JP2002022641A - エアロゾル障害の特徴付けおよび早期警告ネットワーク、ならびに指定される物理的領域に迫るエアロゾル脅威の早期警告を与えるための方法 - Google Patents
エアロゾル障害の特徴付けおよび早期警告ネットワーク、ならびに指定される物理的領域に迫るエアロゾル脅威の早期警告を与えるための方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 遠隔地に到着する脅威となり得るエアロゾル
雲の組成を検出およびモニタすること。 【解決手段】 保護される物理的領域に位置決めされた
複数の検出局１８と、中央局１９とを備え、各検出局１
８は、エアロゾル粒子がレーザビームを横切る際の各粒
子の光散乱事象から生成されるデジタルデータを分析し
て、分析されたデータを中央局１９に送る。中央局は、
各検出局から処理されたデータを受取り、検出局から受
取ったデータを分析してエアロゾル源の雲の程度および
動きを確立し、かつ保護される領域において雲が有する
脅威の早期警告をする。
雲の組成を検出およびモニタすること。 【解決手段】 保護される物理的領域に位置決めされた
複数の検出局１８と、中央局１９とを備え、各検出局１
８は、エアロゾル粒子がレーザビームを横切る際の各粒
子の光散乱事象から生成されるデジタルデータを分析し
て、分析されたデータを中央局１９に送る。中央局は、
各検出局から処理されたデータを受取り、検出局から受
取ったデータを分析してエアロゾル源の雲の程度および
動きを確立し、かつ保護される領域において雲が有する
脅威の早期警告をする。
Description
【０００１】この発明は、予め大気に放出されたエアロ
ゾル粒子の雲の進行および組成をモニタするための方法
および装置に関する。「進行」とは、前記エアロゾルの
雲が健康障害を引起すおそれのある領域に関する位置お
よび濃度を意味する。
ゾル粒子の雲の進行および組成をモニタするための方法
および装置に関する。「進行」とは、前記エアロゾルの
雲が健康障害を引起すおそれのある領域に関する位置お
よび濃度を意味する。
【０００２】特に、こうした雲のエアロゾル成分を分類
および／または識別し得る手段および技術に関する以下
の特許をここに援用する。
および／または識別し得る手段および技術に関する以下
の特許をここに援用する。
【０００３】米国特許第４，５４８，５００号−「小さ
な粒子を識別または特徴付けするためのプロセスおよび
装置（Process and Apparatus for Identifying or Cha
racterizing Small Particles）」（１９８５年１０月
２２日）。
な粒子を識別または特徴付けするためのプロセスおよび
装置（Process and Apparatus for Identifying or Cha
racterizing Small Particles）」（１９８５年１０月
２２日）。
【０００４】米国特許第４，６９３，６０２号−「小さ
な粒子の光散乱特性を測定するための方法および装置
（Method and Apparatus for Measuring the Light Sca
ttering Properties of Small Particles）」（１９８
７年９月１５日）。
な粒子の光散乱特性を測定するための方法および装置
（Method and Apparatus for Measuring the Light Sca
ttering Properties of Small Particles）」（１９８
７年９月１５日）。
【０００５】米国特許第４，７１０，０２５号−「小さ
な粒子の懸濁液を特徴付けするためのプロセス（Proces
s for Characterizing Suspensions of Small Particle
s）」（１９８７年１２月１日）。
な粒子の懸濁液を特徴付けするためのプロセス（Proces
s for Characterizing Suspensions of Small Particle
s）」（１９８７年１２月１日）。
【０００６】
【発明の背景】地球の大気中に存在するほととんどのエ
アロゾル粒子は、ほとんどまたは全く健康障害を引起さ
ない。偶然危険なエアロゾル粒子があったとしても、そ
の濃度はかなり低いために無視できるほどの重要性であ
る。しかし、病理学的に有害なエアロゾル粒子が多数発
生すると、それらが病気または怪我を起こす可能性は劇
的に増加する。高濃度のこうしたエアロゾル粒子の存在
は、自然にまたは人工の発生源から生じ得る。前者の例
としては火山の噴火があり、後者を表わすものとしては
偶発的な化学プラントからの放出および精油プラントの
爆発がある。
アロゾル粒子は、ほとんどまたは全く健康障害を引起さ
ない。偶然危険なエアロゾル粒子があったとしても、そ
の濃度はかなり低いために無視できるほどの重要性であ
る。しかし、病理学的に有害なエアロゾル粒子が多数発
生すると、それらが病気または怪我を起こす可能性は劇
的に増加する。高濃度のこうしたエアロゾル粒子の存在
は、自然にまたは人工の発生源から生じ得る。前者の例
としては火山の噴火があり、後者を表わすものとしては
偶発的な化学プラントからの放出および精油プラントの
爆発がある。
【０００７】危険性のあるエアロゾルのその他の自然放
出には光化学スモッグの急速な形成の間に起こるものが
含まれ、これはしばしば自動車の排気生成物などの人工
的な寄与により開始される。親菌類の急速な生育および
成熟を起こすために必要とされる偶発的な環境状態下で
の、コクシジウム症の原因となるコクシジオイデス・イ
ミティス（Coccidioides immitis）などの菌類の胞子の
自然な放出は、それに侵された人々の健康に破壊的な影
響を有し得る。最後に、多数の死傷者を出すことを意図
するテロリストまたは軍隊によって放出されるおそれの
ある、広範囲の致命的であり得るエアロゾルが存在す
る。これらは生物由来および化学由来の両方のエアロゾ
ルを含み、一般的にそれらの放出は内密であることが予
期される。
出には光化学スモッグの急速な形成の間に起こるものが
含まれ、これはしばしば自動車の排気生成物などの人工
的な寄与により開始される。親菌類の急速な生育および
成熟を起こすために必要とされる偶発的な環境状態下で
の、コクシジウム症の原因となるコクシジオイデス・イ
ミティス（Coccidioides immitis）などの菌類の胞子の
自然な放出は、それに侵された人々の健康に破壊的な影
響を有し得る。最後に、多数の死傷者を出すことを意図
するテロリストまたは軍隊によって放出されるおそれの
ある、広範囲の致命的であり得るエアロゾルが存在す
る。これらは生物由来および化学由来の両方のエアロゾ
ルを含み、一般的にそれらの放出は内密であることが予
期される。
【０００８】居住領域内またはその近くに危険なエアロ
ゾル粒子雲が生じたとき、こうしたエアロゾルを吸い込
んで影響を受けるおそれのある住民に対して早期警告を
与えることが望ましい。こうした警告によって、危機に
面した人々の恐れまたはパニックによる公衆不安などの
予期しない付帯応答の可能性にもかかわらず、死傷者を
