ程度の繰り返し周波数（パルス幅：
数ｍｓ〜数ｐｓ（ピコ秒（ピコは１兆分の１）））で第
１の補償用レーザ光１２をパルス変調して第１の補償用
レーザ変調光１４を生成・出力する音響光学変調素子、
電気光学変調素子あるいは磁気光学変調素子を用いるこ
とができる。
【００２１】第２補償用レーザ２０は、図１，３に示す
ように、第１の補償用レーザ光１２と同程度（数ｍＷ〜
数Ｗ程度）のパワーを有し、振動数ωｒ２（＝２πｃ／
λｒ ２、波長λｒ２）の第２の補償用レーザ光２２を生
成・出力する機能を有している。例えば、波長λｒ２＝
３００〜９００ｎｍ程度（ただし≠λｒ１）の可視波長
領域の第２の補償用レーザ光２２を生成・出力する色素
レーザやＨｅ−ＮｅレーザやチューナブルＡｒレーザを
用いることができる。
【００２２】第２変調器５２は、図１，３に示すよう
に、第２時分割同期信号９４に応じたデューティ比と繰
り返し周波数とで第２の補償用レーザ光２２をパルス変
調して第２の補償用レーザ変調光２４を生成・出力する
機能を有している。例えば、第２時分割同期信号９４に
応じた１／５〜１／１０程度のデューティ比と、数Ｈｚ
から数１００ＭＨｚ程度の繰り返し周波数（パルス幅：
数ｍｓ〜数ｐｓ）で第２の補償用レーザ光２２をパルス
変調して第２の補償用レーザ変調光２４を生成・出力す
る音響光学変調素子、電気光学変調素子あるいは磁気光
学変調素子を用いることができる。
【００２３】ラマン励起レーザ３０は、数ｍＷ〜数１０
Ｗ程度のパワーを有し、振動数ωｘ（＝２πｃ／λｘ、
波長λｘ）のラマン励起レーザ光３２を生成・出力する
機能を有している。例えば、被監視対象の有害な混合ガ
ス体２に対するラマン励起を発生する波長λｘ＝２００
〜９００ｎｍ程度の紫外〜赤外波長領域のラマン励起レ
ーザ光３２を生成・出力するエキシマレーザ（フッ化ク
リプトンＫｒＦ（λｘ＝２４８ｎｍ）、フッ化アルゴン
ＡｒＦ（λｘ＝１９３ｎｍ）、フッ化ダイマーＦ２（λ
ｘ＝１５７ｎｍ）等）、エキシマレーザと波長変換素子
（第２高調波変換素子（ＳＨＧ素子）、第３高調波変換
素子（ＴＨＧ素子）、第４高調波変換素子（ＱＨＧ素
子）、和周波変化素子、差周波変換素子）との組み合わ
せ、色素レーザやチューナブルＡｒレーザ、チタンサフ
ァイアレーザ、チタンサファイアレーザと波長変換素子
（第２高調波変換素子（ＳＨＧ素子）、第３高調波変換
素子（ＴＨＧ素子）、第４高調波変換素子（ＱＨＧ素
子）、和周波変化素子、差周波変換素子）との組み合わ
せ、ＹＡＧレーザ、ＹＡＧレーザと波長変換素子（第２
高調波変換素子（ＳＨＧ素子）、第３高調波変換素子
（ＴＨＧ素子）、第４高調波変換素子（ＱＨＧ素子）、
和周波変化素子、差周波変換素子）との組み合わせ等を
用いることができる。
【００２４】第３変調器５４は、図１，３に示すよう
に、第３時分割同期信号９６に応じたデューティ比と繰
り返し周波数とでラマン励起レーザ光３２をパルス変調
してラマン励起レーザ変調光３４を生成・出力する機能
を有している。例えば、第３時分割同期信号９６に応じ
た１／５〜１／１０程度のデューティ比と、数Ｈｚから
数１００ＭＨｚ程度の繰り返し周波数（パルス幅：数ｍ
ｓ〜数ｐｓ）で数１００ＭＷ／ｃｍ２〜数１０ＧＷ／ｃ
ｍ２級のエネルギー密度を有するラマン励起レーザ光３
２をパルス変調してラマン励起レーザ変調光３４を生成
・出力する音響光学変調素子、電気光学変調素子あるい
は磁気光学変調素子を用いることができる。
【００２５】吸収測定レーザ４０は、数ｍＷ〜数１０Ｗ
程度のパワーを有し、振動数ωＡ（＝２πｃ／λＡ、波
長λＡ）の吸収測定レーザ光４２を生成・出力する機能
を有している。例えば、被監視対象の有害な混合ガス体
２が吸収する波長λＡ＝２００ｎｍ〜２０μｍ程度の紫
外〜遠赤外波長領域の吸収測定レーザ光４２を生成・出
力するエキシマレーザ（フッ化クリプトンＫｒＦ（λｘ
＝２４８ｎｍ）、フッ化アルゴンＡｒＦ（λｘ＝１９３
ｎｍ）、フッ化ダイマーＦ２（λｘ＝１５７ｎｍ）
等）、エキシマレーザと波長変換素子（第２高調波変換
素子（ＳＨＧ素子）、第３高調波変換素子（ＴＨＧ素
子）、第４高調波変換素子（ＱＨＧ素子）、和周波変化
素子、差周波変換素子）との組み合わせ、色素レーザや
チューナブルＡｒレーザ、チタンサファイアレーザ、チ
タンサファイアレーザと波長変換素子（第２高調波変換
素子（ＳＨＧ素子）、第３高調波変換素子（ＴＨＧ素
子）、第４高調波変換素子（ＱＨＧ素子）、和周波変化
素子、差周波変換素子）との組み合わせ、ＹＡＧレー
ザ、ＹＡＧレーザと波長変換素子（第２高調波変換素子
（ＳＨＧ素子）、第３高調波変換素子（ＴＨＧ素子）、
第４高調波変換素子（ＱＨＧ素子）、和周波変化素子、
差周波変換素子）との組み合わせ等を用いることができ
る。
【００２６】第４変調器５６は、図１，３に示すよう
に、第４時分割同期信号９８に応じたデューティ比と繰
り返し周波数とで吸収測定レーザ光４２をパルス変調し
て吸収測定レーザ変調光４４を生成・出力する機能を有
している。例えば、第４時分割同期信号９８に応じた１
／５〜１／１０程度のデューティ比と、数Ｈｚから数１
００ＭＨｚ程度の繰り返し周波数（パルス幅：数ｍｓ〜
数ｐｓ）で数１００ＭＷ／ｃｍ２〜数１０ＧＷ／ｃｍ２
級のエネルギー密度を有するラマン励起レーザ光３２を
パルス変調して吸収測定レーザ変調光４４を生成・出力
する音響光学変調素子、電気光学変調素子あるいは磁気
光学変調素子を用いることができる。
【００２７】時分割光多重変調器６０は、図１，３に示
すように、前述の第１の補償用レーザ変調光１４、第２
の補償用レーザ変調光２４、ラマン励起レーザ変調光３
４、吸収測定レーザ変調光４４のそれぞれを所定のタイ
ミングで時分割波長多重して一本のビーム（図３に示す
探査レーザ光７２に含まれる探査パケット７２Ａ）に合
波（時分割波長多重変調）して探査レーザ光７２を生成
する機能を有している。なお、システムの簡易化を図り
たい場合には、時分割光多重変調器６０を省略して、第
１変調器５０、第２変調器５２、第３変調器５４及び第
４変調器５６の変調動作を制御して第１の補償用レーザ
変調光１４、第２の補償用レーザ変調光２４、ラマン励
起レーザ変調光３４、吸収測定レーザ変調光４４のそれ
ぞれを所定のタイミングで時分割波長多重して一本のビ
ーム（図３に示す探査レーザ光７２に含まれる探査パケ
ット７２Ａ）に合波（時分割波長多重変調）して探査レ
ーザ光７２を生成することも可能である。
【００２８】本実施形態では、第１の補償用レーザ変調
光１４、第２の補償用レーザ変調光２４、ラマン励起レ
ーザ変調光３４、吸収測定レーザ変調光４４のそれぞれ
を時分割光多重変調器６０に導くためにダイクロイック
ミラーやミラー等の光学部品を用いて時分割光多重変調
器６０を構成している。この場合、所定のタイミングで
の時分割波長多重処理として、第１の補償用レーザ変調
光１４のパルス、第２の補償用レーザ変調光２４のパル
ス、ラマン励起レーザ変調光３４のパルス、吸収測定レ
ーザ変調光４４のパルスの順番で時系列（直列）に整列
させたパルス列（図３に示す探査レーザ光７２に含まれ
る探査パケット７２Ａ）を用いて探査レーザ光７２を生
成することができる。すなわち探査レーザ光７２は、数
Ｈｚから数１００ＭＨｚ程度の繰り返し周波数を有する
パルス列（図３に示す探査レーザ光７２に含まれる探査
パケット７２Ａ）を含み、パルス列（図３に示す探査レ
ーザ光７２に含まれる探査パケット７２Ａ）のそれぞれ
は、１／５〜１／１０程度のデューティ比を有する第１
の補償用レーザ変調光１４、第２の補償用レーザ変調光
２４、ラマン励起レーザ変調光３４、及び吸収測定レー
ザ変調光４４がこの順番で時系列（直列）に整列されて
構成されている。
【００２９】なお、時分割光多重変調器６０を音響光学
変調素子、電気光学変調素子あるいは磁気光学変調素子
や、光スイッチング素子等のアクティブ光デバイスを用
いて構成する場合、時分割光多重変調器６０は、パルス
列（図３に示す探査レーザ光７２に含まれる探査パケッ
ト７２Ａ）を構成する第１の補償用レーザ変調光１４、
第２の補償用レーザ変調光２４、ラマン励起レーザ変調
光３４、及び吸収測定レーザ変調光４４の時系列での並
び順を、本実施形態に特に限定されることなく、所望の
並び順に並べ替えて整列させてパルス列（図３に示す探
査レーザ光７２に含まれる探査パケット７２Ａ）を生成
することができる。またこのようなアクティブ光デバイ
スを用いる場合、前述の時分割光多重変調器６０に代え
て、パルス列（図３に示す探査レーザ光７２に含まれる
探査パケット７２Ａ）を構成する第１の補償用レーザ変
調光１４、第２の補償用レーザ変調光２４、ラマン励起
レーザ変調光３４、及び吸収測定レーザ変調光４４を単
位パルス内に重ね合わせて（波長多重して）パルス列
（図３に示す探査レーザ光７２に含まれる探査パケット
７２Ａ）を生成する波長多重機能を備えた変調器を用い
ることもできる。
【００３０】送信望遠鏡７０は、図１に示すように、探
査レーザ光７２を被監視対象の有害な混合ガス体２（タ
ーゲット）に所定モード（具体的には、ＴＥＭ００）、
所定ビーム径の平行ビームとして出射する機能を有して
いる。例えば、所定モード（具体的には、ＴＥＭ００）
に変換するモード変換手段（不図示）と、所定ビーム径
の平行ビームとして出射するコリメータ（不図示）を有
している。
【００３１】時分割波長多重変調同期手段９０は、図１
に示すように、第１時分割同期信号９２、第２時分割同
期信号９４、第３時分割同期信号９６、第４時分割同期
信号９８等の電気（パルス）信号を生成・出力する機能
を有している。例えば、デューティ比及び／または信号
間の位相関係を任意に制御・保持した状態の複数のパル
ス信号を並列に多チャンネル出力できるファンクション
ジェネレータやファンクションシンセサイザーを用いる
ことができる。
【００３２】次に、受信光学系２００の実施形態を説明
する。図４は、図２に示す受信光学系の動作を説明する
ためのタイミングチャートである。図２を参照すると、
受信光学系２００は、後方散乱光の中から所望波長帯の
受信時系列光２０４（第１の補償用レーザ変調光１４の
後方散乱光１４２、第２の補償用レーザ変調光２４の後
方散乱光２４２、ラマン励起レーザ変調光３４の後方散
乱光３４２、ラマン光の後方散乱光２０２、吸収測定レ
ーザ光４２の後方散乱光４２２を含む）を選択する光学
フィルタ系２１０、受信時系列光２０４に含まれる各種
後方散乱光を分離（時分割光多重復調機能）する時分割
光多重復調手段２２０、時分割光多重復調手段２２０で
分離される各種後方散乱光を所望の波長帯で分光して吸
収／ラマン・スペクトル解析用の光学データを生成・出
力する分光手段２３０、分光手段２３０から受光した後
方散乱光（光学データ）を電気信号に変換して第１の補
償用レーザ光１２の後方散乱光信号Ｐ１（Ｒ，
λｒ１）、第２の補償用レーザ光２２の後方散乱光信号
Ｐ２（Ｒ，λｒ２）、数１００ＭＷ／ｃｍ２〜数１０Ｇ
Ｗ／ｃｍ２級のエネルギー密度を有するラマン励起レー
ザ光３２の後方散乱光信号Ｐ ｘ（Ｒ，λｘ）、ラマン光
の後方散乱光２０２の後方散乱光信号ＰＲ（Ｒ，
λＲ）、吸収測定レーザ光４２の後方散乱光信号Ｐ
Ａ（Ｒ，λＡ）を生成・出力する光電変換手段２４０、
光電変換により生成される電気信号（第１の補償用レー
ザ光１２の後方散乱光信号Ｐ１（Ｒ，λｒ１）、第２の
補償用レーザ光２２の後方散乱光信号Ｐ２（Ｒ，
λｒ２）、ラマン励起レーザ光３２の後方散乱光信号Ｐ
ｘ（Ｒ，λｘ）、ラマン光の後方散乱光２０２の後方散
乱光信号ＰＲ（Ｒ，λＲ）、吸収測定レーザ光４２の後
方散乱光信号ＰＡ（Ｒ，λＡ））に基づいて後方散乱光
の補償機能を実行するとともに吸収スペクトル、ラマン
・スペクトル等の各種スペクトルを解析して被監視対象
の有害な混合ガス体２に含まれるガス種及び／またはガ
ス濃度に対する定性及び／または定量解析（定性／定量
解析機能）を行う解析手段２５０を備えている。
【００３３】受信時系列光２０４は、図２，４に示すよ
うに、前述の探査パケット７２Ａを含む探査レーザ光７
２の後方散乱光を中心にして構成されており、第１の補
償用レーザ変調光１４の後方散乱光１４２（中心振動数
ωｒ１＝２πｃ／λｒ１、波長λｒ１）、第２の補償用
レーザ変調光２４の後方散乱光２４２（中心振動数ω
ｒ２＝２πｃ／λｒ２、波長λｒ２）、ラマン励起レー
ザ変調光３４の後方散乱光３４２（中心振動数ωｘ＝２
πｃ／λｘ、波長λｘ）、ラマン励起レーザ変調光３４
によって被監視対象の有害な混合ガス体２がラマン励起
されて生成・出力されるラマン光の後方散乱光２０２
（中心振動数ωＲ＝２πｃ／λＲ、波長λＲ）、吸収測
定レーザ光４２の後方散乱光４２２（中心振動数ωＡ＝
２πｃ／λＡ、波長λＡ）を含んでいる。
【００３４】光学フィルタ系２１０は、図２，４に示す
ように、被監視対象の有害な混合ガス体２から後方散乱
されてくる受信時系列光２０４を集光するとともに、集
光した受信時系列光２０４や周囲から入射してくる外乱
光の中から受信時系列光２０４を抽出する機能（フィル
タリング機能）を有し、光学フィルタやアッテネータや
集光レンズやコリメーションレンズ等の光学部品、モノ
クロメータ等の分光手段２３０等を中心にして構成され
ている。本実施形態では、光学部品としてカセグレン型
望遠鏡を改良して用いている。
【００３５】時分割光多重復調手段２２０は、図２，４
に示すように、第１時分割同期信号９２、第２時分割同
期信号９４、第３時分割同期信号９６、第４時分割同期
信号９８等の電気（パルス）信号を受け取ってこれらの
諸信号９２〜９８をタイムベースとして、受信時系列光
２０４に含まれる第１の補償用レーザ変調光１４の後方
散乱光１４２、第２の補償用レーザ変調光２４の後方散
乱光２４２、ラマン励起レーザ変調光３４の後方散乱光
３４２、ラマン励起レーザ変調光３４によって被監視対
象の有害な混合ガス体２がラマン励起されて生成・出力
されるラマン光の後方散乱光２０２、吸収測定レーザ光
４２の後方散乱光４２２のそれぞれを分離（時分割光多
重復調機能）するものである。具体的には、音響光学変
調素子、電気光学変調素子あるいは磁気光学変調素子等
の偏光手段や、光スイッチング素子等のアクティブ光デ
バイスを用い、第１時分割同期信号９２が示すタイミン
グにしたがって第１の補償用レーザ変調光１４の後方散
乱光１４２の波長帯（中心振動数ωｒ１＝２πｃ／λ
ｒ１、波長λｒ１）のみを受信時系列光２０４の中から
偏光・抽出して後段の分光手段２３０に与え、同様に、
第２時分割同期信号９４が示すタイミングにしたがって
第２の補償用レーザ変調光２４の後方散乱光２４２の波
長帯（中心振動数ωｒ２＝２πｃ／λｒ２、波長
λｒ２）のみを受信時系列光２０４の中から偏光・抽出
して後段の分光手段２３０に与え、同様に、第３時分割
同期信号９６が示すタイミングにしたがってラマン励起
レーザ変調光３４の後方散乱光３４２の波長帯（中心振
動数ωｘ＝２πｃ／λｘ、波長λｘ）のみを受信時系列
光２０４の中から偏光・抽出して後段の分光手段２３０
に与え、同様に、第３時分割同期信号９６が示すタイミ
ングにしたがってラマン励起レーザ変調光３４によって
被監視対象の有害な混合ガス体２がラマン励起されて生
成・出力されるラマン光の後方散乱光２０２の波長帯
（中心振動数ωＲ＝２πｃ／λＲ、波長λＲ）のみを受
信時系列光２０４の中から偏光・抽出して後段の分光手
段２３０に与え、同様に、第４時分割同期信号９８が示
すタイミングにしたがって吸収測定レーザ光４２の後方
散乱光４２２の波長帯（中心振動数ωＡ＝２πｃ／
λＡ、波長λＡ）のみを受信時系列光２０４の中から光
学的に偏光・抽出して後段の分光手段２３０に与えて抽
出するように構成されている。
【００３６】分光手段２３０は、図２，４に示すよう
に、受信時系列光２０４の中から時分割光多重復調手段
２２０が偏光・抽出した前述の第１の補償用レーザ変調
光１４の後方散乱光１４２、第２の補償用レーザ変調光
２４の後方散乱光２４２、ラマン励起レーザ変調光３４
の後方散乱光３４２、ラマン光の後方散乱光２０２、吸
収測定レーザ光４２の後方散乱光４２２のそれぞれにつ
いて、所望の波長帯を分光して吸収／ラマン・スペクト
ル解析用の光学データを生成して後段の光電変換手段２
４０に出力するように構成されている。
【００３７】光電変換手段２４０は、図２，４に示すよ
うに、第１時分割同期信号９２、第２時分割同期信号９
４、第３時分割同期信号９６、第４時分割同期信号９８
等の電気（パルス）信号を受け取ってこれらの諸信号９
２〜９８のタイムベースとして、前述の分光手段２３０
から受光した第１の補償用レーザ変調光１４の後方散乱
光１４２、第２の補償用レーザ変調光２４の後方散乱光
２４２、ラマン励起レーザ変調光３４の後方散乱光３４
２、ラマン光の後方散乱光２０２、吸収測定レーザ光４