劇的に減少させることができる。こうしたエアロゾルの
脅威が検出されて識別されるときには、影響を受け得る
人々に警告を発するには遅すぎるということがしばしば
論じられてきた。これは一般的に真実でない。
ゾル粒子雲が生じたとき、こうしたエアロゾルを吸い込
んで影響を受けるおそれのある住民に対して早期警告を
与えることが望ましい。こうした警告によって、危機に
面した人々の恐れまたはパニックによる公衆不安などの
予期しない付帯応答の可能性にもかかわらず、死傷者を
劇的に減少させることができる。こうしたエアロゾルの
脅威が検出されて識別されるときには、影響を受け得る
人々に警告を発するには遅すぎるということがしばしば
論じられてきた。これは一般的に真実でない。
【０００９】エアロゾルの侵入はしばしば地表よりも上
に放出された雲の形の分散として起こる。たとえば火山
の噴火では、一般的には大量の物質が上側の大気に送ら
れ、そこからエアロゾル粒子が再び地上に落ちて、それ
が地表レベルの近くに達したときにのみ局地的な住民に
影響を与える。環境空気中では、半径１０-6ｍ＝１μｍ
および密度１ｇｍ／ｃｍ3の粒子はたった１メートル落
ちるためにほぼ３時間を要する。したがって適切に配備
した警告システムを用いれば、こうしたエアロゾルの有
する脅威を、それらが害を起こす可能性のある高さまた
は場所に達するよりもかなり前に確かめられる。
に放出された雲の形の分散として起こる。たとえば火山
の噴火では、一般的には大量の物質が上側の大気に送ら
れ、そこからエアロゾル粒子が再び地上に落ちて、それ
が地表レベルの近くに達したときにのみ局地的な住民に
影響を与える。環境空気中では、半径１０-6ｍ＝１μｍ
および密度１ｇｍ／ｃｍ3の粒子はたった１メートル落
ちるためにほぼ３時間を要する。したがって適切に配備
した警告システムを用いれば、こうしたエアロゾルの有
する脅威を、それらが害を起こす可能性のある高さまた
は場所に達するよりもかなり前に確かめられる。
【００１０】無害のタイプのエアロゾルも多数存在す
る。明白な例としては、水滴または細かい氷の霧があ
る。実行可能な警告システムはいずれも、危険性のある
エアロゾルと、より一般的な無害な種類のものとを区別
できることが重要である。
る。明白な例としては、水滴または細かい氷の霧があ
る。実行可能な警告システムはいずれも、危険性のある
エアロゾルと、より一般的な無害な種類のものとを区別
できることが重要である。
【００１１】局地的な住民に対するエアロゾルの脅威を
認識する手段は、この発明の重要な目的である。火山の
噴火または化学プラントの爆発または類似のエアロゾル
侵入については、明らかにその結果生じるエアロゾル雲
の発生源および場所は簡単にわかり、その追跡は視覚的
な手段が用いられるときの夜間を除いては、しばしば簡
単である。このタイプの昼間の追跡は一般的に受動的で
あり、背景の照明に対するこうした侵入雲の影響の観察
に基づいている。雲の発生源を知っているということ
は、少なくとも初期的にはその組成も知られていること
を意味する。局地的な組成をモニタする目的で、侵され
た領域に器具を入れてもよく、必要であればそれが避難
計画の基礎を形成する。加えて、脅威であり得るエアロ
ゾル雲が検出されると、そのモニタは脅威から離れた安
全な場所におけるレーザまたは無線源を用いたその雲の
光学または電波探査によってある程度達成できる。
認識する手段は、この発明の重要な目的である。火山の
噴火または化学プラントの爆発または類似のエアロゾル
侵入については、明らかにその結果生じるエアロゾル雲
の発生源および場所は簡単にわかり、その追跡は視覚的
な手段が用いられるときの夜間を除いては、しばしば簡
単である。このタイプの昼間の追跡は一般的に受動的で
あり、背景の照明に対するこうした侵入雲の影響の観察
に基づいている。雲の発生源を知っているということ
は、少なくとも初期的にはその組成も知られていること
を意味する。局地的な組成をモニタする目的で、侵され
た領域に器具を入れてもよく、必要であればそれが避難
計画の基礎を形成する。加えて、脅威であり得るエアロ
ゾル雲が検出されると、そのモニタは脅威から離れた安
全な場所におけるレーザまたは無線源を用いたその雲の
光学または電波探査によってある程度達成できる。
【００１２】エアロゾル脅威の警告を与えるための一般
的な概念は、レーザが生成する放射を用いて離れた所に
おける雲の脅威を探査する、伝統的なＲＡＤＡＲアプロ
ーチに基づく。ＮＡＳＡは、１９８９年から１９９０年
の広範囲の測定プログラムにおいて、エアロゾルおよび
雲の後方拡散のプロファイリング、ドップラー風の測
定、および大気の微量成分種の測定のための手段として
こうした技術を適用した。この領域に連邦政府は卓越し
て多額の出費をしたが、この技術は雲の組成を導き出す
ことを可能にするいかなる実用的な光学信号も得られる
ことが期待されない。しかし由来の知られる雲に対して
は、こうした演繹的な情報に基づいてその組成を導き出
すことができる。ユーリッチ（Ulich）らはその米国特
許第５，２５７，０８５号において、活動的および受動
的な呼びかけ信号の両方を用いて離れた場所の物理的特
性を探査するための、この技術の多くの要素および修正
形を考察している。
的な概念は、レーザが生成する放射を用いて離れた所に
おける雲の脅威を探査する、伝統的なＲＡＤＡＲアプロ
ーチに基づく。ＮＡＳＡは、１９８９年から１９９０年
の広範囲の測定プログラムにおいて、エアロゾルおよび
雲の後方拡散のプロファイリング、ドップラー風の測
定、および大気の微量成分種の測定のための手段として
こうした技術を適用した。この領域に連邦政府は卓越し
て多額の出費をしたが、この技術は雲の組成を導き出す
ことを可能にするいかなる実用的な光学信号も得られる
ことが期待されない。しかし由来の知られる雲に対して
は、こうした演繹的な情報に基づいてその組成を導き出
すことができる。ユーリッチ（Ulich）らはその米国特
許第５，２５７，０８５号において、活動的および受動
的な呼びかけ信号の両方を用いて離れた場所の物理的特
性を探査するための、この技術の多くの要素および修正
形を考察している。
【００１３】ＬＩＤＡＲ（光検知測距）技術はさまざま
な欠点を有し、それにはエアロゾルの妨害されない視界
が必要とされること、すなわち介在する粒子、大気の干
渉、または不透明な構造がないことが要求されることが
含まれる。未知の粒子のこうしたＬＩＤＡＲ測定からエ
アロゾルの濃度を推断することはできそうもない。時間
とともに変化する混合されたエアロゾルの組成および大
きさの分布は、この概念のさらなる欠点を例示する。エ
スプロールス（Esproles）はその米国特許第５，３４
５，１６８号において、戻されたＬＩＤＡＲ信号の情報
内容を改善するためのいくつかの新規の手段を探査し
た。ミン（Min）らは、その米国特許第５，１０２，２
１８号において、目標成分の混合物および自然に生じる
エアロゾル粒子から目標のサインを抽出するための、一
般的に３０メートル以下という非常に短い範囲における
ＬＩＤＡＲ測定を考察している。参照した特許の詳細な
説明は、当時の技術状態の広範囲の説明とともに、いわ
ゆる活性光近接センサに用いられる目標エアロゾル識別
技術に対する多くの参考文献を含む。
な欠点を有し、それにはエアロゾルの妨害されない視界
が必要とされること、すなわち介在する粒子、大気の干
渉、または不透明な構造がないことが要求されることが
含まれる。未知の粒子のこうしたＬＩＤＡＲ測定からエ
アロゾルの濃度を推断することはできそうもない。時間
とともに変化する混合されたエアロゾルの組成および大
きさの分布は、この概念のさらなる欠点を例示する。エ
スプロールス（Esproles）はその米国特許第５，３４
５，１６８号において、戻されたＬＩＤＡＲ信号の情報
内容を改善するためのいくつかの新規の手段を探査し
た。ミン（Min）らは、その米国特許第５，１０２，２
１８号において、目標成分の混合物および自然に生じる
エアロゾル粒子から目標のサインを抽出するための、一
般的に３０メートル以下という非常に短い範囲における
ＬＩＤＡＲ測定を考察している。参照した特許の詳細な
説明は、当時の技術状態の広範囲の説明とともに、いわ
ゆる活性光近接センサに用いられる目標エアロゾル識別
技術に対する多くの参考文献を含む。
【００１４】スチュアートらはその米国特許第４，６８
７，３３７号において、研究されるさまざまな部位に対
して用いられる器具によってエアロゾル粒子の吸光係数
を導き出す必要性について考察している。こうしたいわ
ゆる点放射源またはインサイチュー測定は、彼らの特許
において従来のＬＩＤＡＲ測定と対比されている。しか
し、危険なエアロゾル粒子を含むと考えられる領域に器
具および人員を持ち込むことは通常避けられる。このこ
とから、推測される目標を探査するための遠隔感知技術
が好ましいと常に考えられてきた。キャリエリ（Carrie
ri）はその米国特許第５，２４１，１７９号において、
１９６０年代からの米軍調査、開発および工学センター
（the U.S. Army Research, Development, and Enginee
ring Center）の研究プログラムを説明しながらこの要
求についてより詳細に考察している。これらのプログラ
ムの目的は、表面汚染物質と同様に「…蒸気雲、エアロ
ゾル、雨などにおける脅威の化学および生物薬剤を検出
するための…」遠隔センサの開発であった。受動的な分
光技術の必要性は１９７０年代初めに認識された。こう
した技術は、自然または予め存在する発生源からの放射
照度を収集および処理する。
７，３３７号において、研究されるさまざまな部位に対
して用いられる器具によってエアロゾル粒子の吸光係数
を導き出す必要性について考察している。こうしたいわ
ゆる点放射源またはインサイチュー測定は、彼らの特許
において従来のＬＩＤＡＲ測定と対比されている。しか
し、危険なエアロゾル粒子を含むと考えられる領域に器
具および人員を持ち込むことは通常避けられる。このこ
とから、推測される目標を探査するための遠隔感知技術
が好ましいと常に考えられてきた。キャリエリ（Carrie
ri）はその米国特許第５，２４１，１７９号において、
１９６０年代からの米軍調査、開発および工学センター
（the U.S. Army Research, Development, and Enginee
ring Center）の研究プログラムを説明しながらこの要
求についてより詳細に考察している。これらのプログラ
ムの目的は、表面汚染物質と同様に「…蒸気雲、エアロ
ゾル、雨などにおける脅威の化学および生物薬剤を検出
するための…」遠隔センサの開発であった。受動的な分
光技術の必要性は１９７０年代初めに認識された。こう
した技術は、自然または予め存在する発生源からの放射
照度を収集および処理する。
【００１５】遠隔化学薬品検出ユニットの進歩的な開発
は１９７９年に始まった。１９９２年終わりのキャリエ
リ特許の出願に見られるとおり、ディファレンシャルス
キャタ／吸収差ＬＩＤＡＲデバイス（以後単にＤＩＳＣ
／ＤＩＡＬデバイスと呼ぶ）が最も多くの見込みを示す
と言われており、目下動作中のもののうち最も技術的に
進歩した蒸気検出および距離分解システムであると考え
られていた。キャリエリの発明の意図は赤外吸収／放射
サインを用いて、土および製造された表面の上／中の汚
染物質を感知できる関連する隔離検出技術によってこれ
らの能力を拡張することであり、これによって人員が
「…自分自身を守り、除染のための適切な行動をとる
か、または汚染された領域を全く避ける」ことを可能に
することである。これらの概念は、エアロゾル粒子およ
び関連する生物薬剤の遠隔での特徴付けに対する最初の
目的からなおも非常な相違を表わすものである。これら
の報告および関連する器具の説明を読むと、究極的に何
らかの形のインサイチュー検出および分析が必要とされ
ることは疑いようがない。
は１９７９年に始まった。１９９２年終わりのキャリエ
リ特許の出願に見られるとおり、ディファレンシャルス
キャタ／吸収差ＬＩＤＡＲデバイス（以後単にＤＩＳＣ
／ＤＩＡＬデバイスと呼ぶ）が最も多くの見込みを示す
と言われており、目下動作中のもののうち最も技術的に
進歩した蒸気検出および距離分解システムであると考え
られていた。キャリエリの発明の意図は赤外吸収／放射
サインを用いて、土および製造された表面の上／中の汚
染物質を感知できる関連する隔離検出技術によってこれ
らの能力を拡張することであり、これによって人員が
「…自分自身を守り、除染のための適切な行動をとる
か、または汚染された領域を全く避ける」ことを可能に
することである。これらの概念は、エアロゾル粒子およ
び関連する生物薬剤の遠隔での特徴付けに対する最初の
目的からなおも非常な相違を表わすものである。これら
の報告および関連する器具の説明を読むと、究極的に何
らかの形のインサイチュー検出および分析が必要とされ
ることは疑いようがない。
【００１６】ムラン（Muran）らは、１９９８年に出願
され米国特許第５,８９８,３７３号として発行されたそ
の発明によって、インサイチューモニタに対する要求を
示すことを望んだ。開示された方法は、長期間にわたっ
てさまざまな局所表面に付着する「…粘着性の高分子粒
子」を用いて、将来的に呼びかけ信号を送る領域のシー
ディングの準備をする。空中車両に備えられた分光光度
計を用いると、これらの特別に調製された粒子と危険な
化学物質との反応または粒子は空中器具によって検出し
得る特徴的な放射を生成する。代替的には、粘着性の粒
子によってシーディングされた領域は、粘着性の粒子に
「トラップされた」、またはそれに付着した材料／粒子
からの励起放射を促進するための活性レーザシステムを
用いて上空から走査されてもよい。その粘着性の粒子は
目標薬剤と反応する好適な化学物質を組込むように設計
され、その結果選択された目標候補物質の一意の光度サ
インが生じる。各脅威は一意の検出器粒子の適切な配備
／シーディングによって予想される必要があるため、そ
れらの配備の瞬間においてそれらの粒子が観察される可
能性はせいぜい偶然によるものと考えられる。
され米国特許第５,８９８,３７３号として発行されたそ
の発明によって、インサイチューモニタに対する要求を