２の後方散乱光４２２のそれぞれを光電変換（すなわち
光信号の電気信号への変換）して第１の補償用レーザ光
１２の後方散乱光信号Ｐ１（Ｒ，λｒ１）、第２の補償
用レーザ光２２の後方散乱光信号Ｐ２（Ｒ，λｒ２）、
ラマン励起レーザ光３２の後方散乱光信号Ｐｘ（Ｒ，λ
ｘ）、ラマン光の後方散乱光２０２の後方散乱光信号Ｐ
Ｒ（Ｒ，λＲ）、吸収測定レーザ光４２の後方散乱光信
号ＰＡ（Ｒ，λＡ）のそれぞれを生成して後段の解析手
段２５０に出力するように構成されている。具体的に
は、光電面に集光される各散乱光１４２，２４２，３４
２，４２２のそれぞれの光パワー（後方散乱光強度）に
応じた受光感度・応答速度を有する光電変換素子、光電
変換素子からの電気信号を所定の信号レベルに変換・増
幅して第１の補償用レーザ光１２の後方散乱光信号Ｐ１
（Ｒ，λｒ１）、第２の補償用レーザ光２２の後方散乱
光信号Ｐ２（Ｒ，λｒ２）、ラマン励起レーザ光３２の
後方散乱光信号Ｐｘ（Ｒ，λｘ）、ラマン光の後方散乱
光２０２の後方散乱光信号ＰＲ（Ｒ，λＲ）、吸収測定
レーザ光４２の後方散乱光信号Ｐ Ａ（Ｒ，λＡ）のそれ
ぞれを生成する信号増幅器（不図示）を備えている。
【００３８】本実施形態では、第１の補償用レーザ変調
光１４の後方散乱光１４２、第２の補償用レーザ変調光
２４の後方散乱光２４２、ラマン励起レーザ変調光３４
の後方散乱光３４２、ラマン励起レーザ変調光３４の後
方散乱光３４２、ラマン光の後方散乱光２０２、吸収測
定レーザ光４２の後方散乱光４２２を受光する光電変換
素子（不図示）として、光電子増倍管（フォトマル）、
固体撮像素子（ＣＣＤ）、ストリークカメラ、フォトダ
イオード等を用いることができる。特に、微弱光である
ラマン光の後方散乱光２０２を高感度で受光できる光電
子増倍管やストリークカメラは有効な手段である。
【００３９】解析手段２５０は、図２，４に示すよう
に、補償機能を実行して吸収スペクトル、ラマン・スペ
クトル等の各種スペクトルを解析して被監視対象の有害
な混合ガス体２に含まれるガス種及び／またはガス濃度
に対する定性及び／または定量解析を行う機能（定性／
定量解析機能）を有している。具体的には、光電変換手
段２４０が光電変換して生成・出力する第１の補償用レ
ーザ光１２の後方散乱光信号Ｐ１（Ｒ，λｒ１）及び第
２の補償用レーザ光２２の後方散乱光信号Ｐ２（Ｒ，λ
ｒ２）（電気信号）を用いて大気消散係数α（Ｒ，λ）
及び後方散乱係数β（Ｒ，λ）を求め、さらに、大気消
散係数α（Ｒ，λ）及び後方散乱係数β（Ｒ，λ）を用
いた補償機能をラマン励起レーザ光３２の後方散乱光信
号Ｐｘ（Ｒ，λｘ）（電気信号）に対して実行してガス
濃度解析用後方散乱励起光信号Ｎｘ（Ｒ，λｘ）を求
め、大気消散係数α（Ｒ，λ）及び後方散乱係数β
（Ｒ，λ）を用いた補償機能をラマン光の後方散乱光２
０２の後方散乱光信号ＰＲ（Ｒ，λ Ｒ）（電気信号）に
対して実行してガス種同定用後方散乱ラマン光信号ＮＲ
（Ｒ，λＲ）を求め、大気消散係数α（Ｒ，λ）及び後
方散乱係数β（Ｒ，λ）を用いた補償機能を吸収測定レ
ーザ光４２の後方散乱光信号ＰＡ（Ｒ，λＡ）（電気信
号）に対して実行してガス濃度解析用後方散乱吸収光信
号ＮＡ（Ｒ，λＡ）を生成・出力（パーソナルコンピュ
ータやプリンタへの出力）する定性／定量解析機能を有
している。
【００４０】次に、図面に基づき本実施形態のガス環境
広域探査システムの動作（ガス環境広域探査方法）の原
理について説明する。図１を参照すると、前述したよう
に、送信光学系１００側からは、第１の補償用レーザ光
１２（振動数ωｒ１＝２πｃ／λｒ１、波長λｒ１）、
第２の補償用レーザ光２２（振動数ωｒ２＝２πｃ／λ
ｒ２、波長λｒ２）、ラマン励起レーザ光３２（振動数
ωｘ＝２πｃ／λｘ、波長λｘ）、吸収測定レーザ光４
２（振動数ωＡ＝２πｃ／λＡ、波長λＡ）のそれぞれ
を第１変調器５０、第２変調器５２、第３変調器５４、
第４変調器５６、及び時分割光多重変調器６０で時分割
波長多重して一本のビーム（図３に示す探査レーザ光７
２に含まれる探査パケット７２Ａ）に合波（時分割波長
多重変調）して探査レーザ光７２を生成するとともに、
この探査レーザ光７２を被監視対象の有害な混合ガス体
２（ターゲット）に向かって出射する。
【００４１】一方、図２を参照すると、被監視対象の有
害な混合ガス体２（ターゲット）から受信光学系２００
側へは、探査レーザ光７２に応じた第１の補償用レーザ
変調光１４の後方散乱光１４２、第２の補償用レーザ変
調光２４の後方散乱光２４２、ラマン励起レーザ変調光
３４の後方散乱光３４２、ラマン光の後方散乱光２０
２、吸収測定レーザ光４２の後方散乱光４２２を含む受
信時系列光２０４が後方散乱されてくる。
【００４２】受信光学系２００側では、前述したよう
に、被監視対象の有害な混合ガス体２に当たって時分割
波長多重された探査レーザ光７２に含まれる探査パケッ
ト７２Ａにしたがって時系列に後方散乱されてくる受信
時系列光２０４（第１の補償用レーザ変調光１４の後方
散乱光１４２、第２の補償用レーザ変調光２４の後方散
乱光２４２、ラマン励起レーザ変調光３４の後方散乱光
３４２、ラマン光の後方散乱光２０２、吸収測定レーザ
光４２の後方散乱光４２２）を前述のフィルタリング機
能を経て受光し、この受信時系列光２０４に含まれる第
１の補償用レーザ変調光１４の後方散乱光１４２、第２
の補償用レーザ変調光２４の後方散乱光２４２、ラマン
励起レーザ変調光３４の後方散乱光３４２、ラマン光の
後方散乱光２０２、吸収測定レーザ光４２の後方散乱光
４２２のそれぞれを分離（時分割光多重復調機能）す
る。
【００４３】一般に、入射レーザ光（波長λとする）を
被監視対象の有害な混合ガス体２に照射したときに発生
する後方散乱光の信号Ｐ（Ｒ）は、 Ｐ（Ｒ）＝ｋ・Ｐ０・Ａｒ・β（Ｒ，λ）・（１／２）ｃ・τ・ｅｘｐ｛−２ ∫α（Ｒ，λ）＋Ｎ（ｒ）・σｄｒ｝／Ｒ２ …（式１） ここで、∫：積分記号、∫ｄｒ：［０，Ｒ］での積分
ｋ：光学系効率、Ｐ０：レーザ出力、Ａｒ：望遠鏡受光
面積、β（Ｒ，λ）：後方散乱係数β（Ｒ，λ）、ｃ：
光速、τ：レーザパルス幅、α：吸収係数、Ｎ：被監視
対象の有害な混合ガス体２の密度、σ：被監視対象の有
害な混合ガス体２の吸収断面積、Ｒ：被監視対象の有害
な混合ガス体２までの距離である。
【００４４】このため、数１００ＭＷ／ｃｍ２〜数１０
ＧＷ／ｃｍ２級のエネルギー密度を有するラマン励起レ
ーザ光３２の後方散乱光信号Ｐｘ（Ｒ，λｘ）と第１の
補償用レーザ光１２の後方散乱光信号Ｐ１（Ｒ，
λｒ１）との比として求められるガス濃度解析用後方散
乱励起光信号Ｎｘ（Ｒ，λｘ，λｒ１）は、 Ｎｘ（Ｒ，λｘ，λｒ１） ＝｛１／（２ΔＲ・Δσ）｝・ｌｎ［｛Ｐｘ（Ｒ，λｘ）・Ｐ１（Ｒ＋ΔＲ，λ ｒ１ ）｝／｛Ｐ１（Ｒ，λｒ１）・Ｐｘ（Ｒ＋ΔＲ，λｘ）｝］ −｛１／（２ΔＲ・Δσ）｝・ｌｎ［｛β（Ｒ，λｘ）・β（Ｒ＋ΔＲ，λｒ１ ）｝／｛β（λｒ１，Ｒ）・β（Ｒ＋ΔＲ，λｘ）｝］ −（１／Δσ）・｛α（λｘ）−α（λｒ１）｝ …（式２） となる。ここで、ΔＲ：距離分解能、Δσ＝Δσ
（λｘ）−Δσ（λｒ１）であり、第２項は後方散乱係
数β（Ｒ，λ）の波長依存性補償項、第３項は大気消散
係数α（Ｒ，λ）の波長依存性補償項である。同様に、
数１００ＭＷ／ｃｍ２〜数１０ＧＷ／ｃｍ２級のエネル
ギー密度を有するラマン励起レーザ光３２の後方散乱光
信号Ｐｘ（Ｒ，λｘ）と第２の補償用レーザ光２２の後
方散乱光信号Ｐ２（Ｒ，λｒ２）との比として求められ
るガス濃度解析用後方散乱励起光信号Ｎｘ（Ｒ，λｘ，
λｒ２）は、 Ｎｘ（Ｒ，λｘ，λｒ２） ＝｛１／（２ΔＲ・Δσ）｝・ｌｎ［｛Ｐｘ（Ｒ，λｘ）・Ｐ２（Ｒ＋ΔＲ，λ ｒ２ ）｝／｛Ｐ２（Ｒ，λｒ２）・Ｐｘ（Ｒ＋ΔＲ，λｘ）｝］ −｛１／（２ΔＲ・Δσ）｝・ｌｎ［｛β（Ｒ，λｘ）・β（Ｒ＋ΔＲ，λｒ２ ）｝／｛β（Ｒ，λｒ２）・β（Ｒ＋ΔＲ，λｘ）｝］ −（１／Δσ）・｛α（λｘ）−α（λｒ２）｝ …（式３） となる。ここで、ΔＲ：距離分解能、Δσ＝Δσ
（λｘ）−Δσ（λｒ２）であり、第２項は後方散乱係
数β（Ｒ，λ）の波長依存性補償項、第３項は大気消散
係数α（Ｒ，λ）の波長依存性補償項である。
【００４５】また、ラマン光の後方散乱光２０２の後方
散乱光信号ＰＲ（Ｒ，λＲ）と第１の補償用レーザ光１
２の後方散乱光信号Ｐ１（Ｒ，λｒ１）との比として求
められるガス種同定用後方散乱ラマン光信号ＮＲ（Ｒ，
λＲ，λｒ１）は、 ＮＲ（Ｒ，λＲ，λｒ１） ＝｛１／（２ΔＲ・Δσ）｝・ｌｎ［｛ＰＲ（Ｒ，λＲ）・Ｐ１（Ｒ＋ΔＲ，λ ｒ１ ）｝／｛Ｐ１（Ｒ，λｒ１）・ＰＲ（Ｒ＋ΔＲ，λＲ）｝］ −｛１／（２ΔＲ・Δσ）｝・ｌｎ［｛β（λＲ，Ｒ）・β（Ｒ＋ΔＲ，λｒ１ ）｝／｛β（λｒ１，Ｒ）・β（λＲ，Ｒ＋ΔＲ）｝］ −（１／Δσ）・｛α（λＲ）−α（λｒ１）｝ …（式４） となる。ここで、ΔＲ：距離分解能、Δσ＝Δσ
（λＲ）−Δσ（λｒ１）であり、第２項は後方散乱係
数β（Ｒ，λ）の波長依存性補償項、第３項は大気消散
係数α（Ｒ，λ）の波長依存性補償項である。
【００４６】同様に、ラマン光の後方散乱光２０２の後
方散乱光信号ＰＲ（Ｒ，λＲ）と第２の補償用レーザ光
２２の後方散乱光信号Ｐ２（Ｒ，λｒ２）との比として
求められるガス種同定用後方散乱ラマン光信号Ｎ
Ｒ（Ｒ，λＲ，λｒ２）は、 ＮＲ（Ｒ，λＲ，λｒ２） ＝｛１／（２ΔＲ・Δσ）｝・ｌｎ［｛ＰＲ（Ｒ，λＲ）・Ｐ２（Ｒ＋ΔＲ，λ ｒ２ ）｝／｛Ｐ２（Ｒ，λｒ２）・ＰＲ（Ｒ＋ΔＲ，λＲ）｝］ −｛１／（２ΔＲ・Δσ）｝・ｌｎ［｛β（λＲ，Ｒ）・β（Ｒ＋ΔＲ，λｒ２ ）｝／｛β（Ｒ，λｒ２）・β（λＲ，Ｒ＋ΔＲ）｝］ −（１／Δσ）・｛α（λＲ）−α（λｒ２）｝ …（式５） となる。ここで、ΔＲ：距離分解能、Δσ＝Δσ
（λＲ）−Δσ（λｒ２）であり、第２項は後方散乱係
数β（Ｒ，λ）の波長依存性補償項、第３項は大気消散
係数α（Ｒ，λ）の波長依存性補償項である。
【００４７】また、吸収測定レーザ光４２の後方散乱光
信号ＰＡ（Ｒ，λＡ）と第１の補償用レーザ光１２の後
方散乱光信号Ｐ１（Ｒ，λｒ１）との比として求められ
るガス濃度解析用後方散乱吸収光信号ＮＡ（Ｒ，λＡ，
λｒ１）は、 ＮＡ（Ｒ，λＡ，λｒ１） ＝｛１／（２ΔＲ・Δσ）｝・ｌｎ［｛ＰＡ（Ｒ，λＡ）・Ｐ１（Ｒ＋ΔＲ，λ ｒ１ ）｝／｛Ｐ１（Ｒ，λｒ１）・ＰＡ（Ｒ＋ΔＲ，λＡ）｝］ −｛１／（２ΔＲ・Δσ）｝・ｌｎ［｛β（λＡ，Ｒ）・β（Ｒ＋ΔＲ，λｒ１ ）｝／｛β（λｒ１，Ｒ）・β（λＡ，Ｒ＋ΔＲ）｝］ −（１／Δσ）・｛α（λＡ）−α（λｒ１）｝ …（式６） となる。ここで、ΔＲ：距離分解能、Δσ＝Δσ
（λＡ）−Δσ（λｒ１）であり、第２項は後方散乱係
数β（Ｒ，λ）の波長依存性補償項、第３項は大気消散
係数α（Ｒ，λ）の波長依存性補償項である。
【００４８】同様に、吸収測定レーザ光４２の後方散乱
光信号ＰＡ（Ｒ，λＡ）と第２の補償用レーザ光２２の
後方散乱光信号Ｐ２（Ｒ，λｒ２）との比として求めら
れるガス濃度解析用後方散乱吸収光信号ＮＡ（Ｒ，
λＡ，λｒ２）は、 ＮＡ（Ｒ，λＡ，λｒ２） ＝｛１／（２ΔＲ・Δσ）｝・ｌｎ［｛ＰＡ（Ｒ，λＡ）・Ｐ２（Ｒ＋ΔＲ，λ ｒ２ ）｝／｛Ｐ２（Ｒ，λｒ２）・ＰA（Ｒ＋ΔＲ，λA）｝］ −｛１／（２ΔＲ・Δσ）｝・ｌｎ［｛β（λＡ，Ｒ）・β（Ｒ＋ΔＲ，λｒ２ ）｝／｛β（Ｒ，λｒ２）・β（λＡ，Ｒ＋ΔＲ）｝］ −（１／Δσ）・｛α（λＡ）−α（λｒ２）｝ …（式７） となる。ここで、ΔＲ：距離分解能、Δσ＝Δσ
（λＡ）−Δσ（λｒ２）であり、第２項は後方散乱係
数β（Ｒ，λ）の波長依存性補償項、第３項は大気消散
係数α（Ｒ，λ）の波長依存性補償項である。
【００４９】また大気消散係数α（Ｒ，λ）は、 α（Ｒ，λ） ＝Ｘ（Ｒ，λ）１／Ｋ／｛Ｘ（Ｒｃ，λ）１／Ｋ／α（Ｒｃ，λ）＋（２／Ｋ） ・∫Ｘ（Ｒｃ，λ）１／ＫｄＲ｝， Ｘ（Ｒ，λ）＝Ｒ２・Ｐ（Ｒ，λ） …（式８） となる。ここで、∫：積分記号、∫ｄＲ：［Ｒｃ，Ｒ］
での積分、Ｋ：定数、Ｒ：被監視対象の有害な混合ガス
体２までの距離、Ｐ（Ｒ，λ）：波長λに対する後方散
乱光信号である。またα（Ｒ，λ）／β（Ｒ，λ）＝定
数とする。
【００５０】すなわち、非吸収後方散乱光（λｒ１）に
対する大気消散係数α（Ｒ，λｒ１）は、（式８）よ
り、 α（Ｒ，λｒ１） ＝Ｘ（Ｒ，λｒ１）１／Ｋ／｛Ｘ（Ｒｃ，λｒ１）１／Ｋ／α（Ｒｃ，λｒ１ ）＋（２／Ｋ）・∫Ｘ（Ｒｃ，λｒ１）１／ＫｄＲ｝， Ｘ（Ｒ，λｒ１） ＝Ｒ２・Ｐ１（Ｒ，λｒ１） …（式９） となる。同様に、非吸収後方散乱光（λｒ２）に対する
大気消散係数α（Ｒ，λ ｒ２）は、（式８）より、 α（Ｒ，λｒ２） ＝Ｘ（Ｒ，λｒ２）１／Ｋ／｛Ｘ（Ｒｃ，λｒ２）１／Ｋ／α（Ｒｃ，λｒ２ ）＋（２／Ｋ）・∫Ｘ（Ｒｃ，λｒ２）１／ＫｄＲ｝， Ｘ（Ｒ，λｒ２）＝Ｒ２・Ｐ２（Ｒ，λｒ２） …（式１０） となる。
【００５１】また大気消散係数α（Ｒ，λ）は、 α（Ｒ，λ）＝定数×λ−ｘ，ｘ ＝０．５〜２ …（式１１） であることがオングストロームの法則により示されてい
る。
【００５２】そこで、上記（式９）で求めた非吸収後方
散乱光（λｒ１）に対する大気消散係数α（Ｒ，
λｒ１）の計算値及び（式１０）で求めた非吸収後方散
乱光（λｒ ２）に対する大気消散係数α（Ｒ，λｒ２）
の計算値を基に作成したα（Ｒ，λ）のチャートを、こ
のオングストロームの法則（式１１）にフィッティング
することにより（式１１）におけるｘ（＝０．５〜２）
を求めることができる。その結果、大気消散係数α
（Ｒ，λ）及び後方散乱係数β（Ｒ，λ）を導出でき
る。
【００５３】このようにして導出した大気消散係数α
（Ｒ，λ）及び後方散乱係数β（Ｒ，λ）を用いて、
（式２）〜（式７）における後方散乱係数β（Ｒ，λ）
の波長依存性補償項（第２項）及び大気消散係数α
（Ｒ，λ）の波長依存性補償項（第３項）を算出でき
る。その結果、数１００ＭＷ／ｃｍ２〜数１０ＧＷ／ｃ
ｍ２級のエネルギー密度を有するラマン励起レーザ光３
２の後方散乱光信号Ｐｘ（Ｒ，λ ｘ）と第１の補償用レ
ーザ光１２の後方散乱光信号Ｐ１（Ｒ，λｒ１）との比
として求められるガス濃度解析用後方散乱励起光信号Ｎ
ｘ（Ｒ，λｘ，λｒ１）（式２）、ラマン励起レーザ光
３２の後方散乱光信号Ｐｘ（Ｒ，λｘ）と第２の補償用
レーザ光２２の後方散乱光信号Ｐ２（Ｒ，λｒ２）との
比として求められるガス濃度解析用後方散乱励起光信号
Ｎｘ（Ｒ，λｘ，λｒ２）（式３）、ラマン光の後方散
乱光２０２の後方散乱光信号ＰＲ（Ｒ，λＲ）と第１の
補償用レーザ光１２の後方散乱光信号Ｐ１（Ｒ，
λｒ１）との比として求められるガス種同定用後方散乱
ラマン光信号ＮＲ（Ｒ，λＲ，λｒ１）（式４）、ラマ
ン光の後方散乱光２０２の後方散乱光信号ＰＲ（Ｒ，λ
Ｒ）と第２の補償用レーザ光２２の後方散乱光信号Ｐ２
（Ｒ，λｒ２）との比として求められるガス種同定用後
方散乱ラマン光信号ＮＲ（Ｒ，λＲ，λｒ２）（式
５）、吸収測定レーザ光４２の後方散乱光信号Ｐ
Ａ（Ｒ，λＡ）と第１の補償用レーザ光１２の後方散乱
光信号Ｐ１（Ｒ，λｒ１）との比として求められるガス
濃度解析用後方散乱吸収光信号ＮＡ（Ｒ，λＡ，
λｒ１）（式６）、吸収測定レーザ光４２の後方散乱光
信号ＰＡ（Ｒ，λＡ）と第２の補償用レーザ光２２の後
方散乱光信号Ｐ２（Ｒ，λｒ２）との比として求められ
るガス濃度解析用後方散乱吸収光信号ＮＡ（Ｒ，λＡ，
λｒ ２）（式７）のそれぞれを正確に求めることができ
る。これにより、ガス濃度解析用後方散乱励起光信号Ｎ
ｘ（Ｒ，λｘ）、ガス種同定用後方散乱ラマン光信号Ｎ
Ｒ（Ｒ，λＲ）、ガス濃度解析用後方散乱吸収光信号Ｎ
Ａ（Ｒ，λＡ）のそれぞれを正確に求めることができ
る。
【００５４】次に、図１乃至図４に基づき本実施形態の
ガス環境広域探査システムの具体的な動作（ガス環境広
域探査方法）について説明する。
【００５５】受信光学系２００において、前述したよう
に、光学フィルタ系２１０が、被監視対象の有害な混合
ガス体２から後方散乱されてくる受信時系列光２０４を
集光するとともに、集光した受信時系列光２０４や周囲
から入射してくる外乱光の中から受信時系列光２０４を
抽出する（フィルタリング機能）。
【００５６】続いて時分割光多重復調手段２２０が、図
２，４に示すように、第１時分割同期信号９２、第２時
分割同期信号９４、第３時分割同期信号９６、第４時分
割同期信号９８等の電気（パルス）信号を受け取ってこ
れらの諸信号９２〜９８をタイムベースとして、受信時
系列光２０４に含まれる第１の補償用レーザ変調光１４
の後方散乱光１４２、第２の補償用レーザ変調光２４の
後方散乱光２４２、ラマン励起レーザ変調光３４の後方
散乱光３４２、ラマン励起レーザ変調光３４によって被
監視対象の有害な混合ガス体２がラマン励起されて生成
・出力されるラマン光の後方散乱光２０２、吸収測定レ
ーザ光４２の後方散乱光４２２のそれぞれを分離（時分
割光多重復調機能）する。具体的には、第１時分割同期
信号９２が示すタイミングにしたがって第１の補償用レ
ーザ変調光１４の後方散乱光１４２の波長帯（中心振動
数ωｒ１＝２πｃ／λｒ１、波長λｒ１）のみを受信時
系列光２０４の中から偏光・抽出して後段の分光手段２
３０に与え、同様に、第２時分割同期信号９４が示すタ
イミングにしたがって第２の補償用レーザ変調光２４の
後方散乱光２４２の波長帯（中心振動数ωｒ２＝２πｃ
／λｒ２、波長λｒ ２）のみを受信時系列光２０４の中
から偏光・抽出して後段の分光手段２３０に与え、同様
に、第３時分割同期信号９６が示すタイミングにしたが
ってラマン励起レーザ変調光３４の後方散乱光３４２の
波長帯（中心振動数ωｘ＝２πｃ／λ ｘ、波長λｘ）の
みを受信時系列光２０４の中から偏光・抽出して後段の
分光手段２３０に与え、同様に、第３時分割同期信号９
６が示すタイミングにしたがってラマン励起レーザ変調
光３４によって被監視対象の有害な混合ガス体２がラマ
ン励起されて生成・出力されるラマン光の後方散乱光２
０２の波長帯（中心振動数ωＲ＝２πｃ／λＲ、波長λ
Ｒ）のみを受信時系列光２０４の中から偏光・抽出して
後段の分光手段２３０に与え、同様に、第４時分割同期
信号９８が示すタイミングにしたがって吸収測定レーザ
光４２の後方散乱光４２２の波長帯（中心振動数ωＡ＝
２πｃ／λＡ、波長λＡ）のみを受信時系列光２０４の
中から光学的に偏光・抽出して後段の分光手段２３０に
与えて抽出する。
【００５７】続いて分光手段２３０が、図２，４に示す
ように、受信時系列光２０４の中から時分割光多重復調
手段２２０が偏光・抽出した前述の第１の補償用レーザ
変調光１４の後方散乱光１４２、第２の補償用レーザ変
調光２４の後方散乱光２４２、ラマン励起レーザ変調光
３４の後方散乱光３４２、ラマン光の後方散乱光２０
２、吸収測定レーザ光４２の後方散乱光４２２のそれぞ
れについて、所望の波長帯を分光して吸収／ラマン・ス
ペクトル解析用の光学データを生成して後段の光電変換
手段２４０に出力する。
【００５８】続いて光電変換手段２４０が、図２，４に
示すように、第１時分割同期信号９２、第２時分割同期
信号９４、第３時分割同期信号９６、第４時分割同期信
号９８等の電気（パルス）信号を受け取ってこれらの諸
信号９２〜９８のタイムベースとして、前述の分光手段
２３０から受光した第１の補償用レーザ変調光１４の後
方散乱光１４２、第２の補償用レーザ変調光２４の後方
散乱光２４２、ラマン励起レーザ変調光３４の後方散乱
光３４２、ラマン光の後方散乱光２０２、吸収測定レー
ザ光４２の後方散乱光４２２のそれぞれを光電変換（す
なわち光信号の電気信号への変換）して第１の補償用レ
ーザ光１２の後方散乱光信号Ｐ１（Ｒ，λｒ１）、第２
の補償用レーザ光２２の後方散乱光信号Ｐ２（Ｒ，λ
ｒ２）、ラマン励起レーザ光３２の後方散乱光信号Ｐｘ
（Ｒ，λｘ）、ラマン光の後方散乱光２０２の後方散乱
光信号ＰＲ（Ｒ，λＲ）、吸収測定レーザ光４２の後方
散乱光信号ＰＡ（Ｒ，λＡ）のそれぞれを生成して後段
の解析手段２５０に出力する。
【００５９】続いて解析手段２５０が、図２，４に示す
ように、補償機能を実行して吸収スペクトル、ラマン・
スペクトル等の各種スペクトルを解析して被監視対象の
有害な混合ガス体２に含まれるガス種及び／またはガス
濃度に対する定性及び／または定量解析を行う（定性／
定量解析機能）。具体的には、光電変換手段２４０が光
電変換して生成・出力する第１の補償用レーザ光１２の
後方散乱光信号Ｐ１（Ｒ，λｒ１）及び第２の補償用レ
ーザ光２２の後方散乱光信号Ｐ２（Ｒ，λｒ２）（電気
信号）を用いて大気消散係数α（Ｒ，λ）及び後方散乱
係数β（Ｒ，λ）を求め、さらに、大気消散係数α
（Ｒ，λ）及び後方散乱係数β（Ｒ，λ）を用いた補償
機能をラマン励起レーザ光３２の後方散乱光信号Ｐ
ｘ（Ｒ，λｘ）（電気信号）に対して実行してガス濃度
解析用後方散乱励起光信号Ｎｘ（Ｒ，λｘ）を求め、大
気消散係数α（Ｒ，λ）及び後方散乱係数β（Ｒ，λ）
を用いた補償機能をラマン光の後方散乱光２０２の後方
散乱光信号ＰＲ（Ｒ，λＲ）（電気信号）に対して実行
してガス種同定用後方散乱ラマン光信号ＮＲ（Ｒ，
λＲ）を求め、大気消散係数α（Ｒ，λ）及び後方散乱
係数β（Ｒ，λ）を用いた補償機能を吸収測定レーザ光
４２の後方散乱光信号ＰＡ（Ｒ，λＡ）（電気信号）に
対して実行してガス濃度解析用後方散乱吸収光信号ＮＡ
（Ｒ，λＡ）を生成・出力する（定性／定量解析機
能）。
【００６０】このようにして求めたガス種同定用後方散
乱ラマン光信号ＮＲ（Ｒ，λＲ）を用いて、被監視対象
の有害な混合ガス体２を構成するガス種の中でラマン光
を生成・出力する非弾性散乱性のガス種を同定するため
のラマン・スペクトル（横軸はラマン励起レーザ光３２
の波長、縦軸はラマン光の強度（ガス種同定用後方散乱
ラマン光信号ＮＲ（Ｒ，λＲ）））の空間分布及び／ま
たは時間変化を解析するためのチャート（第１種ラマン
・スペクトル実測チャート）を作成するとともに、この
第１種ラマン・スペクトル実測チャートを基に非弾性散
乱性ガスのガス種に対する静的（スタチック）定性解析
及び動的（ダイナミック）定性解析を実行する。このと
き、非弾性散乱性の種々のガス種についてラマン・スペ
クトルの強度パターンをあらかじめ求めておいた検量線
図を参照し、この検量線図と第１種ラマン・スペクトル
実測チャートとを比較することにより、被監視対象の有
害な混合ガス体２がどんな種類の非弾性散乱性のガス種
を含んでいるかを推定することができる。また、探査レ
ーザ光７２が到達可能な水平・垂直距離で数１０ｍ〜数
１０ｋｍといった広域監視エリアにわたって探査レーザ
光７２を３次元空間でスキャニングして第１種ラマン・
スペクトル実測チャートを作成することにより、非弾性
散乱性ガスのガス種に対する水平・垂直距離で数１０ｍ
〜数１０ｋｍといった広域監視エリア内での静的定性解
析及び動的定性解析を実行できる。さらに加えて、非弾
性散乱性ガスのガス種として環境に悪影響を与えるよう
な有害ガス種（例えば、ＮＯｘ等の窒素酸化物、ＳＯ２
等の硫黄酸化物、ＣＯやＣＯ２等の炭酸ガス等のガス）
を指定しておけば、水平・垂直距離で数１０ｍ〜数１０
ｋｍといった広域監視エリア内でこれらの有害ガス種を
昼夜問わずに時々刻々モニタリングし、これらの有害ガ
ス種を検出した場合にそのガス種、検出位置、有害ガス
種の移動状況（移動速度や移動方向等）等の有害ガス属
性をリアルタイムで時々刻々追動したり報知したりでき
るようになる。特に、第１の補償用レーザ光１２（振動
数ωｒ１＝２πｃ／λｒ１、波長λｒ１）、第２の補償
用レーザ光２２（振動数ωｒ２＝２πｃ／λｒ２、波長
λｒ２）、ラマン励起レーザ光３２（振動数ωｘ＝２π
ｃ／λｘ、波長λｘ）、吸収測定レーザ光４２（振動数
ωＡ＝２πｃ／λＡ、波長λＡ）のそれぞれを所定のタ
イミングで時分割波長多重して一本のビーム（図３に示
す探査レーザ光７２に含まれる探査パケット７２Ａ）に
合波（時分割波長多重変調）して数ｋＨｚから数１００
ＭＨｚ（パルス幅数ｍｓ〜数ｐｓ）といった非常に高い
周期でほぼ同時に同一箇所に照射することが可能とな
り、音速に近い高速で噴出する非弾性散乱性のガス体
（高速ジェット流体）、乱流等の複雑な動きやトランジ
ェントな変化を伴う非弾性散乱性のガス体、爆発的に膨
張／縮小変化するガス体等に対する非弾性散乱性のガス
体のガス種、検出位置、非弾性散乱性の有害ガス種の移
動状況（移動速度や移動方向等）等の有害ガス属性の測
定高い精度で実現できる。例えば、非弾性散乱性のガス
体の変化（移動）速度を１００ｍ／ｓ（ジェット流）、
時分割波長多重変調周波数を１ＭＨｚとした場合、非弾
性散乱性の有害ガス種の移動距離を１００／１０６＝１
０−４ｍ＝０．１ｍｍ程度に抑えることができ、その結
果、非弾性散乱性の有害ガス属性の変化を高精度でリア
ルタイムに時々刻々追動したり報知したりできるように
なる。
【００６１】上述の非弾性散乱性ガスのガス種に対する
静的（スタチック）解析及び動的（ダイナミック）解析
と同時に、ガス濃度解析用後方散乱励起光信号Ｎ
ｘ（Ｒ，λ ｘ）を用いて、被監視対象の有害な混合ガス
体２を構成するガス種の中でラマン光を生成・出力する
非弾性散乱性のガス種の濃度の空間分布及び／または時
間変化を解析するための第２種ラマン・スペクトル実測
チャートを作成するとともに、この第２種ラマン・スペ
クトル実測チャートを基に非弾性散乱性ガスを構成する
ガス種の濃度に対する静的定量解析及び動的定量解析を
実行する。このとき、非弾性散乱性の種々のガス種につ
いて濃度をパラメータに加えてラマン・スペクトルの強
度パターンをあらかじめ求めておいた検量線図を参照
し、この検量線図と第２種ラマン・スペクトル実測チャ
ートとを比較することにより、被監視対象の有害な混合
ガス体２がどんな種類のガス種を含んでいて、その非弾
性散乱性のガス種がどの程度の濃度を有しているかを推
定することができる。また、探査レーザ光７２を探査レ
ーザ光７２が到達可能な水平・垂直距離で数１０ｍ〜数
１０ｋｍといった広域監視エリアにわたって探査レーザ
光７２を３次元空間でスキャニングして第２種ラマン・
スペクトル実測チャートを作成することにより、非弾性
散乱性ガスのガス種及び／またはガス濃度に対する水平
・垂直距離で数１０ｍ〜数１０ｋｍといった広域監視エ
リア内での静的定性・定量解析及び動的定性・定量解析
を実行できる。さらに加えて、非弾性散乱性ガスのガス
種として環境に悪影響を与えるような有害ガス種（例え
ば、ＮＯｘ等の窒素酸化物、ＳＯ２等の硫黄酸化物、Ｃ
ＯやＣＯ２等の炭酸ガス等のガス）や最低検出濃度レベ
ルを指定しておけば、水平・垂直距離で数１０ｍ〜数１
０ｋｍといった広域監視エリア内でこれらの有害ガス種
を昼夜問わずに時々刻々モニタリングし、これらの有害
ガス種を検出した場合にそのガス種、検出位置、有害ガ
ス種の移動状況（移動速度や移動方向、拡散速度や拡散
速度等）等の有害ガス属性をリアルタイムで時々刻々追
動したり報知したりできるようになる。特に、第１の補
償用レーザ光１２（振動数ωｒ１＝２πｃ／λｒ１、波
長λｒ１）、第２の補償用レーザ光２２（振動数ωｒ２
＝２πｃ／λｒ２、波長λｒ２）、数１００ＭＷ／ｃｍ
２〜数１０ＧＷ／ｃｍ２級のエネルギー密度を有するラ
マン励起レーザ光３２（振動数ωｘ＝２πｃ／λｘ、波
長λｘ）、吸収測定レーザ光４２（振動数ωＡ＝２πｃ
／λＡ、波長λＡ）のそれぞれを所定のタイミングで時
分割波長多重して一本のビーム（図３に示す探査レーザ
光７２に含まれる探査パケット７２Ａ）に合波（時分割
波長多重変調）して数ｋＨｚから数１００ＭＨｚ（パル
ス幅数ｍｓ〜数ｐｓ）といった非常に高い周期でほぼ同
時に同一箇所に照射することが可能となり、音速に近い
高速で噴出する非弾性散乱性のガス体（高速ジェット流
体）、乱流等の複雑な動きやトランジェントな変化を伴
う非弾性散乱性のガス体、爆発的に膨張／縮小変化する
ガス体等に対する非弾性散乱性のガス体のガス種、検出
位置、有害ガス種の移動状況（移動速度や移動方向、拡
散速度や拡散速度等）等の有害ガス属性の測定高い精度
で実現できる。例えば、非弾性散乱性のガス体の変化
（移動）速度を１００ｍ／ｓ（ジェット流）、時分割波
長多重変調周波数を１ＭＨｚとした場合、非弾性散乱性
の有害ガス種の移動距離を１００／１０６＝１０−４ｍ
＝０．１ｍｍ程度に抑えることができ、その結果、非弾
性散乱性の有害ガス属性の変化を高精度でリアルタイム
に時々刻々追動したり報知したりできるようになる。
【００６２】上述の非弾性散乱性ガスのガス種に対する
静的定性・定量解析及び動的定性・定量解析及び／また
は非弾性散乱性ガスを構成するガス種の濃度に対する静
的定量解析及び動的定量解析と同時に、ガス濃度解析用
後方散乱吸収光信号ＮＡ（Ｒ，λＡ）を用いて、被監視
対象の有害な混合ガス体２を構成するガス種の中で、吸
収測定レーザ光４２（振動数ωＡ＝２πｃ／λＡ、波長
λＡ）を吸収・散乱するだけの弾性散乱性のガス種の濃
度の空間分布及び／または時間変化を解析するための吸
収スペクトル実測チャートを作成するとともに、この吸
収スペクトル実測チャートを基に弾性散乱性ガスの濃度
に対する静的（スタチック）解析及び動的（ダイナミッ
ク）解析を実行する。このとき、弾性散乱性の種々のガ
ス種について濃度をパラメータに加えて吸収スペクトル
の強度パターンをあらかじめ求めておいた検量線図を参
照し、この検量線図と吸収スペクトル実測チャートとを
比較することにより、被監視対象の有害な混合ガス体２
がどんな種類の弾性散乱性のガス種を含んでいて、その
弾性散乱性のガス種がどの程度の濃度を有しているか
を、探査レーザ光７２が到達可能な広い監視エリアにわ
たって推定することができる。また、探査レーザ光７２
を探査レーザ光７２が到達可能な水平・垂直距離で数１
０ｍ〜数１０ｋｍといった広域監視エリアにわたって探
査レーザ光７２を３次元空間でスキャニングして吸収ス
ペクトル実測チャートを作成することにより、弾性散乱
性ガスのガス種及び／またはガス濃度に対する水平・垂
直距離で数１０ｍ〜数１０ｋｍといった広域監視エリア
内での静的定性・定量解析及び動的定性・定量解析を実
行できる。さらに加えて、弾性散乱性ガスのガス種とし
て環境に悪影響を与えるような有害ガス種（例えば、Ｎ
Ｏｘ等の窒素酸化物、ＳＯ ２等の硫黄酸化物、ＣＯやＣ
Ｏ２等の炭酸ガス等のガス）や最低検出濃度レベルを指
定しておけば、水平・垂直距離で数１０ｍ〜数１０ｋｍ
といった広域監視エリア内でこれらの有害ガス種を昼夜
問わずに時々刻々モニタリングし、これらの有害ガス種
を検出した場合にそのガス種、検出位置、有害ガス種の
移動状況（移動速度や移動方向、拡散速度や拡散速度
等）等のガス属性をリアルタイムで時々刻々追動したり
報知したりできるようになる。特に、第１の補償用レー
ザ光１２（振動数ωｒ１＝２πｃ／λｒ１、波長
λｒ１）、第２の補償用レーザ光２２（振動数ωｒ２＝
２πｃ／λｒ２、波長λｒ２）、ラマン励起レーザ光３
２（振動数ωｘ＝２πｃ／λｘ、波長λｘ）、吸収測定
レーザ光４２（振動数ωＡ＝２πｃ／λＡ、波長λＡ）
のそれぞれを所定のタイミングで時分割波長多重して一
本のビーム（図３に示す探査レーザ光７２に含まれる探
査パケット７２Ａ）に合波（時分割波長多重変調）して
数ｋＨｚから数１００ＭＨｚ（パルス幅数ｍｓ〜数ｐ
ｓ）といった非常に高い周期でほぼ同時に同一箇所に照
射することが難しいため、音速に近い高速で噴出する弾
性散乱性のガス種（高速ジェット流体）、乱流等の複雑
な動きやトランジェントな変化を伴う弾性散乱性のガス
種、爆発的に膨張／縮小変化する弾性散乱性のガス種等
に対する弾性散乱性のガス種、検出位置、有害ガス種の
移動状況（移動速度や移動方向、拡散速度や拡散速度
等）等の有害ガス属性の測定高い精度で実現できる。例
えば、弾性散乱性のガス種の変化（移動）速度を１００
ｍ／ｓ（ジェット流）、時分割波長多重変調周波数を１
ＭＨｚとした場合、弾性散乱性の有害ガス種の移動距離
を１００／１０６＝１０−４ｍ＝０．１ｍｍ程度に抑え
ることができ、その結果、弾性散乱性の有害ガス属性の
変化を高精度でリアルタイムに時々刻々追動したり報知
したりできるようになる。
【００６３】（第２実施形態）本実施形態は、ガス濃度
解析用後方散乱励起光信号Ｎx（Ｒ，λｘ）にかかる信
号処理を省略してシステムの簡便化を図った点に特徴を
有している。なお、第１実施形態において既に記述した
ものと同一の部分については、同一符号を付し、重複し
た説明は省略する。また送信光学系１００は第１実施形
態と同様なので説明を省略し、図１乃至図４を援用す
る。
【００６４】以下、受信光学系２００の実施形態を説明
する。図２を参照すると、受信光学系２００は、後方散
乱光の中から所望波長帯の受信時系列光２０４（第１の
補償用レーザ変調光１４の後方散乱光１４２、第２の補
償用レーザ変調光２４の後方散乱光２４２、ラマン光の
後方散乱光２０２、吸収測定レーザ光４２の後方散乱光
４２２を含む）を選択する光学フィルタ系２１０、受信
時系列光２０４に含まれる各種後方散乱光を分離（時分
割光多重復調機能）する時分割光多重復調手段２２０、
時分割光多重復調手段２２０で分離される各種後方散乱
光を所望の波長帯で分光して吸収／ラマン・スペクトル
解析用の光学データを生成・出力する分光手段２３０、
分光手段２３０から受光した後方散乱光（光学データ）
を電気信号に変換して第１の補償用レーザ光１２の後方
散乱光信号Ｐ１（Ｒ，λｒ１）、第２の補償用レーザ光
２２の後方散乱光信号Ｐ２（Ｒ，λｒ２）、ラマン光の
後方散乱光２０２の後方散乱光信号ＰＲ（Ｒ，λＲ）、
吸収測定レーザ光４２の後方散乱光信号ＰＡ（Ｒ，