示すことを望んだ。開示された方法は、長期間にわたっ
てさまざまな局所表面に付着する「…粘着性の高分子粒
子」を用いて、将来的に呼びかけ信号を送る領域のシー
ディングの準備をする。空中車両に備えられた分光光度
計を用いると、これらの特別に調製された粒子と危険な
化学物質との反応または粒子は空中器具によって検出し
得る特徴的な放射を生成する。代替的には、粘着性の粒
子によってシーディングされた領域は、粘着性の粒子に
「トラップされた」、またはそれに付着した材料／粒子
からの励起放射を促進するための活性レーザシステムを
用いて上空から走査されてもよい。その粘着性の粒子は
目標薬剤と反応する好適な化学物質を組込むように設計
され、その結果選択された目標候補物質の一意の光度サ
インが生じる。各脅威は一意の検出器粒子の適切な配備
／シーディングによって予想される必要があるため、そ
れらの配備の瞬間においてそれらの粒子が観察される可
能性はせいぜい偶然によるものと考えられる。
【００１７】過去５０年間にわたり、通常生物および化
学兵器の形をとるエアロゾル脅威から軍人を守ることに
関する問題に連邦政府の資金の多くが向けられてきた。
少量のサンプルを高速で識別可能な小さい可搬の戦場用
器具はかなりの支持を受けた。加えて、軍人を保護する
ために「…個々の兵士が用いるための小さな（携帯用）
器具であり得る検出デバイスを含む…革命的な点検出技
術…」を開発するための望みが政府によって長い間求め
られていた。前述に参照されるのは高等研究企画庁（防
衛先進研究企画庁）（ＤＡＲＰＡ）による提案に対する
１９９９年終わりの要求から引用したものであり、ここ
で彼らはいわゆる「要請リスト」を詳述している。こう
したデバイスをネットワーク化する概念が提案されてい
るが、戦場における可搬性が強調されている。
学兵器の形をとるエアロゾル脅威から軍人を守ることに
関する問題に連邦政府の資金の多くが向けられてきた。
少量のサンプルを高速で識別可能な小さい可搬の戦場用
器具はかなりの支持を受けた。加えて、軍人を保護する
ために「…個々の兵士が用いるための小さな（携帯用）
器具であり得る検出デバイスを含む…革命的な点検出技
術…」を開発するための望みが政府によって長い間求め
られていた。前述に参照されるのは高等研究企画庁（防
衛先進研究企画庁）（ＤＡＲＰＡ）による提案に対する
１９９９年終わりの要求から引用したものであり、ここ
で彼らはいわゆる「要請リスト」を詳述している。こう
したデバイスをネットワーク化する概念が提案されてい
るが、戦場における可搬性が強調されている。
【００１８】残念なことに、前述のＤＡＲＰＡの強調は
いくつかの点において実用的なアプローチに達しない。
第１に、一般の人々に迫る脅威を警告するための警告シ
ステムが欠けている。こうしたＤＡＲＰＡのデバイスに
よる最初の検出は、そのデバイスを有する個人がその現
場に入るか、または脅威の雲に包まれたときに起こる。
早期警告システムの開発は試みられていない。次に、生
物エアロゾルの単なる存在自体が即時の関心事および警
報の原因となるという事実にもかかわらず、この特定の
調達は偽陽性警報を避けることの必要性に対して極端な
注意を向けている。自然に起こる生物エアロゾルは極端
に稀な事象である。
いくつかの点において実用的なアプローチに達しない。
第１に、一般の人々に迫る脅威を警告するための警告シ
ステムが欠けている。こうしたＤＡＲＰＡのデバイスに
よる最初の検出は、そのデバイスを有する個人がその現
場に入るか、または脅威の雲に包まれたときに起こる。
早期警告システムの開発は試みられていない。次に、生
物エアロゾルの単なる存在自体が即時の関心事および警
報の原因となるという事実にもかかわらず、この特定の
調達は偽陽性警報を避けることの必要性に対して極端な
注意を向けている。自然に起こる生物エアロゾルは極端
に稀な事象である。
【００１９】あらゆる警告システムに対して重要なの
は、エアロゾルの脅威が放出された後にできる限り早く
それを検出する能力である。一旦エアロゾルの脅威が放
出されると、有害な粒子の局所濃度は非常に高い。たと
えば、ロシアのスベルドロフスク基地における炭疽事故
の分析に従って、健康な個体の肺に病気を起こすために
は炭疽菌の生存可能な胞子が約１０個必要とされること
が近年予測された。このためには空気１リットル当たり
数万のオーダの環境濃度が必要である。このような濃度
を達成するためには、放出ゾーンの近くのエアロゾル濃
度は空気１リットル当たり少なくとも１０6から１０7で
あることが必要である。したがって放出点の近くではエ
アロゾル雲の集合の各成分は類似していることが期待さ
れるため、分類／識別はかなり簡略化された仕事とな
る。検出が迅速で放出に近ければ好適な信号を見出すこ
とはかなり簡単になり、それがこの発明の目的である。
積極的に識別されるエアロゾル粒子のこうした巨大な収
集においては、集合全体および検出された事象自身の分
類を誤る可能性はほとんどなくなる。この発明の主な目
的は、特定の「木」ではなく「森」に焦点を合わせるこ
とである。
は、エアロゾルの脅威が放出された後にできる限り早く
それを検出する能力である。一旦エアロゾルの脅威が放
出されると、有害な粒子の局所濃度は非常に高い。たと
えば、ロシアのスベルドロフスク基地における炭疽事故
の分析に従って、健康な個体の肺に病気を起こすために
は炭疽菌の生存可能な胞子が約１０個必要とされること
が近年予測された。このためには空気１リットル当たり
数万のオーダの環境濃度が必要である。このような濃度
を達成するためには、放出ゾーンの近くのエアロゾル濃
度は空気１リットル当たり少なくとも１０6から１０7で
あることが必要である。したがって放出点の近くではエ
アロゾル雲の集合の各成分は類似していることが期待さ
れるため、分類／識別はかなり簡略化された仕事とな
る。検出が迅速で放出に近ければ好適な信号を見出すこ
とはかなり簡単になり、それがこの発明の目的である。
積極的に識別されるエアロゾル粒子のこうした巨大な収
集においては、集合全体および検出された事象自身の分
類を誤る可能性はほとんどなくなる。この発明の主な目
的は、特定の「木」ではなく「森」に焦点を合わせるこ
とである。
【００２０】ＤＡＲＰＡ調達の付加的な強調は、過去３
０年間にわたって連邦政府によって発行されたものに典
型的であるように、脅威エアロゾル雲中の生物粒子の生
死を区別することに対する要求にある。脅威のエアロゾ
ルが圧倒的な量の死んだ微生物を含んでいるために微量
の生存細胞に関する危険性は残っていないという事実を
確認する信念は、このような脅威の妥当な分析ではない
と考えられる。病原体となり得るものの存在の検出はそ
の生存可能性にかかわらず、あらゆる早期警告システム
の重要な要素である。
０年間にわたって連邦政府によって発行されたものに典
型的であるように、脅威エアロゾル雲中の生物粒子の生
死を区別することに対する要求にある。脅威のエアロゾ
ルが圧倒的な量の死んだ微生物を含んでいるために微量
の生存細胞に関する危険性は残っていないという事実を
確認する信念は、このような脅威の妥当な分析ではない
と考えられる。病原体となり得るものの存在の検出はそ