λＡ）を生成・出力する光電変換手段２４０、光電変換
により生成される電気信号（第１の補償用レーザ光１２
の後方散乱光信号Ｐ１（Ｒ，λｒ１）、第２の補償用レ
ーザ光２２の後方散乱光信号Ｐ２（Ｒ，λｒ２）、ラマ
ン光の後方散乱光２０２の後方散乱光信号ＰＲ（Ｒ，λ
Ｒ）、吸収測定レーザ光４２の後方散乱光信号Ｐ
Ａ（Ｒ，λＡ））に基づいて後方散乱光の補償機能を実
行するとともに吸収スペクトル、ラマン・スペクトル等
の各種スペクトルを解析して被監視対象の有害な混合ガ
ス体２に含まれるガス種及び／またはガス濃度に対する
定性及び／または定量解析（定性／定量解析機能）を行
う解析手段２５０を備えている。
【００６５】受信時系列光２０４は、図２，４に示すよ
うに、前述の探査パケット７２Ａを含む探査レーザ光７
２の後方散乱光を中心にして構成されており、第１の補
償用レーザ変調光１４の後方散乱光１４２（中心振動数
ωｒ１＝２πｃ／λｒ１、波長λｒ１）、第２の補償用
レーザ変調光２４の後方散乱光２４２（中心振動数ω
ｒ２＝２πｃ／λｒ２、波長λｒ２）、ラマン励起レー
ザ変調光３４の後方散乱光３４２（中心振動数ωｘ＝２
πｃ／λｘ、波長λｘ）、ラマン励起レーザ変調光３４
によって被監視対象の有害な混合ガス体２がラマン励起
されて生成・出力されるラマン光の後方散乱光２０２
（中心振動数ωＲ＝２πｃ／λＲ、波長λＲ）、吸収測
定レーザ光４２の後方散乱光４２２（中心振動数ωＡ＝
２πｃ／λＡ、波長λＡ）を含んでいる。
【００６６】光学フィルタ系２１０は、図２，４に示す
ように、被監視対象の有害な混合ガス体２から後方散乱
されてくる受信時系列光２０４を集光するとともに、集
光した受信時系列光２０４や周囲から入射してくる外乱
光の中から受信時系列光２０４を抽出する機能（フィル
タリング機能）を有し、光学フィルタやアッテネータや
集光レンズやコリメーションレンズ等の光学部品、モノ
クロメータ等の分光手段２３０等を中心にして構成され
ている。本実施形態では、光学部品としてカセグレン型
望遠鏡を改良して用いている。
【００６７】時分割光多重復調手段２２０は、図２，４
に示すように、第１時分割同期信号９２、第２時分割同
期信号９４、第３時分割同期信号９６、第４時分割同期
信号９８等の電気（パルス）信号を受け取ってこれらの
諸信号９２〜９８をタイムベースとして、受信時系列光
２０４に含まれる第１の補償用レーザ変調光１４の後方
散乱光１４２、第２の補償用レーザ変調光２４の後方散
乱光２４２、ラマン励起レーザ変調光３４によって被監
視対象の有害な混合ガス体２がラマン励起されて生成・
出力されるラマン光の後方散乱光２０２、吸収測定レー
ザ光４２の後方散乱光４２２のそれぞれを分離（時分割
光多重復調機能）するものである。具体的には、音響光
学変調素子、電気光学変調素子あるいは磁気光学変調素
子等の偏光手段や、光スイッチング素子等のアクティブ
光デバイスを用い、第１時分割同期信号９２が示すタイ
ミングにしたがって第１の補償用レーザ変調光１４の後
方散乱光１４２の波長帯（中心振動数ωｒ１＝２πｃ／
λｒ１、波長λｒ１）のみを受信時系列光２０４の中か
ら偏光・抽出して後段の分光手段２３０に与え、同様
に、第２時分割同期信号９４が示すタイミングにしたが
って第２の補償用レーザ変調光２４の後方散乱光２４２
の波長帯（中心振動数ωｒ２＝２πｃ／λｒ２、波長λ
ｒ２）のみを受信時系列光２０４の中から偏光・抽出し
て後段の分光手段２３０に与え、同様に、第３時分割同
期信号９６が示すタイミングにしたがってラマン励起レ
ーザ変調光３４によって被監視対象の有害な混合ガス体
２がラマン励起されて生成・出力されるラマン光の後方
散乱光２０２の波長帯（中心振動数ωＲ＝２πｃ／
λＲ、波長λＲ）のみを受信時系列光２０４の中から偏
光・抽出して後段の分光手段２３０に与え、同様に、第
４時分割同期信号９８が示すタイミングにしたがって吸
収測定レーザ光４２の後方散乱光４２２の波長帯（中心
振動数ωＡ＝２πｃ／λＡ、波長λＡ）のみを受信時系
列光２０４の中から光学的に偏光・抽出して後段の分光
手段２３０に与えて抽出するように構成されている。
【００６８】分光手段２３０は、図２，４に示すよう
に、受信時系列光２０４の中から時分割光多重復調手段
２２０が偏光・抽出した前述の第１の補償用レーザ変調
光１４の後方散乱光１４２、第２の補償用レーザ変調光
２４の後方散乱光２４２、ラマン光の後方散乱光２０
２、吸収測定レーザ光４２の後方散乱光４２２のそれぞ
れについて、所望の波長帯を分光して吸収／ラマン・ス
ペクトル解析用の光学データを生成して後段の光電変換
手段２４０に出力するように構成されている。
【００６９】光電変換手段２４０は、図２，４に示すよ
うに、第１時分割同期信号９２、第２時分割同期信号９
４、第３時分割同期信号９６、第４時分割同期信号９８
等の電気（パルス）信号を受け取ってこれらの諸信号９
２〜９８のタイムベースとして、前述の分光手段２３０
から受光した第１の補償用レーザ変調光１４の後方散乱
光１４２、第２の補償用レーザ変調光２４の後方散乱光
２４２、ラマン光の後方散乱光２０２、吸収測定レーザ
光４２の後方散乱光４２２のそれぞれを光電変換（すな
わち光信号の電気信号への変換）して第１の補償用レー
ザ光１２の後方散乱光信号Ｐ１（Ｒ，λｒ１）、第２の
補償用レーザ光２２の後方散乱光信号Ｐ ２（Ｒ，
λｒ２）、ラマン光の後方散乱光２０２の後方散乱光信
号ＰＲ（Ｒ，λ Ｒ）、吸収測定レーザ光４２の後方散乱
光信号ＰＡ（Ｒ，λＡ）のそれぞれを生成して後段の解
析手段２５０に出力するように構成されている。具体的
には、光電面に集光される各散乱光１４２，２４２，４
２２のそれぞれの光パワー（後方散乱光強度）に応じた
受光感度・応答速度を有する光電変換素子、光電変換素
子からの電気信号を所定の信号レベルに変換・増幅して
第１の補償用レーザ光１２の後方散乱光信号Ｐ１（Ｒ，
λｒ１）、第２の補償用レーザ光２２の後方散乱光信号
Ｐ２（Ｒ，λｒ２）、ラマン光の後方散乱光２０２の後
方散乱光信号ＰＲ（Ｒ，λＲ）、吸収測定レーザ光４２
の後方散乱光信号ＰＡ（Ｒ，λＡ）のそれぞれを生成す
る信号増幅器（不図示）を備えている。
【００７０】本実施形態では、第１の補償用レーザ変調
光１４の後方散乱光１４２、第２の補償用レーザ変調光
２４の後方散乱光２４２、ラマン光の後方散乱光２０
２、吸収測定レーザ光４２の後方散乱光４２２を受光す
る光電変換素子（不図示）として、光電子増倍管（フォ
トマル）、固体撮像素子（ＣＣＤ）、ストリークカメ
ラ、フォトダイオード等を用いることができる。特に、
微弱光であるラマン光の後方散乱光２０２を高感度で受
光できる光電子増倍管やストリークカメラは有効な手段
である。
【００７１】解析手段２５０は、図２，４に示すよう
に、補償機能を実行して吸収スペクトル、ラマン・スペ
クトル等の各種スペクトルを解析して被監視対象の有害
な混合ガス体２に含まれるガス種及び／またはガス濃度
に対する定性及び／または定量解析を行う機能（定性／
定量解析機能）を有している。具体的には、光電変換手
段２４０が光電変換して生成・出力する第１の補償用レ
ーザ光１２の後方散乱光信号Ｐ１（Ｒ，λｒ１）及び第
２の補償用レーザ光２２の後方散乱光信号Ｐ２（Ｒ，λ
ｒ２）（電気信号）を用いて大気消散係数α（Ｒ，λ）
及び後方散乱係数β（Ｒ，λ）を求め、さらに、大気消
散係数α（Ｒ，λ）及び後方散乱係数β（Ｒ，λ）を用
いた補償機能をラマン光の後方散乱光２０２の後方散乱
光信号ＰＲ（Ｒ，λＲ）（電気信号）に対して実行して
ガス種同定用後方散乱ラマン光信号ＮＲ（Ｒ，λＲ）を
求め、大気消散係数α（Ｒ，λ）及び後方散乱係数β
（Ｒ，λ）を用いた補償機能を吸収測定レーザ光４２の
後方散乱光信号ＰＡ（Ｒ，λＡ）（電気信号）に対して
実行してガス濃度解析用後方散乱吸収光信号ＮＡ（Ｒ，
λＡ）を生成・出力する定性／定量解析機能を有してい
る。
【００７２】次に、図面に基づき図１，２のガス環境広
域探査システムの動作（ガス環境広域探査方法）の原理
について説明する。図２を参照すると、受信光学系２０
０において、前述したように、光学フィルタ系２１０
が、被監視対象の有害な混合ガス体２から後方散乱され
てくる受信時系列光２０４を集光するとともに、集光し
た受信時系列光２０４や周囲から入射してくる外乱光の
中から受信時系列光２０４を抽出する（フィルタリング
機能）。
【００７３】続いて時分割光多重復調手段２２０が、図
２，４に示すように、第１時分割同期信号９２、第２時
分割同期信号９４、第３時分割同期信号９６、第４時分
割同期信号９８等の電気（パルス）信号を受け取ってこ
れらの諸信号９２〜９８をタイムベースとして、受信時
系列光２０４に含まれる第１の補償用レーザ変調光１４
の後方散乱光１４２、第２の補償用レーザ変調光２４の
後方散乱光２４２、ラマン励起レーザ変調光３４によっ
て被監視対象の有害な混合ガス体２がラマン励起されて
生成・出力されるラマン光の後方散乱光２０２、吸収測
定レーザ光４２の後方散乱光４２２のそれぞれを分離
（時分割光多重復調機能）する。具体的には、第１時分
割同期信号９２が示すタイミングにしたがって第１の補
償用レーザ変調光１４の後方散乱光１４２の波長帯（中
心振動数ωｒ１＝２πｃ／λｒ１、波長λｒ１）のみを
受信時系列光２０４の中から偏光・抽出して後段の分光
手段２３０に与え、同様に、第２時分割同期信号９４が
示すタイミングにしたがって第２の補償用レーザ変調光
２４の後方散乱光２４２の波長帯（中心振動数ωｒ２＝
２πｃ／λｒ２、波長λｒ２）のみを受信時系列光２０
４の中から偏光・抽出して後段の分光手段２３０に与
え、同様に、第３時分割同期信号９６が示すタイミング
にしたがってラマン励起レーザ変調光３４によって被監
視対象の有害な混合ガス体２がラマン励起されて生成・
出力されるラマン光の後方散乱光２０２の波長帯（中心
振動数ωＲ＝２πｃ／λＲ、波長λＲ）のみを受信時系
列光２０４の中から偏光・抽出して後段の分光手段２３
０に与え、同様に、第４時分割同期信号９８が示すタイ
ミングにしたがって吸収測定レーザ光４２の後方散乱光
４２２の波長帯（中心振動数ωＡ＝２πｃ／λＡ、波長
λＡ）のみを受信時系列光２０４の中から光学的に偏光
・抽出して後段の分光手段２３０に与えて抽出する。
【００７４】続いて分光手段２３０が、図２，４に示す
ように、受信時系列光２０４の中から時分割光多重復調
手段２２０が偏光・抽出した前述の第１の補償用レーザ
変調光１４の後方散乱光１４２、第２の補償用レーザ変
調光２４の後方散乱光２４２、ラマン光の後方散乱光２
０２、吸収測定レーザ光４２の後方散乱光４２２のそれ
ぞれについて、所望の波長帯を分光して吸収／ラマン・
スペクトル解析用の光学データを生成して後段の光電変
換手段２４０に出力する。
【００７５】続いて光電変換手段２４０が、図２，４に
示すように、第１時分割同期信号９２、第２時分割同期
信号９４、第３時分割同期信号９６、第４時分割同期信
号９８等の電気（パルス）信号を受け取ってこれらの諸
信号９２〜９８のタイムベースとして、前述の分光手段
２３０から受光した第１の補償用レーザ変調光１４の後
方散乱光１４２、第２の補償用レーザ変調光２４の後方
散乱光２４２、ラマン光の後方散乱光２０２、吸収測定
レーザ光４２の後方散乱光４２２のそれぞれを光電変換
（すなわち光信号の電気信号への変換）して第１の補償
用レーザ光１２の後方散乱光信号Ｐ１（Ｒ，λｒ１）、
第２の補償用レーザ光２２の後方散乱光信号Ｐ２（Ｒ，
λｒ２）、ラマン光の後方散乱光２０２の後方散乱光信
号ＰＲ（Ｒ，λＲ）、吸収測定レーザ光４２の後方散乱
光信号ＰＡ（Ｒ，λＡ）のそれぞれを生成して後段の解
析手段２５０に出力する。
【００７６】続いて解析手段２５０が、図２，４に示す
ように、補償機能を実行して吸収スペクトル、ラマン・
スペクトル等の各種スペクトルを解析して被監視対象の
有害な混合ガス体２に含まれるガス種及び／またはガス
濃度に対する定性及び／または定量解析を行う（定性／
定量解析機能）。具体的には、光電変換手段２４０が光
電変換して生成・出力する第１の補償用レーザ光１２の
後方散乱光信号Ｐ１（Ｒ，λｒ１）及び第２の補償用レ
ーザ光２２の後方散乱光信号Ｐ２（Ｒ，λｒ２）（電気
信号）を用いて大気消散係数α（Ｒ，λ）及び後方散乱
係数β（Ｒ，λ）を求め、さらに、大気消散係数α
（Ｒ，λ）及び後方散乱係数β（Ｒ，λ）を用いた補償
機能をラマン光の後方散乱光２０２の後方散乱光信号Ｐ
Ｒ（Ｒ，λＲ）（電気信号）に対して実行してガス種同
定用後方散乱ラマン光信号ＮＲ（Ｒ，λＲ）を求め、大
気消散係数α（Ｒ，λ）及び後方散乱係数β（Ｒ，λ）
を用いた補償機能を吸収測定レーザ光４２の後方散乱光
信号ＰＡ（Ｒ，λＡ）（電気信号）に対して実行してガ
ス濃度解析用後方散乱吸収光信号ＮＡ（Ｒ，λＡ）を生
成・出力する（定性／定量解析機能）。
【００７７】このようにして求めたガス種同定用後方散
乱ラマン光信号ＮＲ（Ｒ，λＲ）を用いて、被監視対象
の有害な混合ガス体２を構成するガス種の中でラマン光
を生成・出力する非弾性散乱性のガス種を同定するため
のラマン・スペクトル（横軸はラマン励起レーザ光３２
の波長、縦軸はラマン光の強度（ガス種同定用後方散乱
ラマン光信号ＮＲ（Ｒ，λＲ）））の空間分布及び／ま
たは時間変化を解析するためのチャート（第１種ラマン
・スペクトル実測チャート）を作成するとともに、この
第１種ラマン・スペクトル実測チャートを基に非弾性散
乱性ガスのガス種に対する静的（スタチック）定性解析
及び動的（ダイナミック）定性解析を実行する。このと
き、非弾性散乱性の種々のガス種についてラマン・スペ
クトルの強度パターンをあらかじめ求めておいた検量線
図を参照し、この検量線図と第１種ラマン・スペクトル
実測チャートとを比較することにより、被監視対象の有
害な混合ガス体２がどんな種類の非弾性散乱性のガス種
を含んでいるかを推定することができる。また、探査レ
ーザ光７２を探査レーザ光７２が到達可能な水平・垂直
距離で数１０ｍ〜数１０ｋｍといった広域監視エリアに
わたって探査レーザ光７２を３次元空間でスキャニング
して第１種ラマン・スペクトル実測チャートを作成する
ことにより、非弾性散乱性ガスのガス種に対する水平・
垂直距離で数１０ｍ〜数１０ｋｍといった広域監視エリ
ア内での静的定性解析及び動的定性解析を実行できる。
さらに加えて、非弾性散乱性ガスのガス種として環境に
悪影響を与えるような有害ガス種（例えば、ＮＯｘ等の
窒素酸化物、ＳＯ２等の硫黄酸化物、ＣＯやＣＯ２等の
炭酸ガス等のガス）を指定しておけば、水平・垂直距離
で数１０ｍ〜数１０ｋｍといった広域監視エリア内でこ
れらの有害ガス種を昼夜問わずに時々刻々モニタリング
し、これらの有害ガス種を検出した場合にそのガス種、
検出位置、有害ガス種の移動状況（移動速度や移動方向
等）等の有害ガス属性をリアルタイムで時々刻々追動し
たり報知したりできるようになる。特に、第１の補償用
レーザ光１２（振動数ωｒ１＝２πｃ／λｒ１、波長λ
ｒ１）、第２の補償用レーザ光２２（振動数ωｒ２＝２
πｃ／λｒ２、波長λｒ２）、吸収測定レーザ光４２
（振動数ωＡ＝２πｃ／λＡ、波長λＡ）のそれぞれを
所定のタイミングで時分割波長多重して一本のビーム
（図１，２に示す探査レーザ光７２に含まれる探査パケ
ット７２Ａ）に合波（時分割波長多重変調）して数ｋＨ
ｚから数１００ＭＨｚ（パルス幅数ｍｓ〜数ｐｓ）とい
った非常に高い周期でほぼ同時に同一箇所に照射するこ
とが可能となり、音速に近い高速で噴出する非弾性散乱
性のガス体（高速ジェット流体）、乱流等の複雑な動き
やトランジェントな変化を伴う非弾性散乱性のガス体、
爆発的に膨張／縮小変化するガス体等に対する非弾性散
乱性のガス体のガス種、検出位置、非弾性散乱性の有害
ガス種の移動状況（移動速度や移動方向等）等の有害ガ
ス属性の測定高い精度で実現できる。例えば、非弾性散
乱性のガス体の変化（移動）速度を１００ｍ／ｓ（ジェ
ット流）、時分割波長多重変調周波数を１ＭＨｚとした
場合、非弾性散乱性の有害ガス種の移動距離を１００／
１０６＝１０−４ｍ＝０．１ｍｍ程度に抑えることがで
き、その結果、非弾性散乱性の有害ガス属性の変化を高
精度でリアルタイムに時々刻々追動したり報知したりで
きるようになる。
【００７８】上述の非弾性散乱性ガスのガス種に対する
静的定性・定量解析及び動的定性・定量解析及び／また
は非弾性散乱性ガスを構成するガス種の濃度に対する静
的定量解析及び動的定量解析と同時に、ガス濃度解析用
後方散乱吸収光信号ＮＡ（Ｒ，λＡ）を用いて、被監視
対象の有害な混合ガス体２を構成するガス種の中で、吸
収測定レーザ光４２（振動数ωＡ＝２πｃ／λＡ、波長
λＡ）を吸収・散乱するだけの弾性散乱性のガス種の濃
度の空間分布及び／または時間変化を解析するための吸
収スペクトル実測チャートを作成するとともに、この吸