の生存可能性にかかわらず、あらゆる早期警告システム
の重要な要素である。
【００２１】化学薬品に関する脅威もさまざまな連邦政
府の調達活動によって説かれている。より興味深いもの
の１つに船上自動液剤検出器（ＳＡＬＡＤ）プログラム
があり、その特定化および関連する懇請が長期間にわた
って進行している。「…ＳＡＬＡＤ取得プログラムは、
液体の化学戦薬剤を自動的に検出する能力を海軍に備え
るために開始された。この取得プログラムは約５年間に
わたって進行しており、その間に政府はＳＡＬＡＤの原
型を開発および製造し、それが海軍の動作要求を満たす
可能性を確認するために分析および試験してきた…」そ
の後の特定化においては次のように述べられている。
「…ＳＡＬＡＤは以下の濃度および滴の大きさの液体の
神経剤（ＧおよびＶシリーズ）および発泡剤（Ｈおよび
Ｌシリーズ）を自動的に検出する。すなわち−濃度：
２．０ｍｇ／ｍ２およびそれ以上−滴の大きさ：中央質
量直径５００マイクロメートルおよびそれ以上｛目的物
−２００マイクロメートルおよびそれ以上｝…」この活
動に関して特に著しいのは、５００μｍという中央の大
きさに関わる巨大な大きさである。この大きさの粒子は
環境空気中で１メートルを約２２秒間で落ちる。この検
出システムは薬剤を識別して警告を発するまでに６０秒
間を有するため、その時間内にその粒子はほぼ３メート
ル落下している。船の動きおよび環境風が薬剤を動かす
影響によって検出発行はさらに複雑になる。こうした大
きな粒子に関することは蒸発し得るより小さな粒子に対
して期待される。エアロゾルに関わる大きさの分布は時
間とともに変化するため、配備される化学薬品のエアロ
ゾルのこの後者の部分が最も有用に検出される。この発
明のさらなる目的は、こうした薬剤の検出手段としてそ
の大きさの分布およびその時間による変化をモニタする
ことである。水の粒子からなる自然のエアロゾルは類似
の振る舞いを示すが、非常に重要で容易に検出される相
違点がある。すなわち、水滴の屈折率は典型的な化学薬
品のそれとは異なり約１．３３であることが期待され
る。この発明では、記録された光散乱特性から必要に応
じて選択されたエアロゾル粒子の屈折率を抽出する。
府の調達活動によって説かれている。より興味深いもの
の１つに船上自動液剤検出器（ＳＡＬＡＤ）プログラム
があり、その特定化および関連する懇請が長期間にわた
って進行している。「…ＳＡＬＡＤ取得プログラムは、
液体の化学戦薬剤を自動的に検出する能力を海軍に備え
るために開始された。この取得プログラムは約５年間に
わたって進行しており、その間に政府はＳＡＬＡＤの原
型を開発および製造し、それが海軍の動作要求を満たす
可能性を確認するために分析および試験してきた…」そ
の後の特定化においては次のように述べられている。
「…ＳＡＬＡＤは以下の濃度および滴の大きさの液体の
神経剤（ＧおよびＶシリーズ）および発泡剤（Ｈおよび
Ｌシリーズ）を自動的に検出する。すなわち−濃度：
２．０ｍｇ／ｍ２およびそれ以上−滴の大きさ：中央質
量直径５００マイクロメートルおよびそれ以上｛目的物
−２００マイクロメートルおよびそれ以上｝…」この活
動に関して特に著しいのは、５００μｍという中央の大
きさに関わる巨大な大きさである。この大きさの粒子は
環境空気中で１メートルを約２２秒間で落ちる。この検
出システムは薬剤を識別して警告を発するまでに６０秒
間を有するため、その時間内にその粒子はほぼ３メート
ル落下している。船の動きおよび環境風が薬剤を動かす
影響によって検出発行はさらに複雑になる。こうした大
きな粒子に関することは蒸発し得るより小さな粒子に対
して期待される。エアロゾルに関わる大きさの分布は時
間とともに変化するため、配備される化学薬品のエアロ
ゾルのこの後者の部分が最も有用に検出される。この発
明のさらなる目的は、こうした薬剤の検出手段としてそ
の大きさの分布およびその時間による変化をモニタする
ことである。水の粒子からなる自然のエアロゾルは類似
の振る舞いを示すが、非常に重要で容易に検出される相
違点がある。すなわち、水滴の屈折率は典型的な化学薬
品のそれとは異なり約１．３３であることが期待され
る。この発明では、記録された光散乱特性から必要に応
じて選択されたエアロゾル粒子の屈折率を抽出する。
【００２２】この発明の目的は、遠隔に位置決めされた
検出手段によって、遠隔地に到着する脅威となり得るエ
アロゾル雲の組成を検出およびモニタするための明確な
手段を提供することである。「検出局」と呼ばれるこう
した検出器は１組の散乱光測定を行なうことができ、こ
れによって目標エアロゾル粒子は検出された各地におい
て一度に１つずつよく分類および／または識別される。
各検出局は収集および処理した情報を遠隔測定手段によ
って受取ったデータのさらなる処理を行なう中央局に伝
送する。後者の処理活動の中で重要なのは、エアロゾル
雲のすべての成分の動きの予測である。
検出手段によって、遠隔地に到着する脅威となり得るエ
アロゾル雲の組成を検出およびモニタするための明確な
手段を提供することである。「検出局」と呼ばれるこう
した検出器は１組の散乱光測定を行なうことができ、こ
れによって目標エアロゾル粒子は検出された各地におい
て一度に１つずつよく分類および／または識別される。
各検出局は収集および処理した情報を遠隔測定手段によ
って受取ったデータのさらなる処理を行なう中央局に伝
送する。後者の処理活動の中で重要なのは、エアロゾル
雲のすべての成分の動きの予測である。
【００２３】この発明の別の目的は、配備された各々の
検出局から送信手段によって受取られた減少したデータ
をさらに処理することにより、前記エアロゾル雲にまだ
晒されていない場所への到着時間および脅威の危険性を
予測できるようにすることである。空気質量の動きを追
うことのできる手段は、バーディッチ（Barditch）らに
よる１９８６年８月５日に発行された米国法定発明登録
♯Ｈ１１１に記載される。彼らの追跡技術においては、
第１の場所においてモニタする空気質量に卒倒病菌（Ba
cillus thurengiensis）の胞子をシーディングし、次い
で第２の場所において収集した空気のサンプルを培養し
なければならないため、この技術はほとんど実用的では
ないと結論付けられる。シーディングされた胞子の、特
別に調製された培養プレート上でのその後の生育によっ
てサンプリングされた空気の起源が確認され、収集され
た数がシーディングされたサンプルの旅程における拡散
の尺度となる。この方法は警告システムとして適用不可
能であり、エアロゾル脅威の演繹的な検出および場所が
必要とされる。時として、エアロゾルの脅威が検出また
は感知され、それが胞子またはその他の培養可能な生物
を含むことが知られるときには、こうしたサンプリング
は脅威の履歴記録を提供し得るが警告は与えない。興味
深いことに、この発明の方法の結果として、バーディッ
チらのバクテリア胞子シーディングの実現は公称直径１
μｍのポリスチレンラテックス球を用いることによって
容易に置換できた。このような粒子はこの発明の構成要
素を用いて実時間で容易に検出されるため、時間および
労力のかかる培養が必要とされないために結果はほぼ即
座に得られる。
検出局から送信手段によって受取られた減少したデータ
をさらに処理することにより、前記エアロゾル雲にまだ
晒されていない場所への到着時間および脅威の危険性を
予測できるようにすることである。空気質量の動きを追
うことのできる手段は、バーディッチ（Barditch）らに
よる１９８６年８月５日に発行された米国法定発明登録
♯Ｈ１１１に記載される。彼らの追跡技術においては、
第１の場所においてモニタする空気質量に卒倒病菌（Ba
cillus thurengiensis）の胞子をシーディングし、次い
で第２の場所において収集した空気のサンプルを培養し
なければならないため、この技術はほとんど実用的では
ないと結論付けられる。シーディングされた胞子の、特
別に調製された培養プレート上でのその後の生育によっ
てサンプリングされた空気の起源が確認され、収集され
た数がシーディングされたサンプルの旅程における拡散
の尺度となる。この方法は警告システムとして適用不可
能であり、エアロゾル脅威の演繹的な検出および場所が
必要とされる。時として、エアロゾルの脅威が検出また
は感知され、それが胞子またはその他の培養可能な生物
を含むことが知られるときには、こうしたサンプリング
は脅威の履歴記録を提供し得るが警告は与えない。興味
深いことに、この発明の方法の結果として、バーディッ
チらのバクテリア胞子シーディングの実現は公称直径１
μｍのポリスチレンラテックス球を用いることによって
容易に置換できた。このような粒子はこの発明の構成要
素を用いて実時間で容易に検出されるため、時間および
労力のかかる培養が必要とされないために結果はほぼ即
座に得られる。
【００２４】この発明の別の目的は、１組の配備された
検出局から集められたすべてのデータの分析に基づい
て、危険なエアロゾル雲の予測到着時間およびその予想
組成の警報および／または警告と、まもなく露出される
人々に対して提案される防御手段とを与えるための合理
的な中央局の判断を提供することである。この警報およ
び警告は個々に算出された基礎から各場所に対して準備
される。よって１つの領域が１０分の警告を与えられる
一方で別の領域が同時に２時間の警告を受けることがあ
り得る。特定化された各場所に対するこうした報告の各
々は時を得る態様で更新され、影響され得る場所の各々
と通信することによって脅かされる人々に対して確実に
最大限の警告をする。
検出局から集められたすべてのデータの分析に基づい
て、危険なエアロゾル雲の予測到着時間およびその予想
組成の警報および／または警告と、まもなく露出される
人々に対して提案される防御手段とを与えるための合理
的な中央局の判断を提供することである。この警報およ
び警告は個々に算出された基礎から各場所に対して準備
される。よって１つの領域が１０分の警告を与えられる
一方で別の領域が同時に２時間の警告を受けることがあ
り得る。特定化された各場所に対するこうした報告の各
々は時を得る態様で更新され、影響され得る場所の各々
と通信することによって脅かされる人々に対して確実に
最大限の警告をする。
【００２５】この発明のさらなる目的は、中央局を用い
て遠隔測定手段によって各検出局におけるデータ収集お
よび分析速度を集合的または個々に調節することであ
る。
て遠隔測定手段によって各検出局におけるデータ収集お
よび分析速度を集合的または個々に調節することであ
る。
【００２６】固定された場所でエアロゾル粒子を特徴付
けるための多くの異なる手段がある。たとえば、コール
（Cole）はその米国特許第５，２９６，９１０号におい
て、ドップラー流速計と組合わせた複数の力の場を用い
て個々の粒子の粒子密度、直径、電荷、磁気モーメント
およびその他の物理特性を得ることを記載している。ガ
ーバー（Gerber）はその米国特許第５，３１５，１１５
号において、粒子の統合した特性を定める光学手段を記
載しており、その特性を用いてエアロゾルを、その統合
体積濃度、統合表面領域濃度および赤外スペクトル領域
におけるエアロゾルの吸光係数によって分類できる。ハ
ワード・バース（Howard Barth）が編集したテキスト
「粒子の大きさ分析の最新法（Modern methods of part
icle sizeanalysis）」（ワイリー−インタサイエン
ス、ニューヨーク、１９８４年）は、エアロゾルの粒子
の大きさを定め得る多数の技術を開示する。セオドア・
プロブダー（Theodore Provder）は１９８７年、１９９
２年および１９９８年に「粒子の大きさの分布（Partic
le size distributions）Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ」と題し
て、粒子の分析および特徴付けならびに粒子の大きさの
分布に関する、アメリカ化学ソサエティ・シンポジウム
・シリーズ（the American Chemical Society Symposiu
m Series）に対するいくつかの論文集を編集した。そこ
には粒子の特徴付けに関する主題に対する文字どおり何
百ものテキストおよび何千もの科学記事がある。しかし
そこにはエアロゾル粒子の特徴付けに対する応用の可能
性が最も大きい技術が１つある。
けるための多くの異なる手段がある。たとえば、コール
（Cole）はその米国特許第５，２９６，９１０号におい
て、ドップラー流速計と組合わせた複数の力の場を用い
て個々の粒子の粒子密度、直径、電荷、磁気モーメント
およびその他の物理特性を得ることを記載している。ガ
ーバー（Gerber）はその米国特許第５，３１５，１１５
号において、粒子の統合した特性を定める光学手段を記
載しており、その特性を用いてエアロゾルを、その統合
体積濃度、統合表面領域濃度および赤外スペクトル領域
におけるエアロゾルの吸光係数によって分類できる。ハ
ワード・バース（Howard Barth）が編集したテキスト
「粒子の大きさ分析の最新法（Modern methods of part
icle sizeanalysis）」（ワイリー−インタサイエン
ス、ニューヨーク、１９８４年）は、エアロゾルの粒子
の大きさを定め得る多数の技術を開示する。セオドア・
プロブダー（Theodore Provder）は１９８７年、１９９
２年および１９９８年に「粒子の大きさの分布（Partic
le size distributions）Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ」と題し
て、粒子の分析および特徴付けならびに粒子の大きさの
分布に関する、アメリカ化学ソサエティ・シンポジウム
・シリーズ（the American Chemical Society Symposiu
m Series）に対するいくつかの論文集を編集した。そこ
には粒子の特徴付けに関する主題に対する文字どおり何
百ものテキストおよび何千もの科学記事がある。しかし
そこにはエアロゾル粒子の特徴付けに対する応用の可能
性が最も大きい技術が１つある。
【００２７】個々のエアロゾル粒子を区別および特徴付
けするための最も有力な技術は光散乱によるものであ