収スペクトル実測チャートを基に弾性散乱性ガスの濃度
に対する静的（スタチック）解析及び動的（ダイナミッ
ク）解析を実行する。このとき、弾性散乱性の種々のガ
ス種について濃度をパラメータに加えて吸収スペクトル
の強度パターンをあらかじめ求めておいた検量線図を参
照し、この検量線図と吸収スペクトル実測チャートとを
比較することにより、被監視対象の有害な混合ガス体２
がどんな種類の弾性散乱性のガス種を含んでいて、その
弾性散乱性のガス種がどの程度の濃度を有しているか
を、探査レーザ光７２が到達可能な広い監視エリアにわ
たって推定することができる。また、探査レーザ光７２
を探査レーザ光７２が到達可能な水平・垂直距離で数１
０ｍ〜数１０ｋｍといった広域監視エリアにわたって探
査レーザ光７２を３次元空間でスキャニングして吸収ス
ペクトル実測チャートを作成することにより、弾性散乱
性ガスのガス種及び／またはガス濃度に対する水平・垂
直距離で数１０ｍ〜数１０ｋｍといった広域監視エリア
内での静的定性・定量解析及び動的定性・定量解析を実
行できる。さらに加えて、弾性散乱性ガスのガス種とし
て環境に悪影響を与えるような有害ガス種（例えば、Ｎ
Ｏｘ等の窒素酸化物、ＳＯ ２等の硫黄酸化物、ＣＯやＣ
Ｏ２等の炭酸ガス等のガス）や最低検出濃度レベルを指
定しておけば、水平・垂直距離で数１０ｍ〜数１０ｋｍ
といった広域監視エリア内でこれらの有害ガス種を昼夜
問わずに時々刻々モニタリングし、これらの有害ガス種
を検出した場合にそのガス種、検出位置、有害ガス種の
移動状況（移動速度や移動方向、拡散速度や拡散速度
等）等のガス属性をリアルタイムで時々刻々追動したり
報知したりできるようになる。特に、第１の補償用レー
ザ光１２（振動数ωｒ１＝２πｃ／λｒ１、波長
λｒ１）、第２の補償用レーザ光２２（振動数ωｒ２＝
２πｃ／λｒ２、波長λｒ２）、数１００ＭＷ／ｃｍ２
〜数１０ＧＷ／ｃｍ２級のエネルギー密度を有するラマ
ン励起レーザ光３２（振動数ωｘ＝２πｃ／λｘ、波長
λｘ）、吸収測定レーザ光４２（振動数ωＡ＝２πｃ／
λ Ａ、波長λＡ）のそれぞれを所定のタイミングで時分
割波長多重して一本のビーム（図１，２に示す探査レー
ザ光７２に含まれる探査パケット７２Ａ）に合波（時分
割波長多重変調）して数ｋＨｚから数１００ＭＨｚ（パ
ルス幅数ｍｓ〜数ｐｓ）といった非常に高い周期でほぼ
同時に同一箇所に照射することが難しいため、音速に近
い高速で噴出する弾性散乱性のガス種（高速ジェット流
体）、乱流等の複雑な動きやトランジェントな変化を伴
う弾性散乱性のガス種、爆発的に膨張／縮小変化する弾
性散乱性のガス種等に対する弾性散乱性のガス種、検出
位置、有害ガス種の移動状況（移動速度や移動方向、拡
散速度や拡散速度等）等の有害ガス属性の測定高い精度
で実現できる。例えば、弾性散乱性のガス種の変化（移
動）速度を１００ｍ／ｓ（ジェット流）、時分割波長多
重変調周波数を１ＭＨｚとした場合、弾性散乱性の有害
ガス種の移動距離を１００／１０６＝１０−４ｍ＝０．
１ｍｍ程度に抑えることができ、その結果、弾性散乱性
の有害ガス属性の変化を高精度でリアルタイムに時々刻
々追動したり報知したりできるようになる。
【００７９】（第３実施形態）本実施形態は、ガス濃度
解析用後方散乱吸収光信号ＮA（Ｒ，λA）にかかる信号
処理を省略してシステムの簡便化を図った点に特徴を有
している。なお、第１実施形態において既に記述したも
のと同一の部分については、同一符号を付し、重複した
説明は省略する。また送信光学系１００は第１実施形態
と同様なので説明を省略し、図１乃至図４を援用する。
【００８０】図１を参照すると、ガス環境広域探査シス
テムは送信光学系１００及び受信光学系２００を備えて
いる。送信光学系１００は、第１補償用レーザ１０、第
１変調器５０、第２補償用レーザ２０、第２変調器５
２、ラマン励起レーザ３０、第３変調器５４、時分割光
多重変調器６０、送信望遠鏡７０、時分割波長多重変調
同期手段９０を備えている。一方、図２を参照すると、
受信光学系２００は、光学フィルタ系２１０、時分割光
多重復調手段２２０、分光手段２３０、光電変換手段２
４０、解析手段２５０を備えている。
【００８１】本実施形態では、第１の補償用レーザ変調
光１４、第２の補償用レーザ変調光２４、ラマン励起レ
ーザ変調光３４のそれぞれを時分割光多重変調器６０に
導くためにダイクロイックミラーやミラー等の光学部品
を用いて時分割光多重変調器６０を構成している。この
場合、所定のタイミングでの時分割波長多重処理とし
て、第１の補償用レーザ変調光１４のパルス、第２の補
償用レーザ変調光２４のパルス、ラマン励起レーザ変調
光３４のパルスのパルスの順番で時系列（直列）に整列
させたパルス列（図３に示す探査レーザ光７２に含まれ
る探査パケット７２Ａ）を用いて探査レーザ光７２を生
成することができる。すなわち探査レーザ光７２は、数
Ｈｚから数１００ＭＨｚ程度の繰り返し周波数を有する
パルス列（図３に示す探査レーザ光７２に含まれる探査
パケット７２Ａ）を含み、パルス列（図３に示す探査レ
ーザ光７２に含まれる探査パケット７２Ａ）のそれぞれ
は、１／５〜１／１０程度のデューティ比を有する第１
の補償用レーザ変調光１４、第２の補償用レーザ変調光
２４、及びラマン励起レーザ変調光３４がこの順番で時
系列（直列）に整列されて構成されている。
【００８２】なお、時分割光多重変調器６０を音響光学
変調素子、電気光学変調素子あるいは磁気光学変調素子
や、光スイッチング素子等のアクティブ光デバイスを用
いて構成する場合、時分割光多重変調器６０は、パルス
列（図３に示す探査レーザ光７２に含まれる探査パケッ
ト７２Ａ）を構成する第１の補償用レーザ変調光１４、
第２の補償用レーザ変調光２４、及びラマン励起レーザ
変調光３４の時系列での並び順を、本実施形態に特に限
定されることなく、所望の並び順に並べ替えて整列させ
てパルス列（図３に示す探査レーザ光７２に含まれる探
査パケット７２Ａ）を生成することができる。またこの
ようなアクティブ光デバイスを用いる場合、前述の時分
割光多重変調器６０に代えて、パルス列（図３に示す探
査レーザ光７２に含まれる探査パケット７２Ａ）を構成
する第１の補償用レーザ変調光１４、第２の補償用レー
ザ変調光２４、及びラマン励起レーザ変調光３４を単位
パルス内に重ね合わせて（波長多重して）パルス列（図
３に示す探査レーザ光７２に含まれる探査パケット７２
Ａ）を生成する波長多重機能を備えた変調器を用いるこ
ともできる。
【００８３】時分割波長多重変調同期手段９０は、図１
に示すように、第１時分割同期信号９２、第２時分割同
期信号９４、第３時分割同期信号９６等の電気（パル
ス）信号を生成・出力する機能を有している。例えば、
デューティ比及び／または信号間の位相関係を任意に制
御・保持した状態の複数のパルス信号を並列に多チャン
ネル出力できるファンクションジェネレータやファンク
ションシンセサイザーを用いることができる。
【００８４】次に、受信光学系２００の実施形態を説明
する。図４は、図２に示す受信光学系の動作を説明する
ためのタイミングチャートである。図２を参照すると、
受信光学系２００は、後方散乱光の中から所望波長帯の
受信時系列光２０４（第１の補償用レーザ変調光１４の
後方散乱光１４２、第２の補償用レーザ変調光２４の後
方散乱光２４２、ラマン励起レーザ変調光３４の後方散
乱光３４２、ラマン光の後方散乱光２０２を含む）を選
択する光学フィルタ系２１０、受信時系列光２０４に含
まれる各種後方散乱光を分離（時分割光多重復調機能）
する時分割光多重復調手段２２０、時分割光多重復調手
段２２０で分離される各種後方散乱光を所望の波長帯で
分光して吸収／ラマン・スペクトル解析用の光学データ
を生成・出力する分光手段２３０、分光手段２３０から
受光した後方散乱光（光学データ）を電気信号に変換し
て第１の補償用レーザ光１２の後方散乱光信号Ｐ
１（Ｒ，λｒ１）、第２の補償用レーザ光２２の後方散
乱光信号Ｐ２（Ｒ，λｒ２）、数１００ＭＷ／ｃｍ２〜
数１０ＧＷ／ｃｍ２級のエネルギー密度を有するラマン
励起レーザ光３２の後方散乱光信号Ｐｘ（Ｒ，λｘ）、
ラマン光の後方散乱光２０２の後方散乱光信号Ｐ
Ｒ（Ｒ，λＲ）を生成・出力する光電変換手段２４０、
光電変換により生成される電気信号（第１の補償用レー
ザ光１２の後方散乱光信号Ｐ１（Ｒ，λｒ１）、第２の
補償用レーザ光２２の後方散乱光信号Ｐ２（Ｒ，
λ ｒ２）、ラマン励起レーザ光３２の後方散乱光信号Ｐ
ｘ（Ｒ，λｘ）、ラマン光の後方散乱光２０２の後方散
乱光信号ＰＲ（Ｒ，λＲ））に基づいて後方散乱光の補
償機能を実行するとともに吸収スペクトル、ラマン・ス
ペクトル等の各種スペクトルを解析して被監視対象の有
害な混合ガス体２に含まれるガス種及び／またはガス濃
度に対する定性及び／または定量解析（定性／定量解析
機能）を行う解析手段２５０を備えている。
【００８５】受信時系列光２０４は、図２，４に示すよ
うに、前述の探査パケット７２Ａを含む探査レーザ光７
２の後方散乱光を中心にして構成されており、第１の補
償用レーザ変調光１４の後方散乱光１４２（中心振動数
ωｒ１＝２πｃ／λｒ１、波長λｒ１）、第２の補償用
レーザ変調光２４の後方散乱光２４２（中心振動数ω
ｒ２＝２πｃ／λｒ２、波長λｒ２）、ラマン励起レー
ザ変調光３４の後方散乱光３４２（中心振動数ωｘ＝２
πｃ／λｘ、波長λｘ）、ラマン励起レーザ変調光３４
によって被監視対象の有害な混合ガス体２がラマン励起
されて生成・出力されるラマン光の後方散乱光２０２
（中心振動数ωＲ＝２πｃ／λＲ、波長λＲ）を含んで
いる。
【００８６】時分割光多重復調手段２２０は、図２，４
に示すように、第１時分割同期信号９２、第２時分割同
期信号９４、第３時分割同期信号９６等の電気（パル
ス）信号を受け取ってこれらの諸信号９２，９４，９６
をタイムベースとして、受信時系列光２０４に含まれる
第１の補償用レーザ変調光１４の後方散乱光１４２、第
２の補償用レーザ変調光２４の後方散乱光２４２、ラマ
ン励起レーザ変調光３４の後方散乱光３４２、ラマン励
起レーザ変調光３４によって被監視対象の有害な混合ガ
ス体２がラマン励起されて生成・出力されるラマン光の
後方散乱光２０２のそれぞれを分離（時分割光多重復調
機能）するものである。具体的には、音響光学変調素
子、電気光学変調素子あるいは磁気光学変調素子等の偏
光手段や、光スイッチング素子等のアクティブ光デバイ
スを用い、第１時分割同期信号９２が示すタイミングに
したがって第１の補償用レーザ変調光１４の後方散乱光
１４２の波長帯（中心振動数ωｒ１＝２πｃ／λｒ１、
波長λｒ１）のみを受信時系列光２０４の中から偏光・
抽出して後段の分光手段２３０に与え、同様に、第２時
分割同期信号９４が示すタイミングにしたがって第２の
補償用レーザ変調光２４の後方散乱光２４２の波長帯
（中心振動数ωｒ２＝２πｃ／λｒ２、波長λｒ２）の
みを受信時系列光２０４の中から偏光・抽出して後段の
分光手段２３０に与え、同様に、第３時分割同期信号９
６が示すタイミングにしたがってラマン励起レーザ変調
光３４の後方散乱光３４２の波長帯（中心振動数ωｘ＝
２πｃ／λｘ、波長λｘ）のみを受信時系列光２０４の
中から偏光・抽出して後段の分光手段２３０に与え、同
様に、第３時分割同期信号９６が示すタイミングにした
がってラマン励起レーザ変調光３４によって被監視対象
の有害な混合ガス体２がラマン励起されて生成・出力さ
れるラマン光の後方散乱光２０２の波長帯（中心振動数
ωＲ＝２πｃ／λＲ、波長λＲ）のみを受信時系列光２
０４の中から偏光・抽出して後段の分光手段２３０に与
え抽出するように構成されている。
【００８７】分光手段２３０は、図２，４に示すよう
に、受信時系列光２０４の中から時分割光多重復調手段
２２０が偏光・抽出した前述の第１の補償用レーザ変調
光１４の後方散乱光１４２、第２の補償用レーザ変調光
２４の後方散乱光２４２、ラマン励起レーザ変調光３４
の後方散乱光３４２、ラマン光の後方散乱光２０２のそ
れぞれについて、所望の波長帯を分光して吸収／ラマン
・スペクトル解析用の光学データを生成して後段の光電
変換手段２４０に出力するように構成されている。
【００８８】光電変換手段２４０は、図２，４に示すよ
うに、第１時分割同期信号９２、第２時分割同期信号９
４、第３時分割同期信号９６等の電気（パルス）信号を
受け取ってこれらの諸信号９２，９４，９６のタイムベ
ースとして、前述の分光手段２３０から受光した第１の
補償用レーザ変調光１４の後方散乱光１４２、第２の補
償用レーザ変調光２４の後方散乱光２４２、ラマン励起
レーザ変調光３４の後方散乱光３４２、ラマン光の後方
散乱光２０２のそれぞれを光電変換（すなわち光信号の
電気信号への変換）して第１の補償用レーザ光１２の後
方散乱光信号Ｐ １（Ｒ，λｒ１）、第２の補償用レーザ
光２２の後方散乱光信号Ｐ２（Ｒ，λｒ ２）、ラマン励
起レーザ光３２の後方散乱光信号Ｐｘ（Ｒ，λｘ）、ラ
マン光の後方散乱光２０２の後方散乱光信号ＰＲ（Ｒ，
λＲ）のそれぞれを生成して後段の解析手段２５０に出
力するように構成されている。具体的には、光電面に集
光される各散乱光１４２，２４２，３４２のそれぞれの
光パワー（後方散乱光強度）に応じた受光感度・応答速
度を有する光電変換素子、光電変換素子からの電気信号
を所定の信号レベルに変換・増幅して第１の補償用レー
ザ光１２の後方散乱光信号Ｐ１（Ｒ，λｒ１）、第２の
補償用レーザ光２２の後方散乱光信号Ｐ２（Ｒ，
λｒ２）、ラマン励起レーザ光３２の後方散乱光信号Ｐ
ｘ（Ｒ，λｘ）、ラマン光の後方散乱光２０２の後方散
乱光信号ＰＲ（Ｒ，λＲ）のそれぞれを生成する信号増
幅器（不図示）を備えている。
【００８９】本実施形態では、第１の補償用レーザ変調
光１４の後方散乱光１４２、第２の補償用レーザ変調光
２４の後方散乱光２４２、ラマン励起レーザ変調光３４
の後方散乱光３４２、ラマン励起レーザ変調光３４の後
方散乱光３４２、ラマン光の後方散乱光２０２を受光す
る光電変換素子（不図示）として、光電子増倍管（フォ
トマル）、固体撮像素子（ＣＣＤ）、ストリークカメ
ラ、フォトダイオード等を用いることができる。特に、
微弱光であるラマン光の後方散乱光２０２を高感度で受
光できる光電子増倍管やストリークカメラは有効な手段
である。
【００９０】解析手段２５０は、図２，４に示すよう
に、補償機能を実行して吸収スペクトル、ラマン・スペ
クトル等の各種スペクトルを解析して被監視対象の有害
な混合ガス体２に含まれるガス種及び／またはガス濃度
に対する定性及び／または定量解析を行う機能（定性／
定量解析機能）を有している。具体的には、光電変換手
段２４０が光電変換して生成・出力する第１の補償用レ
ーザ光１２の後方散乱光信号Ｐ１（Ｒ，λｒ１）及び第
２の補償用レーザ光２２の後方散乱光信号Ｐ２（Ｒ，λ
ｒ２）（電気信号）を用いて大気消散係数α（Ｒ，λ）
及び後方散乱係数β（Ｒ，λ）を求め、さらに、大気消
散係数α（Ｒ，λ）及び後方散乱係数β（Ｒ，λ）を用
いた補償機能をラマン励起レーザ光３２の後方散乱光信
号Ｐｘ（Ｒ，λｘ）（電気信号）に対して実行してガス
濃度解析用後方散乱励起光信号Ｎｘ（Ｒ，λｘ）を求
め、大気消散係数α（Ｒ，λ）及び後方散乱係数β
（Ｒ，λ）を用いた補償機能をラマン光の後方散乱光２
０２の後方散乱光信号ＰＲ（Ｒ，λ Ｒ）（電気信号）に
対して実行してガス種同定用後方散乱ラマン光信号ＮＲ
（Ｒ，λＲ）を生成・出力（パーソナルコンピュータや
プリンタへの出力）する定性／定量解析機能を有してい
る。
【００９１】次に、図面に基づき本実施形態のガス環境
広域探査システムの動作（ガス環境広域探査方法）の原
理について説明する。図１を参照すると、前述したよう
に、送信光学系１００側からは、第１の補償用レーザ光
１２（振動数ωｒ１＝２πｃ／λｒ１、波長λｒ１）、
第２の補償用レーザ光２２（振動数ωｒ２＝２πｃ／λ
ｒ２、波長λｒ２）、ラマン励起レーザ光３２（振動数
ωｘ＝２πｃ／λｘ、波長λｘ）のそれぞれを第１変調
器５０、第２変調器５２、第３変調器５４、第４変調器
５６、及び時分割光多重変調器６０で時分割波長多重し
て一本のビーム（図３に示す探査レーザ光７２に含まれ
る探査パケット７２Ａ）に合波（時分割波長多重変調）
して探査レーザ光７２を生成するとともに、この探査レ
ーザ光７２を被監視対象の有害な混合ガス体２（ターゲ
ット）に向かって出射する。
【００９２】一方、図２を参照すると、被監視対象の有
害な混合ガス体２（ターゲット）から受信光学系２００
側へは、探査レーザ光７２に応じた第１の補償用レーザ
変調光１４の後方散乱光１４２、第２の補償用レーザ変
調光２４の後方散乱光２４２、ラマン励起レーザ変調光
３４の後方散乱光３４２、ラマン光の後方散乱光２０２
を含む受信時系列光２０４が後方散乱されてくる。
【００９３】受信光学系２００側では、前述したよう
に、被監視対象の有害な混合ガス体２に当たって時分割
波長多重された探査レーザ光７２に含まれる探査パケッ
ト７２Ａにしたがって時系列に後方散乱されてくる受信
時系列光２０４（第１の補償用レーザ変調光１４の後方
散乱光１４２、第２の補償用レーザ変調光２４の後方散
乱光２４２、ラマン励起レーザ変調光３４の後方散乱光
３４２、ラマン光の後方散乱光２０２）を前述のフィル
タリング機能を経て受光し、この受信時系列光２０４に
含まれる第１の補償用レーザ変調光１４の後方散乱光１
４２、第２の補償用レーザ変調光２４の後方散乱光２４
２、ラマン励起レーザ変調光３４の後方散乱光３４２、
ラマン光の後方散乱光２０２のそれぞれを分離（時分割
光多重復調機能）する。
【００９４】前述したように、導出した大気消散係数α
（Ｒ，λ）及び後方散乱係数β（Ｒ，λ）を、（式２）
〜（式５）における後方散乱係数β（Ｒ，λ）の波長依
存性補償項（第２項）及び大気消散係数α（Ｒ，λ）の
波長依存性補償項（第３項）を算出できる。その結果、
数１００ＭＷ／ｃｍ２〜数１０ＧＷ／ｃｍ２級のエネル
ギー密度を有するラマン励起レーザ光３２の後方散乱光
信号Ｐｘ（Ｒ，λｘ）と第１の補償用レーザ光１２の後
方散乱光信号Ｐ１（Ｒ，λｒ１）との比として求められ
るガス濃度解析用後方散乱励起光信号Ｎｘ（Ｒ，λｘ，
λｒ１）（式２）、ラマン励起レーザ光３２の後方散乱
光信号Ｐｘ（Ｒ，λｘ）と第２の補償用レーザ光２２の
後方散乱光信号Ｐ２（Ｒ，λｒ２）との比として求めら
れるガス濃度解析用後方散乱励起光信号Ｎｘ（Ｒ，
λｘ，λｒ２）（式３）、ラマン光の後方散乱光２０２
の後方散乱光信号ＰＲ（Ｒ，λＲ）と第１の補償用レー
ザ光１２の後方散乱光信号Ｐ１（Ｒ，λｒ１）との比と
して求められるガス種同定用後方散乱ラマン光信号ＮＲ
（Ｒ，λＲ，λｒ１）（式４）、ラマン光の後方散乱光
２０２の後方散乱光信号ＰＲ（Ｒ，λＲ）と第２の補償
用レーザ光２２の後方散乱光信号Ｐ２（Ｒ，λｒ２）と
の比として求められるガス種同定用後方散乱ラマン光信
号ＮＲ（Ｒ，λＲ，λｒ２）（式５）のそれぞれを正確
に求めることができる。これにより、ガス濃度解析用後
方散乱励起光信号Ｎｘ（Ｒ，λｘ）、ガス種同定用後方
散乱ラマン光信号ＮＲ（Ｒ，λＲ）のそれぞれを正確に
求めることができる。
【００９５】次に、図１乃至４に基づき本実施形態のガ
ス環境広域探査システムの具体的な動作（ガス環境広域
探査方法）について説明する。
【００９６】受信光学系２００において、前述したよう
に、光学フィルタ系２１０が、被監視対象の有害な混合
ガス体２から後方散乱されてくる受信時系列光２０４を
集光するとともに、集光した受信時系列光２０４や周囲
から入射してくる外乱光の中から受信時系列光２０４を
抽出する（フィルタリング機能）。
【００９７】続いて時分割光多重復調手段２２０が、図
２，４に示すように、第１時分割同期信号９２、第２時
分割同期信号９４、第３時分割同期信号９６等の電気
（パルス）信号を受け取ってこれらの諸信号９２，９
４，９６をタイムベースとして、受信時系列光２０４に
含まれる第１の補償用レーザ変調光１４の後方散乱光１
４２、第２の補償用レーザ変調光２４の後方散乱光２４
２、ラマン励起レーザ変調光３４の後方散乱光３４２、
ラマン励起レーザ変調光３４によって被監視対象の有害
な混合ガス体２がラマン励起されて生成・出力されるラ
マン光の後方散乱光２０２のそれぞれを分離（時分割光
多重復調機能）する。具体的には、第１時分割同期信号
９２が示すタイミングにしたがって第１の補償用レーザ
変調光１４の後方散乱光１４２の波長帯（中心振動数ω
ｒ１＝２πｃ／λｒ１、波長λｒ１）のみを受信時系列
光２０４の中から偏光・抽出して後段の分光手段２３０
に与え、同様に、第２時分割同期信号９４が示すタイミ
ングにしたがって第２の補償用レーザ変調光２４の後方
散乱光２４２の波長帯（中心振動数ωｒ２＝２πｃ／λ
ｒ２、波長λｒ２）のみを受信時系列光２０４の中から
偏光・抽出して後段の分光手段２３０に与え、同様に、
第３時分割同期信号９６が示すタイミングにしたがって
ラマン励起レーザ変調光３４の後方散乱光３４２の波長
帯（中心振動数ω ｘ＝２πｃ／λｘ、波長λｘ）のみを
受信時系列光２０４の中から偏光・抽出して後段の分光
手段２３０に与え、同様に、第３時分割同期信号９６が
示すタイミングにしたがってラマン励起レーザ変調光３
４によって被監視対象の有害な混合ガス体２がラマン励
起されて生成・出力されるラマン光の後方散乱光２０２
の波長帯（中心振動数ωＲ＝２πｃ／λＲ、波長λＲ）
のみを受信時系列光２０４の中から偏光・抽出して後段
の分光手段２３０に与えて抽出する。
【００９８】続いて分光手段２３０が、図２，４に示す
ように、受信時系列光２０４の中から時分割光多重復調
手段２２０が偏光・抽出した前述の第１の補償用レーザ
変調光１４の後方散乱光１４２、第２の補償用レーザ変
調光２４の後方散乱光２４２、ラマン励起レーザ変調光
３４の後方散乱光３４２、ラマン光の後方散乱光２０２
のそれぞれについて、所望の波長帯を分光して吸収／ラ
マン・スペクトル解析用の光学データを生成して後段の
光電変換手段２４０に出力する。
【００９９】続いて光電変換手段２４０が、図２，４に
示すように、第１時分割同期信号９２、第２時分割同期
信号９４、第３時分割同期信号９６等の電気（パルス）
信号を受け取ってこれらの諸信号９２，９４，９６のタ
イムベースとして、前述の分光手段２３０から受光した
第１の補償用レーザ変調光１４の後方散乱光１４２、第
２の補償用レーザ変調光２４の後方散乱光２４２、ラマ
ン励起レーザ変調光３４の後方散乱光３４２、ラマン光
の後方散乱光２０２のそれぞれを光電変換（すなわち光
信号の電気信号への変換）して第１の補償用レーザ光１
２の後方散乱光信号Ｐ１（Ｒ，λｒ１）、第２の補償用
レーザ光２２の後方散乱光信号Ｐ２（Ｒ，λｒ２）、ラ
マン励起レーザ光３２の後方散乱光信号Ｐｘ（Ｒ，
λｘ）、ラマン光の後方散乱光２０２の後方散乱光信号
ＰＲ（Ｒ，λＲ）のそれぞれを生成して後段の解析手段
２５０に出力する。
【０１００】続いて解析手段２５０が、図２，４に示す
ように、補償機能を実行して吸収スペクトル、ラマン・
スペクトル等の各種スペクトルを解析して被監視対象の
有害な混合ガス体２に含まれるガス種及び／またはガス
濃度に対する定性及び／または定量解析を行う（定性／
定量解析機能）。具体的には、光電変換手段２４０が光
電変換して生成・出力する第１の補償用レーザ光１２の
後方散乱光信号Ｐ１（Ｒ，λｒ１）及び第２の補償用レ
ーザ光２２の後方散乱光信号Ｐ２（Ｒ，λｒ２）（電気
信号）を用いて大気消散係数α（Ｒ，λ）及び後方散乱
係数β（Ｒ，λ）を求め、さらに、大気消散係数α
（Ｒ，λ）及び後方散乱係数β（Ｒ，λ）を用いた補償
機能をラマン励起レーザ光３２の後方散乱光信号Ｐ
ｘ（Ｒ，λｘ）（電気信号）に対して実行してガス濃度
解析用後方散乱励起光信号Ｎｘ（Ｒ，λｘ）を求め、大
気消散係数α（Ｒ，λ）及び後方散乱係数β（Ｒ，λ）
を用いた補償機能をラマン光の後方散乱光２０２の後方
散乱光信号ＰＲ（Ｒ，λＲ）（電気信号）に対して実行
してガス種同定用後方散乱ラマン光信号ＮＲ（Ｒ，
λＲ）を生成・出力する（定性／定量解析機能）。
【０１０１】このようにして求めたガス種同定用後方散
乱ラマン光信号ＮＲ（Ｒ，λＲ）を用いて、被監視対象
の有害な混合ガス体２を構成するガス種の中でラマン光
を生成・出力する非弾性散乱性のガス種を同定するため
のラマン・スペクトル（横軸はラマン励起レーザ光３２
の波長、縦軸はラマン光の強度（ガス種同定用後方散乱
ラマン光信号ＮＲ（Ｒ，λＲ）））の空間分布及び／ま
たは時間変化を解析するためのチャート（第１種ラマン
・スペクトル実測チャート）を作成するとともに、この
第１種ラマン・スペクトル実測チャートを基に非弾性散
乱性ガスのガス種に対する静的（スタチック）定性解析
及び動的（ダイナミック）定性解析を実行する。このと
き、非弾性散乱性の種々のガス種についてラマン・スペ
クトルの強度パターンをあらかじめ求めておいた検量線
図を参照し、この検量線図と第１種ラマン・スペクトル
実測チャートとを比較することにより、被監視対象の有
害な混合ガス体２がどんな種類の非弾性散乱性のガス種
を含んでいるかを推定することができる。また、探査レ
ーザ光７２を探査レーザ光７２が到達可能な水平・垂直
距離で数１０ｍ〜数１０ｋｍといった広域監視エリアに
わたって探査レーザ光７２を３次元空間でスキャニング
して第１種ラマン・スペクトル実測チャートを作成する
ことにより、非弾性散乱性ガスのガス種に対する水平・
垂直距離で数１０ｍ〜数１０ｋｍといった広域監視エリ
ア内での静的定性解析及び動的定性解析を実行できる。
さらに加えて、非弾性散乱性ガスのガス種として環境に
悪影響を与えるような有害ガス種（例えば、ＮＯｘ等の
窒素酸化物、ＳＯ２等の硫黄酸化物、ＣＯやＣＯ２等の
炭酸ガス等のガス）を指定しておけば、水平・垂直距離
で数１０ｍ〜数１０ｋｍといった広域監視エリア内でこ
れらの有害ガス種を昼夜問わずに時々刻々モニタリング
し、これらの有害ガス種を検出した場合にそのガス種、
検出位置、有害ガス種の移動状況（移動速度や移動方向
等）等の有害ガス属性をリアルタイムで時々刻々追動し
たり報知したりできるようになる。特に、第１の補償用
レーザ光１２（振動数ωｒ１＝２πｃ／λｒ１、波長λ
ｒ１）、第２の補償用レーザ光２２（振動数ωｒ２＝２
πｃ／λｒ２、波長λｒ２）、ラマン励起レーザ光３２
（振動数ωｘ＝２πｃ／λｘ、波長λｘ）のそれぞれを
所定のタイミングで時分割波長多重して一本のビーム
（図３に示す探査レーザ光７２に含まれる探査パケット
７２Ａ）に合波（時分割波長多重変調）して数ｋＨｚか
ら数１００ＭＨｚ（パルス幅数ｍｓ〜数ｐｓ）といった
非常に高い周期でほぼ同時に同一箇所に照射することが
可能となり、音速に近い高速で噴出する非弾性散乱性の
ガス体（高速ジェット流体）、乱流等の複雑な動きやト
ランジェントな変化を伴う非弾性散乱性のガス体、爆発
的に膨張／縮小変化するガス体等に対する非弾性散乱性
のガス体のガス種、検出位置、非弾性散乱性の有害ガス
種の移動状況（移動速度や移動方向等）等の有害ガス属
性の測定高い精度で実現できる。例えば、非弾性散乱性
のガス体の変化（移動）速度を１００ｍ／ｓ（ジェット
流）、時分割波長多重変調周波数を１ＭＨｚとした場
合、非弾性散乱性の有害ガス種の移動距離を１００／１
０６＝１０−４ｍ＝０．１ｍｍ程度に抑えることがで
き、その結果、非弾性散乱性の有害ガス属性の変化を高
精度でリアルタイムに時々刻々追動したり報知したりで
きるようになる。
【０１０２】上述の非弾性散乱性ガスのガス種に対する
静的（スタチック）解析及び動的（ダイナミック）解析
と同時に、ガス濃度解析用後方散乱励起光信号Ｎ
ｘ（Ｒ，λ ｘ）を用いて、被監視対象の有害な混合ガス
体２を構成するガス種の中でラマン光を生成・出力する
非弾性散乱性のガス種の濃度の空間分布及び／または時
間変化を解析するための第２種ラマン・スペクトル実測
チャートを作成するとともに、この第２種ラマン・スペ
クトル実測チャートを基に非弾性散乱性ガスを構成する
ガス種の濃度に対する静的定量解析及び動的定量解析を
実行する。このとき、非弾性散乱性の種々のガス種につ
いて濃度をパラメータに加えてラマン・スペクトルの強
度パターンをあらかじめ求めておいた検量線図を参照
し、この検量線図と第２種ラマン・スペクトル実測チャ
ートとを比較することにより、被監視対象の有害な混合
ガス体２がどんな種類のガス種を含んでいて、その非弾
性散乱性のガス種がどの程度の濃度を有しているかを推
定することができる。また、探査レーザ光７２を探査レ
ーザ光７２が到達可能な水平・垂直距離で数１０ｍ〜数
１０ｋｍといった広域監視エリアにわたって探査レーザ
光７２を３次元空間でスキャニングして第２種ラマン・
スペクトル実測チャートを作成することにより、非弾性
散乱性ガスのガス種及び／またはガス濃度に対する水平
・垂直距離で数１０ｍ〜数１０ｋｍといった広域監視エ
リア内での静的定性・定量解析及び動的定性・定量解析
を実行できる。さらに加えて、非弾性散乱性ガスのガス
種として環境に悪影響を与えるような有害ガス種（例え
ば、ＮＯｘ等の窒素酸化物、ＳＯ２等の硫黄酸化物、Ｃ
ＯやＣＯ２等の炭酸ガス等のガス）や最低検出濃度レベ
ルを指定しておけば、水平・垂直距離で数１０ｍ〜数１
０ｋｍといった広域監視エリア内でこれらの有害ガス種
を昼夜問わずに時々刻々モニタリングし、これらの有害
ガス種を検出した場合にそのガス種、検出位置、有害ガ
ス種の移動状況（移動速度や移動方向、拡散速度や拡散
速度等）等の有害ガス属性をリアルタイムで時々刻々追
動したり報知したりできるようになる。特に、第１の補
償用レーザ光１２（振動数ωｒ１＝２πｃ／λｒ１、波
長λｒ１）、第２の補償用レーザ光２２（振動数ωｒ２
＝２πｃ／λｒ２、波長λｒ２）、数１００ＭＷ／ｃｍ
２〜数１０ＧＷ／ｃｍ２級のエネルギー密度を有するラ
マン励起レーザ光３２（振動数ωｘ＝２πｃ／λｘ、波
長λｘ）のそれぞれを所定のタイミングで時分割波長多
重して一本のビーム（図３に示す探査レーザ光７２に含
まれる探査パケット７２Ａ）に合波（時分割波長多重変
調）して数ｋＨｚから数１００ＭＨｚ（パルス幅数ｍｓ
〜数ｐｓ）といった非常に高い周期でほぼ同時に同一箇
所に照射することが可能となり、音速に近い高速で噴出
する非弾性散乱性のガス体（高速ジェット流体）、乱流
等の複雑な動きやトランジェントな変化を伴う非弾性散
乱性のガス体、爆発的に膨張／縮小変化するガス体等に
対する非弾性散乱性のガス体のガス種、検出位置、有害
ガス種の移動状況（移動速度や移動方向、拡散速度や拡
散速度等）等の有害ガス属性の測定高い精度で実現でき
る。例えば、非弾性散乱性のガス体の変化（移動）速度
を１００ｍ／ｓ（ジェット流）、時分割波長多重変調周
波数を１ＭＨｚとした場合、非弾性散乱性の有害ガス種
の移動距離を１００／１０６＝１０−４ｍ＝０．１ｍｍ
程度に抑えることができ、その結果、非弾性散乱性の有
害ガス属性の変化を高精度でリアルタイムに時々刻々追
動したり報知したりできるようになる。
【０１０３】（第４実施形態）上記第１、第２実施形態
に説明したラマン後方散乱光におけるラマンシフトを測
定することによって被監視対象の有害な混合ガス体２の
ガス種の同定を行うことができる。第４実施形態では、
数１００ＭＷ／ｃｍ２〜数１０ＧＷ／ｃｍ２級のエネル
ギー密度を有しコヒーレント性に優れたラマン励起レー
ザ光３２の振動数ωｘ（＝２πｃ／λｘ）を、被監視対
象の有害な混合ガス体２に誘導ラマン後方散乱を生起さ
せるように選択している点に特徴を有している。
【０１０４】（第５実施形態）上記第１、第２実施形態
に説明したラマン後方散乱光におけるラマンシフトを測
定することによって被監視対象の有害な混合ガス体２の
ガス種の同定を行うことができる。第５実施形態では、
数１００ＭＷ／ｃｍ２〜数１０ＧＷ／ｃｍ２級のエネル
ギー密度を有しコヒーレント性に優れたラマン励起レー
ザ光３２の振動数ωｘ（＝２πｃ／λｘ）を、被監視対
象の有害な混合ガス体２のガス種同定用後方散乱ラマン
光信号ＮＲ（Ｒ，λＲ）の強度が共鳴的に増大する共鳴
ラマン後方散乱を生起させるように選択している点に特
徴を有している。
【０１０５】なお、本発明が上記各実施形態に限定され
ず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施形態は
適宜変更され得ることは明らかである。また上記構成部
材の数、位置、形状等は上記実施の形態に限定されず、
本発明を実施する上で好適な数、位置、形状等にするこ
とができる。また、各図において、同一構成要素には同
一符号を付している。
【０１０６】
【発明の効果】本発明は以上のように構成されているの
で、被監視対象の混合ガス体に含まれるガス種やガス濃
度に対する静的定性・定量解析及び動的定性・定量解析
を広域監視エリアにわたって実行することができるよう
になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるガス環境広域探査システム及び
ガス環境広域探査方法の一実施形態を説明するための送
信光学系側のシステム図である。
【図２】図１のガス環境広域探査システムで生成される
及びガス環境広域探査方法の一実施形態を説明するため
の受信光学系側のシステム図である。
【図３】図１に示す送信光学系の動作を説明するための
タイミングチャートである。
【図４】図２に示す受信光学系の動作を説明するための
タイミングチャートである。
【符号の説明】