る。最も広い意味において、光散乱測定は平行単色光ビ
ームを用いて行なわれ、そのビームを粒子が一般的には
一度に１つずつ通過する。粒子はビームを通過する際
に、そこに入射する光の一部を散乱する。この散乱光
は、入射光ビームの方向に関して個別の散乱角において
位置決めされた平行にされた検出器によって集められ
る。各検出器には偏光分析器、干渉フィルタ、電光シャ
ッタ、中性フィルタ、波長板およびその他の光学部材を
含むさまざまな光学部材が嵌め込まれていてもよい。す
べての検出器が平面上にあってどの検出器にも分析計が
ないという最も簡単な実現例においても、ワイアットお
よびその共同研究者は以下のものを含むこの技術の有力
な特徴付け能を示した。
けするための最も有力な技術は光散乱によるものであ
る。最も広い意味において、光散乱測定は平行単色光ビ
ームを用いて行なわれ、そのビームを粒子が一般的には
一度に１つずつ通過する。粒子はビームを通過する際
に、そこに入射する光の一部を散乱する。この散乱光
は、入射光ビームの方向に関して個別の散乱角において
位置決めされた平行にされた検出器によって集められ
る。各検出器には偏光分析器、干渉フィルタ、電光シャ
ッタ、中性フィルタ、波長板およびその他の光学部材を
含むさまざまな光学部材が嵌め込まれていてもよい。す
べての検出器が平面上にあってどの検出器にも分析計が
ないという最も簡単な実現例においても、ワイアットお
よびその共同研究者は以下のものを含むこの技術の有力
な特徴付け能を示した。
【００２８】・簡単で均一なポリスチレンラテックス粒
子の屈折率および大きさを定めることに対して「単一粒
子すなわちポリスチレンラテックスのローレンツ−ミー
散乱の測定（Measurement of the Lorenz-Mie Scatteri
ng of a Single Particle: Polystyrene Latex）」、
Ｄ．Ｔ．フィリップスおよびＲ．Ｍ．バークマンとの共
著、J. of Colloid and Interface Science 34, 159 (1
970); ・バクテリアの胞子の研究に対して「差動的光散乱から
の胞子の誘電構造（Dielectric Structure of Spores f
rom Differential Light Scattering）」、Spores V, A
merican Society for Microbiology, (1971);「胞子の
構造の観察（Observations on the Structure of Spore
s）」、J. Applied Bacteriology 37, 48 (1975); ・光化学スモッグ粒子の検出および特徴付けに対して
「単一粒子の光散乱測定：光化学エアロゾルおよび大気
中の粒子（Single Particle Light Scattering Measure
ment: Photo-Chemical Aerosols and Atmospheric Part
iculates）」、Ｄ．Ｔ．フィリップスとの共著、Applie
d Optics 11, 2082 (1972); ・エアロゾル化したバクテリア細胞の区別に対して「光
散乱からの単一バクテリアの構造（Structure of Singl
e Bacteria fromLight Scattering）」、Ｄ．Ｔ．フィ
リップスとの共著、J. Theor. Biol.37, 493 (1972); ・発電プラントによって発生されるエアロゾル粒子への
酸様コーティングの付着の測定に対して「フライアッシ
ュ粒子のいくつかの化学、物理および光学特性（Some C
hemical, Physical and Optical Properties of Fly As
h Particles）」、Applied Optics 14, 975 (1980)。
子の屈折率および大きさを定めることに対して「単一粒
子すなわちポリスチレンラテックスのローレンツ−ミー
散乱の測定（Measurement of the Lorenz-Mie Scatteri
ng of a Single Particle: Polystyrene Latex）」、
Ｄ．Ｔ．フィリップスおよびＲ．Ｍ．バークマンとの共
著、J. of Colloid and Interface Science 34, 159 (1
970); ・バクテリアの胞子の研究に対して「差動的光散乱から
の胞子の誘電構造（Dielectric Structure of Spores f
rom Differential Light Scattering）」、Spores V, A
merican Society for Microbiology, (1971);「胞子の
構造の観察（Observations on the Structure of Spore
s）」、J. Applied Bacteriology 37, 48 (1975); ・光化学スモッグ粒子の検出および特徴付けに対して
「単一粒子の光散乱測定：光化学エアロゾルおよび大気
中の粒子（Single Particle Light Scattering Measure
ment: Photo-Chemical Aerosols and Atmospheric Part
iculates）」、Ｄ．Ｔ．フィリップスとの共著、Applie
d Optics 11, 2082 (1972); ・エアロゾル化したバクテリア細胞の区別に対して「光
散乱からの単一バクテリアの構造（Structure of Singl
e Bacteria fromLight Scattering）」、Ｄ．Ｔ．フィ
リップスとの共著、J. Theor. Biol.37, 493 (1972); ・発電プラントによって発生されるエアロゾル粒子への
酸様コーティングの付着の測定に対して「フライアッシ
ュ粒子のいくつかの化学、物理および光学特性（Some C
hemical, Physical and Optical Properties of Fly As
h Particles）」、Applied Optics 14, 975 (1980)。
【００２９】ワイアットらによる米国特許第４,６９３,
６０２号および「エアロゾル粒子分析計（Aerosol Part
icle Analyzer）」、Ｙ．Ｊ．チャン、Ｃ．ジャクソ
ン、Ｒ．Ｇ．パーカー、Ｄ．Ｔ．フィリップス、Ｓ．
Ｄ．フィリップス、Ｊ．Ｒ．ボッティガー（Bottiger）
およびＫ．Ｌ．シーラー（Schehrer）との共著、Applie
d Optics 27,217(1988)に記載される検出システムは、
面外測定および減極分析器を組込んだより一般的な検出
器の早期バージョンを表わす。開示および実現されるこ
の早期デバイスは非常に大きく、照明源としてアルゴン
イオンまたはＨｅＣｄレーザを要求し、個々の光電子増
倍管検出器が光ファイバによって読取ヘッドに接続され
ていた。したがってそれは非常に高電力を消費するた
め、長時間にわたって電池供給により動作することが困
難であった。光電子増倍管電源ならびに取合せられたコ
ンピュータおよびエアロゾル取扱いシステムは検出器に