２…混合ガス体 １０…第１補償用レーザ １２…第１の補償用レーザ光 １４…第１の補償用レーザ変調光 ２０…第２補償用レーザ ２２…第２の補償用レーザ光 ２４…第２の補償用レーザ変調光 ３０…ラマン励起レーザ ３２…ラマン励起レーザ光 ３４…ラマン励起レーザ変調光 ４０…吸収測定レーザ ４２…吸収測定レーザ光 ４４…吸収測定レーザ変調光 ５０…第１変調器 ５２…第２変調器 ５４…第３変調器 ５６…第４変調器 ６０…時分割光多重変調器 ７０…送信望遠鏡 ７２…探査レーザ光 ７２Ａ…探査パケット ９０…時分割波長多重変調同期手段 ９２…第１時分割同期信号 ９４…第２時分割同期信号 ９６…第３時分割同期信号 ９８…第４時分割同期信号 １００…送信光学系 １４２…第１の補償用レーザ変調光の後方散乱光 ２００…受信光学系 ２０２…ラマン光の後方散乱光（ラマン後方散乱光） ２０４…時系列光 ２１０…光学フィルタ系 ２２０…時分割光多重復調手段 ２３０…分光手段 ２４０…光電変換手段 ２５０…解析手段 ２４２…第２の補償用レーザ変調光の後方散乱光 ３４２…ラマン励起レーザ変調光の後方散乱光 ４２２…吸収測定レーザ光の後方散乱光 Ｐ１（Ｒ，λｒ１）…第１の補償用レーザ光の後方散乱
光信号 Ｐ２（Ｒ，λｒ２）…第２の補償用レーザ光の後方散乱
光信号 ＰＡ（Ｒ，λＡ）…吸収測定レーザ光の後方散乱光信号 ＰＲ（Ｒ，λＲ）…ラマン光の後方散乱光の後方散乱光
信号 Ｐｘ（Ｒ，λｘ）…ラマン励起レーザ光の後方散乱光信
号 ＮＡ（Ｒ，λＡ）…ガス濃度解析用後方散乱吸収光信号 ＮＲ（Ｒ，λＲ）…ガス種同定用後方散乱ラマン光信号 Ｎｘ（Ｒ，λｘ）…ガス濃度解析用後方散乱励起光信号 α（Ｒ，λ）…大気消散係数 β（Ｒ，λ）…後方散乱係数
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G043 AA01 AA03 EA03 EA10 EA13 FA01 KA01 KA03 2G059 AA01 AA05 BB01 BB02 EE01 EE03 EE11 EE12 FF01 GG01 GG08 GG09 HH01 HH03 JJ02 JJ30

Claims (28)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 被監視対象の混合ガス体に含まれるガス
    種やガス濃度に対する静的定性・定量解析及び動的定性
    ・定量解析を広域監視エリアにわたって実行するガス環
    境広域探査システムであって、 被監視対象の混合ガス体に含まれるガス種やガス濃度を
    検知するための探査レーザ光を生成して当該被監視対象
    の混合ガス体に照射する送信光学系と、 被監視対象の混合ガス体から後方散乱されてくる受信時
    系列光を受光して当該被監視対象の混合ガス体に含まれ
    るガスのガス種やガス濃度に対する静的定性・定量解析
    及び動的定性・定量解析を行う前記受信光学系とを備
    え、 第１の振動数の第１の補償用レーザ光を生成・出力する
    第１補償用レーザと、 同期信号である第１時分割同期信号に応じたデューティ
    比と繰り返し周波数とで前記第１の補償用レーザ光をパ
    ルス変調して第１の補償用レーザ変調光を生成・出力す
    る第１変調器と、 前記第１の補償用レーザ光と同程度のパワーを有し第２
    の振動数の第２の補償用レーザ光を生成・出力する第２
    補償用レーザと、 同期信号である第２時分割同期信号に応じたデューティ
    比と繰り返し周波数とで前記第２の補償用レーザ光をパ
    ルス変調して第２の補償用レーザ変調光を生成・出力す
    る第２変調器と、 所定パワーを有しラマン励起振動数のラマン励起レーザ
    光を生成・出力するラマン励起レーザと、 同期信号である第３時分割同期信号に応じたデューティ
    比と繰り返し周波数とで前記ラマン励起レーザ光をパル
    ス変調してラマン励起レーザ変調光を生成・出力する第
    ３変調器と、 所定パワーを有し吸収振動数の吸収測定レーザ光を生成
    ・出力する吸収測定レーザと、 同期信号である第４時分割同期信号に応じたデューティ
    比と繰り返し周波数とで前記吸収測定レーザ光をパルス
    変調して吸収測定レーザ変調光を生成・出力する第４変
    調器と、 前記第１の補償用レーザ変調光、前記第２の補償用レー
    ザ変調光、前記ラマン励起レーザ変調光、前記吸収測定
    レーザ変調光のそれぞれを所定のタイミングで多重して
    探査パケットに合波して探査レーザ光を生成する合波手
    段と、 前記探査レーザ光を被監視対象の混合ガス体に所定モー
    ド、所定ビーム径の平行ビームとして出射する送信望遠
    鏡と、 前記第１時分割同期信号、前記第２時分割同期信号、前
    記第３時分割同期信号、前記第４時分割同期信号等の電
    気信号を生成・出力する時分割波長多重変調同期手段と
    を有することを特徴とするガス環境広域探査システム。
  2. 【請求項２】 被監視対象の混合ガス体に含まれるガス
    種やガス濃度に対する静的定性・定量解析及び動的定性
    ・定量解析を広域監視エリアにわたって実行するガス環
    境広域探査システムであって、 被監視対象の混合ガス体に含まれるガス種やガス濃度を
    検知するための探査レーザ光を生成して当該被監視対象
    の混合ガス体に照射する送信光学系と、 被監視対象の混合ガス体から後方散乱されてくる受信時
    系列光を受光して当該被監視対象の混合ガス体に含まれ
    るガスのガス種やガス濃度に対する静的定性・定量解析
    及び動的定性・定量解析を行う前記受信光学系とを備
    え、 第１の振動数の第１の補償用レーザ光を生成・出力する
    第１補償用レーザと、 同期信号である第１時分割同期信号に応じたデューティ
    比と繰り返し周波数とで前記第１の補償用レーザ光をパ
    ルス変調して第１の補償用レーザ変調光を生成・出力す
    る第１変調器と、 前記第１の補償用レーザ光と同程度のパワーを有し第２
    の振動数の第２の補償用レーザ光を生成・出力する第２
    補償用レーザと、 同期信号である第２時分割同期信号に応じたデューティ
    比と繰り返し周波数とで前記第２の補償用レーザ光をパ
    ルス変調して第２の補償用レーザ変調光を生成・出力す
    る第２変調器と、 所定パワーを有しラマン励起振動数のラマン励起レーザ
    光を生成・出力するラマン励起レーザと、 同期信号である第３時分割同期信号に応じたデューティ
    比と繰り返し周波数とで前記ラマン励起レーザ光をパル
    ス変調してラマン励起レーザ変調光を生成・出力する第
    ３変調器と、 所定パワーを有し吸収振動数の吸収測定レーザ光を生成
    ・出力する吸収測定レーザと、 同期信号である第４時分割同期信号に応じたデューティ
    比と繰り返し周波数とで前記吸収測定レーザ光をパルス
    変調して吸収測定レーザ変調光を生成・出力する第４変
    調器と、 前記第１の補償用レーザ変調光、前記第２の補償用レー
    ザ変調光、前記ラマン励起レーザ変調光、前記吸収測定
    レーザ変調光のそれぞれを所定のタイミングで時分割波
    長多重して探査パケットに合波して探査レーザ光を生成
    する時分割光多重変調器と、 前記探査レーザ光を被監視対象の混合ガス体に所定モー
    ド、所定ビーム径の平行ビームとして出射する送信望遠
    鏡と、 前記第１時分割同期信号、前記第２時分割同期信号、前
    記第３時分割同期信号、前記第４時分割同期信号等の電
    気信号を生成・出力する時分割波長多重変調同期手段と
    を有することを特徴とするガス環境広域探査システム。
  3. 【請求項３】 被監視対象の混合ガス体に含まれるガス
    種やガス濃度に対する静的定性・定量解析及び動的定性
    ・定量解析を広域監視エリアにわたって実行するガス環
    境広域探査システムであって、 被監視対象の混合ガス体に含まれるガス種やガス濃度を
    検知するための探査レーザ光を生成して当該被監視対象
    の混合ガス体に照射する送信光学系と、 被監視対象の混合ガス体から後方散乱されてくる受信時
    系列光を受光して当該被監視対象の混合ガス体に含まれ
    るガスのガス種やガス濃度に対する静的定性・定量解析
    及び動的定性・定量解析を行う前記受信光学系とを備
    え、 第１の振動数の第１の補償用レーザ光を生成・出力する
    第１補償用レーザと、 同期信号である第１時分割同期信号に応じたデューティ
    比と繰り返し周波数とで前記第１の補償用レーザ光をパ
    ルス変調して第１の補償用レーザ変調光を生成・出力す
    る第１変調器と、 前記第１の補償用レーザ光と同程度のパワーを有し第２
    の振動数の第２の補償用レーザ光を生成・出力する第２
    補償用レーザと、 同期信号である第２時分割同期信号に応じたデューティ
    比と繰り返し周波数とで前記第２の補償用レーザ光をパ
    ルス変調して第２の補償用レーザ変調光を生成・出力す
    る第２変調器と、 所定パワーを有しラマン励起振動数のラマン励起レーザ
    光を生成・出力するラマン励起レーザと、 同期信号である第３時分割同期信号に応じたデューティ
    比と繰り返し周波数とで前記ラマン励起レーザ光をパル
    ス変調してラマン励起レーザ変調光を生成・出力する第
    ３変調器と、 所定パワーを有し吸収振動数の吸収測定レーザ光を生成
    ・出力する吸収測定レーザと、 同期信号である第４時分割同期信号に応じたデューティ
    比と繰り返し周波数とで前記吸収測定レーザ光をパルス
    変調して吸収測定レーザ変調光を生成・出力する第４変
    調器と、 前記第１の補償用レーザ変調光、前記第２の補償用レー
    ザ変調光、前記ラマン励起レーザ変調光、及び前記吸収
    測定レーザ変調光を単位パルス内に重ね合わせた探査パ
    ケットを生成する波長多重変調器と、 前記探査レーザ光を被監視対象の混合ガス体に所定モー
    ド、所定ビーム径の平行ビームとして出射する送信望遠
    鏡と、 前記第１時分割同期信号、前記第２時分割同期信号、前
    記第３時分割同期信号、前記第４時分割同期信号等の電
    気信号を生成・出力する時分割波長多重変調同期手段と
    を有することを特徴とするガス環境広域探査システム。
  4. 【請求項４】 前記第１変調器は、前記第１時分割同期
    信号に応じた１／５乃至１／１０程度のデューティ比
    と、数１０Ｈｚ乃至数１００ＭＨｚ程度の繰り返し周波
    数で前記第１の補償用レーザ光をパルス変調して前記第
    １の補償用レーザ変調光を生成・出力するように構成さ
    れていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一
    項に記載のガス環境広域探査システム。
  5. 【請求項５】 前記第２変調器は、前記第２時分割同期
    信号に応じた１／５乃至１／１０程度のデューティ比
    と、数１０Ｈｚ乃至数１００ＭＨｚ程度の繰り返し周波
    数で前記第２の補償用レーザ光をパルス変調して前記第
    ２の補償用レーザ変調光を生成・出力するように構成さ
    れていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一
    項に記載のガス環境広域探査システム。
  6. 【請求項６】 前記ラマン励起レーザは、被監視対象の
    混合ガス体に対するラマン励起を発生する波長λx＝２
    ００乃至９００ｎｍ程度の紫外乃至赤外波長領域の前記
    ラマン励起レーザ光を生成・出力するレーザ光源と波長
    変換素子とを備えていることを特徴とする請求項１乃至
    ３のいずれか一項に記載のガス環境広域探査システム。
  7. 【請求項７】 前記第３変調器は、前記第３時分割同期
    信号に応じた１／５乃至１／１０程度のデューティ比
    と、数１０Ｈｚ乃至数１００ＭＨｚ程度の繰り返し周波
    数で前記ラマン励起レーザ光をパルス変調して前記ラマ
    ン励起レーザ変調光を生成・出力するように構成されて
    いることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に
    記載のガス環境広域探査システム。
  8. 【請求項８】 前記吸収測定レーザは、被監視対象の混
    合ガス体が吸収する波長として２００ｎｍ乃至２０μｍ
    程度の紫外乃至遠赤外波長領域の前記吸収測定レーザ光
    を生成・出力するレーザ光源と波長変換素子とを備えて
    いることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に
    記載のガス環境広域探査システム。
  9. 【請求項９】 前記第４変調器は、前記第４時分割同期
    信号に応じた１／５乃至１／１０程度のデューティ比
    と、数１０Ｈｚ乃至数１００ＭＨｚ程度の繰り返し周波
    数で前記ラマン励起レーザ光をパルス変調して前記吸収
    測定レーザ変調光を生成・出力するように構成されてい
    ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記
    載のガス環境広域探査システム。
  10. 【請求項１０】 前記時分割光多重変調器は、前記第１
    の補償用レーザ変調光、前記第２の補償用レーザ変調
    光、前記ラマン励起レーザ変調光、前記吸収測定レーザ
    変調光のそれぞれを所望の並び順に並べ替えて整列させ
    て前記探査パケットに合波して前記探査レーザ光を生成
    するように構成されていることを特徴とする請求項１乃
    至３のいずれか一項に記載のガス環境広域探査システ
    ム。
  11. 【請求項１１】 前記受信光学系は、 所望波長帯の前記受信時系列光として前記第１の補償用
    レーザ変調光の後方散乱光、前記第２の補償用レーザ変
    調光の後方散乱光、前記ラマン励起レーザ変調光の後方
    散乱光、ラマン後方散乱光、前記吸収測定レーザ光の後
    方散乱光の少なくともいずれかを被監視対象の混合ガス
    体からの後方散乱光の中から選択する光学フィルタ系
    と、 前記受信時系列光に含まれる各種後方散乱光を分離する
    時分割光多重復調手段と、 前記時分割光多重復調手段で分離される各種後方散乱光
    を所望の波長帯で分光して吸収／ラマン・スペクトル解
    析用の光学データを生成・出力する分光手段と、 前記分光手段から受光した後方散乱光を電気信号に変換
    して前記第１の補償用レーザ光の後方散乱光信号、前記
    第２の補償用レーザ光の後方散乱光信号、前記ラマン励
    起レーザ光の後方散乱光信号、前記ラマン後方散乱光の
    後方散乱光信号、前記吸収測定レーザ光の後方散乱光信
    号を生成・出力する光電変換手段と、 前記第１の補償用レーザ光の後方散乱光信号及び前記第
    ２の補償用レーザ光の後方散乱光信号を基に前記ラマン
    励起レーザ光の後方散乱光信号、前記ラマン後方散乱光
    の後方散乱光信号、前記吸収測定レーザ光の後方散乱光
    信号の補償機能を実行するとともに、吸収スペクトル、
    ラマン・スペクトルを含むスペクトルを解析して被監視
    対象の混合ガス体に含まれるガス種及び／またはガス濃
    度に対する定性／定量解析機能を実行する解析手段を備
    えていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか
    一項に記載のガス環境広域探査システム。
  12. 【請求項１２】 前記解析手段は、前記光電変換手段が
    光電変換して生成・出力する前記第１の補償用レーザ光
    の後方散乱光信号及び前記第２の補償用レーザ光の後方
    散乱光信号を用いて大気消散係数及び後方散乱係数を求
    めるとともに、当該大気消散係数及び当該後方散乱係数
    を用いた前記補償機能を前記ラマン励起レーザ光の後方
    散乱光信号に対して実行してガス濃度解析用後方散乱励
    起光信号を生成・出力する定性／定量解析機能を有して
    いることを特徴とする請求項１１に記載のガス環境広域
    探査システム。
  13. 【請求項１３】 前記解析手段は、前記光電変換手段が
    光電変換して生成・出力する前記第１の補償用レーザ光
    の後方散乱光信号及び前記第２の補償用レーザ光の後方
    散乱光信号を用いて大気消散係数及び後方散乱係数を求
    めるとともに、当該大気消散係数及び当該後方散乱係数
    を用いた前記補償機能を前記ラマン後方散乱光の後方散
    乱光信号に対して実行してガス種同定用後方散乱ラマン
    光信号を生成・出力する定性／定量解析機能を有してい
    ることを特徴とする請求項１１または１２に記載のガス
    環境広域探査システム。
  14. 【請求項１４】 前記解析手段は、前記光電変換手段が
    光電変換して生成・出力する前記第１の補償用レーザ光
    の後方散乱光信号及び前記第２の補償用レーザ光の後方
    散乱光信号を用いて大気消散係数及び後方散乱係数を求
    めるとともに、当該大気消散係数及び当該後方散乱係数
    を用いた前記補償機能を前記吸収測定レーザ光の後方散
    乱光信号に対して実行してガス濃度解析用後方散乱吸収
    光信号を生成・出力する定性／定量解析機能を有してい
    ることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか一項
    に記載のガス環境広域探査システム。
  15. 【請求項１５】 被監視対象の混合ガス体に含まれるガ
    ス種やガス濃度に対する静的定性・定量解析及び動的定
    性・定量解析を広域監視エリアにわたって実行するガス
    環境広域探査方法であって、 被監視対象の混合ガス体に含まれるガス種やガス濃度を
    検知するための探査レーザ光を生成して当該被監視対象
    の混合ガス体に照射する送信光学系と、被監視対象の混
    合ガス体から後方散乱されてくる受信時系列光を受光し
    て当該被監視対象の混合ガス体に含まれるガスのガス種
    やガス濃度に対する静的定性・定量解析及び動的定性・
    定量解析を行う受信光学系とを備えたガス環境広域探査
    システムに対して、 前記送信光学系は、 第１の振動数の第１の補償用レーザ光を生成・出力する
    第１補償用レーザ生成工程と、 同期信号である第１時分割同期信号に応じたデューティ
    比と繰り返し周波数とで前記第１の補償用レーザ光をパ
    ルス変調して第１の補償用レーザ変調光を生成・出力す
    る第１変調工程と、 前記第１の補償用レーザ光と同程度のパワーを有し第２
    の振動数の第２の補償用レーザ光を生成・出力する第２
    補償用レーザ生成工程と、 同期信号である第２時分割同期信号に応じたデューティ
    比と繰り返し周波数とで前記第２の補償用レーザ光をパ
    ルス変調して第２の補償用レーザ変調光を生成・出力す
    る第２変調工程と、 所定パワーを有しラマン励起振動数のラマン励起レーザ
    光を生成・出力するラマン励起レーザ生成工程と、 同期信号である第３時分割同期信号に応じたデューティ
    比と繰り返し周波数とで前記ラマン励起レーザ光をパル
    ス変調してラマン励起レーザ変調光を生成・出力する第
    ３変調工程と、 所定パワーを有し吸収振動数の吸収測定レーザ光を生成
    ・出力する吸収測定レーザ生成工程と、 同期信号である第４時分割同期信号に応じたデューティ
    比と繰り返し周波数とで前記吸収測定レーザ光をパルス
    変調して吸収測定レーザ変調光を生成・出力する第４変
    調工程と、 前記第１の補償用レーザ変調光、前記第２の補償用レー
    ザ変調光、前記ラマン励起レーザ変調光、前記吸収測定
    レーザ変調光のそれぞれを所定のタイミングで多重して
    探査パケットに合波して探査レーザ光を生成する合波工
    程と、 前記探査レーザ光を被監視対象の混合ガス体に所定モー
    ド、所定ビーム径の平行ビームとして出射する送信工程
    と、 前記第１時分割同期信号、前記第２時分割同期信号、前
    記第３時分割同期信号、前記第４時分割同期信号等の電
    気信号を生成・出力する時分割波長多重変調同期工程と
    を有することを特徴とするガス環境広域探査方法。
  16. 【請求項１６】 被監視対象の混合ガス体に含まれるガ
    ス種やガス濃度に対する静的定性・定量解析及び動的定
    性・定量解析を広域監視エリアにわたって実行するガス
    環境広域探査方法であって、 被監視対象の混合ガス体に含まれるガス種やガス濃度を
    検知するための探査レーザ光を生成して当該被監視対象
    の混合ガス体に照射する送信光学系と、被監視対象の混
    合ガス体から後方散乱されてくる受信時系列光を受光し
    て当該被監視対象の混合ガス体に含まれるガスのガス種
    やガス濃度に対する静的定性・定量解析及び動的定性・
    定量解析を行う受信光学系とを備えたガス環境広域探査
    システムに対して、 前記送信光学系は、 第１の振動数の第１の補償用レーザ光を生成・出力する
    第１補償用レーザ生成工程と、 同期信号である第１時分割同期信号に応じたデューティ
    比と繰り返し周波数とで前記第１の補償用レーザ光をパ
    ルス変調して第１の補償用レーザ変調光を生成・出力す
    る第１変調工程と、 前記第１の補償用レーザ光と同程度のパワーを有し第２
    の振動数の第２の補償用レーザ光を生成・出力する第２
    補償用レーザ生成工程と、 同期信号である第２時分割同期信号に応じたデューティ
    比と繰り返し周波数とで前記第２の補償用レーザ光をパ
    ルス変調して第２の補償用レーザ変調光を生成・出力す
    る第２変調工程と、 所定パワーを有しラマン励起振動数のラマン励起レーザ
    光を生成・出力するラマン励起レーザ生成工程と、 同期信号である第３時分割同期信号に応じたデューティ
    比と繰り返し周波数とで前記ラマン励起レーザ光をパル
    ス変調してラマン励起レーザ変調光を生成・出力する第
    ３変調工程と、 所定パワーを有し吸収振動数の吸収測定レーザ光を生成
    ・出力する吸収測定レーザ生成工程と、 同期信号である第４時分割同期信号に応じたデューティ
    比と繰り返し周波数とで前記吸収測定レーザ光をパルス
    変調して吸収測定レーザ変調光を生成・出力する第４変
    調工程と、 前記第１の補償用レーザ変調光、前記第２の補償用レー
    ザ変調光、前記ラマン励起レーザ変調光、前記吸収測定
    レーザ変調光のそれぞれを所定のタイミングで時分割波
    長多重して探査パケットに合波して探査レーザ光を生成
    する時分割光多重変調工程と、 前記探査レーザ光を被監視対象の混合ガス体に所定モー
    ド、所定ビーム径の平行ビームとして出射する送信工程
    と、 前記第１時分割同期信号、前記第２時分割同期信号、前
    記第３時分割同期信号、前記第４時分割同期信号等の電
    気信号を生成・出力する時分割波長多重変調同期工程と
    を有することを特徴とするガス環境広域探査方法。
  17. 【請求項１７】 被監視対象の混合ガス体に含まれるガ
    ス種やガス濃度に対する静的定性・定量解析及び動的定
    性・定量解析を広域監視エリアにわたって実行するガス
    環境広域探査方法であって、 被監視対象の混合ガス体に含まれるガス種やガス濃度を
    検知するための探査レーザ光を生成して当該被監視対象
    の混合ガス体に照射する送信光学系と、被監視対象の混
    合ガス体から後方散乱されてくる受信時系列光を受光し
    て当該被監視対象の混合ガス体に含まれるガスのガス種
    やガス濃度に対する静的定性・定量解析及び動的定性・
    定量解析を行う受信光学系とを備えたガス環境広域探査
    システムに対して、 前記送信光学系は、 第１の振動数の第１の補償用レーザ光を生成・出力する
    第１補償用レーザ生成工程と、 同期信号である第１時分割同期信号に応じたデューティ
    比と繰り返し周波数とで前記第１の補償用レーザ光をパ
    ルス変調して第１の補償用レーザ変調光を生成・出力す
    る第１変調工程と、 前記第１の補償用レーザ光と同程度のパワーを有し第２
    の振動数の第２の補償用レーザ光を生成・出力する第２
    補償用レーザ生成工程と、 同期信号である第２時分割同期信号に応じたデューティ
    比と繰り返し周波数とで前記第２の補償用レーザ光をパ
    ルス変調して第２の補償用レーザ変調光を生成・出力す
    る第２変調工程と、 所定パワーを有しラマン励起振動数のラマン励起レーザ
    光を生成・出力するラマン励起レーザ生成工程と、 同期信号である第３時分割同期信号に応じたデューティ
    比と繰り返し周波数とで前記ラマン励起レーザ光をパル
    ス変調してラマン励起レーザ変調光を生成・出力する第
    ３変調工程と、 所定パワーを有し吸収振動数の吸収測定レーザ光を生成
    ・出力する吸収測定レーザ生成工程と、 同期信号である第４時分割同期信号に応じたデューティ
    比と繰り返し周波数とで前記吸収測定レーザ光をパルス
    変調して吸収測定レーザ変調光を生成・出力する第４変
    調工程と、 前記第１の補償用レーザ変調光、前記第２の補償用レー
    ザ変調光、前記ラマン励起レーザ変調光、及び前記吸収
    測定レーザ変調光を単位パルス内に重ね合わせた前記探
    査パケットを生成する波長多重変調工程と、 前記探査レーザ光を被監視対象の混合ガス体に所定モー
    ド、所定ビーム径の平行ビームとして出射する送信工程
    と、 前記第１時分割同期信号、前記第２時分割同期信号、前
    記第３時分割同期信号、前記第４時分割同期信号等の電
    気信号を生成・出力する時分割波長多重変調同期工程と
    を有することを特徴とするガス環境広域探査方法。
  18. 【請求項１８】 前記第１変調工程は、前記第１時分割
    同期信号に応じた１／５乃至１／１０程度のデューティ
    比と、数１０Ｈｚ乃至数１００ＭＨｚ程度の繰り返し周
    波数で前記第１の補償用レーザ光をパルス変調して前記
    第１の補償用レーザ変調光を生成・出力する工程を含む
    ことを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれか一項に
    記載のガス環境広域探査方法。
  19. 【請求項１９】 前記第２変調工程は、前記第２時分割
    同期信号に応じた１／５乃至１／１０程度のデューティ
    比と、数１０Ｈｚ乃至数１００ＭＨｚ程度の繰り返し周
    波数で前記第２の補償用レーザ光をパルス変調して前記
    第２の補償用レーザ変調光を生成・出力する工程を含む
    ことを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれか一項に
    記載のガス環境広域探査方法。
  20. 【請求項２０】 前記ラマン励起レーザ生成工程は、被
    監視対象の混合ガス体に対するラマン励起を発生する波
    長λx＝２００乃至９００ｎｍ程度の紫外乃至赤外波長
    領域の前記ラマン励起レーザ光を生成・出力する工程を
    含むことを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれか一
    項に記載のガス環境広域探査方法。
  21. 【請求項２１】 前記第３変調工程は、前記第３時分割
    同期信号に応じた１／５乃至１／１０程度のデューティ
    比と、数１０Ｈｚ乃至数１００ＭＨｚ程度の繰り返し周
    波数で前記ラマン励起レーザ光をパルス変調して前記ラ
    マン励起レーザ変調光を生成・出力する工程を含むこと
    を特徴とする請求項１５乃至１７のいずれか一項に記載
    のガス環境広域探査方法。
  22. 【請求項２２】 前記吸収測定レーザ生成工程は、被監
    視対象の混合ガス体が吸収する波長として２００ｎｍ乃
    至２０μｍ程度の紫外乃至遠赤外波長領域の前記吸収測
    定レーザ光を生成・出力する工程を含むことを特徴とす
    る請求項１５乃至１７のいずれか一項に記載のガス環境
    広域探査方法。
  23. 【請求項２３】 前記第４変調工程は、前記第４時分割
    同期信号に応じた１／５乃至１／１０程度のデューティ
    比と、数１０Ｈｚ乃至数１００ＭＨｚ程度の繰り返し周
    波数で前記ラマン励起レーザ光をパルス変調して前記吸
    収測定レーザ変調光を生成・出力する工程を含むことを
    特徴とする請求項１５乃至１７のいずれか一項に記載の
    ガス環境広域探査方法。
  24. 【請求項２４】 前記時分割光多重変調工程は、前記第
    １の補償用レーザ変調光、前記第２の補償用レーザ変調
    光、前記ラマン励起レーザ変調光、前記吸収測定レーザ
    変調光のそれぞれを所望の並び順に並べ替えて整列させ
    て前記探査パケットに合波して前記探査レーザ光を生成
    する工程を含むことを特徴とする請求項１５乃至１７の
    いずれか一項に記載のガス環境広域探査方法。
  25. 【請求項２５】 前記受信光学系は、 所望波長帯の前記受信時系列光として前記第１の補償用
    レーザ変調光の後方散乱光、前記第２の補償用レーザ変
    調光の後方散乱光、前記ラマン励起レーザ変調光の後方
    散乱光、ラマン後方散乱光、前記吸収測定レーザ光の後
    方散乱光の少なくともいずれかを被監視対象の混合ガス
    体からの後方散乱光の中から選択する光学フィルタリン
    グ工程と、 前記受信時系列光に含まれる各種後方散乱光を分離する
    時分割光多重復調工程と、 前記時分割光多重復調工程で分離される各種後方散乱光
    を所望の波長帯で分光して吸収／ラマン・スペクトル解
    析用の光学データを生成・出力する分光工程と、 前記分光工程から受光した後方散乱光を電気信号に変換
    して前記第１の補償用レーザ光の後方散乱光信号、前記
    第２の補償用レーザ光の後方散乱光信号、前記ラマン励
    起レーザ光の後方散乱光信号、前記ラマン後方散乱光の
    後方散乱光信号、前記吸収測定レーザ光の後方散乱光信
    号を生成・出力する光電変換工程と、 前記第１の補償用レーザ光の後方散乱光信号及び前記第
    ２の補償用レーザ光の後方散乱光信号を基に前記ラマン
    励起レーザ光の後方散乱光信号、前記ラマン後方散乱光
    の後方散乱光信号、前記吸収測定レーザ光の後方散乱光
    信号の補償機能を実行するとともに、吸収スペクトル、
    ラマン・スペクトルを含むスペクトルを解析して被監視
    対象の混合ガス体に含まれるガス種及び／またはガス濃
    度に対する定性／定量解析工程を実行する解析工程を備
    えていることを特徴とする請求項１５乃至２４のいずれ
    か一項に記載のガス環境広域探査方法。
  26. 【請求項２６】 前記解析工程は、前記光電変換工程が
    光電変換して生成・出力する前記第１の補償用レーザ光
    の後方散乱光信号及び前記第２の補償用レーザ光の後方
    散乱光信号を用いて大気消散係数及び後方散乱係数を求
    めるとともに、当該大気消散係数及び当該後方散乱係数
    を用いた前記補償機能を前記ラマン励起レーザ光の後方
    散乱光信号に対して実行してガス濃度解析用後方散乱励
    起光信号を生成・出力する定性／定量解析工程を含むこ
    とを特徴とする請求項２５に記載のガス環境広域探査方
    法。
  27. 【請求項２７】 前記解析工程は、前記光電変換工程が
    光電変換して生成・出力する前記第１の補償用レーザ光
    の後方散乱光信号及び前記第２の補償用レーザ光の後方
    散乱光信号を用いて大気消散係数及び後方散乱係数を求
    めるとともに、当該大気消散係数及び当該後方散乱係数
    を用いた前記補償機能を前記ラマン後方散乱光の後方散
    乱光信号に対して実行してガス種同定用後方散乱ラマン
    光信号を生成・出力する定性／定量解析工程を含むこと
    を特徴とする請求項２５または２６に記載のガス環境広
    域探査方法。
  28. 【請求項２８】 前記解析工程は、前記光電変換工程が
    光電変換して生成・出力する前記第１の補償用レーザ光
    の後方散乱光信号及び前記第２の補償用レーザ光の後方
    散乱光信号を用いて大気消散係数及び後方散乱係数を求
    めるとともに、当該大気消散係数及び当該後方散乱係数
    を用いた前記補償機能を前記吸収測定レーザ光の後方散
    乱光信号に対して実行してガス濃度解析用後方散乱吸収
    光信号を生成・出力する定性／定量解析工程を含むこと
    を特徴とする請求項２５乃至２７のいずれか一項に記載
    のガス環境広域探査方法。
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