さらなる容積と費用とを付加し、あらゆるタイプの現地
配備に対して非実用的にした。
６０２号および「エアロゾル粒子分析計（Aerosol Part
icle Analyzer）」、Ｙ．Ｊ．チャン、Ｃ．ジャクソ
ン、Ｒ．Ｇ．パーカー、Ｄ．Ｔ．フィリップス、Ｓ．
Ｄ．フィリップス、Ｊ．Ｒ．ボッティガー（Bottiger）
およびＫ．Ｌ．シーラー（Schehrer）との共著、Applie
d Optics 27,217(1988)に記載される検出システムは、
面外測定および減極分析器を組込んだより一般的な検出
器の早期バージョンを表わす。開示および実現されるこ
の早期デバイスは非常に大きく、照明源としてアルゴン
イオンまたはＨｅＣｄレーザを要求し、個々の光電子増
倍管検出器が光ファイバによって読取ヘッドに接続され
ていた。したがってそれは非常に高電力を消費するた
め、長時間にわたって電池供給により動作することが困
難であった。光電子増倍管電源ならびに取合せられたコ
ンピュータおよびエアロゾル取扱いシステムは検出器に
さらなる容積と費用とを付加し、あらゆるタイプの現地
配備に対して非実用的にした。
【００３０】危険であり得るエアロゾル脅威をうまくモ
ニタし、それらを無害の成分と区別するために、保護す
る領域の周囲および中に多数の個別の光散乱検出局を戦
略的に設置する必要がある。「点放射源」検出器、すな
わち局在化されその検出範囲が制限される検出器の概念
は長年にわたり認識されていたが、こうした検出器を協
調的に接続してネットワークにし、個々の検出器に、そ
れがサンプリングし得る局地エアロゾルの分類において
完全および独立に機能するための手段を与えるという概
念はこれまで考えられておらず、これはこの発明のさら
なる目的を表わす。
ニタし、それらを無害の成分と区別するために、保護す
る領域の周囲および中に多数の個別の光散乱検出局を戦
略的に設置する必要がある。「点放射源」検出器、すな
わち局在化されその検出範囲が制限される検出器の概念
は長年にわたり認識されていたが、こうした検出器を協
調的に接続してネットワークにし、個々の検出器に、そ
れがサンプリングし得る局地エアロゾルの分類において
完全および独立に機能するための手段を与えるという概
念はこれまで考えられておらず、これはこの発明のさら
なる目的を表わす。
【００３１】ネットワーク化された検出器は遠距離通信
の目的に広範囲に用いられており、局所的な検出器ユニ
ットを接続する類似の技術は、建物および類似の領域の
ための火事および侵入者に対する保護を与えるためにし
ばしば用いられてきた。こうしたいわゆる無線警告シス
テムは、高い信頼性を保証するためにさまざまな信号処
理技術を用いる。たとえば、サンダーフォード（Sander
ford）らの米国特許第５,９８７,０５８号では、建物の
継続的なモニタのために高い信頼性を有する広帯域技術
を用いる。シェファー（Sheffer）らの米国特許第５,５
６８，５３５号には、遠隔モニタ局へのセルラー接続を
可能にするセルラー電話機能を含むセルラー警告ユニッ
トが明確に記載される。この遠隔モニタ局はセンサ手段
によって緊急状態を検出し、センサは火気センサと、た
とえばドアまたは窓の開放を検出するためのペリメータ
センサと、医学的またはその他の緊急事態のときに閉鎖
された領域内の個人によって活性化するためのパニック
スイッチとを含むことが好ましい。シェファーらのシス
テムは、伝統的な電話線を切断することによって容易に
無効となる従来の配線によるシステムを無効化すること
を意図するものである。無線通信を与えるための警報シ
ステムに含まれる、効果的で、費用対効果が高く、信頼
性あるセルラータイプラジオ／電話通信システムを提供
するための警報システムには他にも多くのタイプがあ
り、たとえばスミスらによる米国特許第４，９９３，０
５９号に記載されるものなどがある。
の目的に広範囲に用いられており、局所的な検出器ユニ
ットを接続する類似の技術は、建物および類似の領域の
ための火事および侵入者に対する保護を与えるためにし
ばしば用いられてきた。こうしたいわゆる無線警告シス
テムは、高い信頼性を保証するためにさまざまな信号処
理技術を用いる。たとえば、サンダーフォード（Sander
ford）らの米国特許第５,９８７,０５８号では、建物の
継続的なモニタのために高い信頼性を有する広帯域技術
を用いる。シェファー（Sheffer）らの米国特許第５,５
６８，５３５号には、遠隔モニタ局へのセルラー接続を
可能にするセルラー電話機能を含むセルラー警告ユニッ
トが明確に記載される。この遠隔モニタ局はセンサ手段
によって緊急状態を検出し、センサは火気センサと、た
とえばドアまたは窓の開放を検出するためのペリメータ
センサと、医学的またはその他の緊急事態のときに閉鎖
された領域内の個人によって活性化するためのパニック
スイッチとを含むことが好ましい。シェファーらのシス
テムは、伝統的な電話線を切断することによって容易に
無効となる従来の配線によるシステムを無効化すること
を意図するものである。無線通信を与えるための警報シ
ステムに含まれる、効果的で、費用対効果が高く、信頼
性あるセルラータイプラジオ／電話通信システムを提供
するための警報システムには他にも多くのタイプがあ
り、たとえばスミスらによる米国特許第４，９９３，０
５９号に記載されるものなどがある。
【００３２】セルラーまたはその他の無線相互通信手段
のネットワークを用いる前述の警報システムはすべて、
簡単にモニタされるクラスの現象を検出しそれを警告す
ることが意図されたセンサに基づくものである。これら
のうち最も重要なのは火および煙の検出、侵入者の存
在、温度および湿度などの物理的パラメータ、パニック
警報、テレビモニタ局、放射線検出などである。この発
明の詳細な説明から明らかになるとおり、ここで用いる
センサは以下の態様でそれらのタイプのセンサとは明確
かつ一意に異なる。すなわち、このセンサはデータ収集
ならびに実時間処理および分析を提供し、このセンサは
さまざまな電気光学構成要素および完全に機能するマイ
クロプロセッサを組入れており、このセンサは再プログ
ラム可能であり、このセンサはサンプル取扱い手段を含
む。
のネットワークを用いる前述の警報システムはすべて、
簡単にモニタされるクラスの現象を検出しそれを警告す
ることが意図されたセンサに基づくものである。これら
のうち最も重要なのは火および煙の検出、侵入者の存
在、温度および湿度などの物理的パラメータ、パニック
警報、テレビモニタ局、放射線検出などである。この発
明の詳細な説明から明らかになるとおり、ここで用いる
センサは以下の態様でそれらのタイプのセンサとは明確
かつ一意に異なる。すなわち、このセンサはデータ収集
ならびに実時間処理および分析を提供し、このセンサは
さまざまな電気光学構成要素および完全に機能するマイ
クロプロセッサを組入れており、このセンサは再プログ
ラム可能であり、このセンサはサンプル取扱い手段を含
む。
【００３３】各々の局は収集したデータを処理し、かつ
その結果を、続く分析のためにすべての局からこうした
結果を収集し警報またはその他の警告に関する決定を行
なう中央局に対して遠隔測定し得る必要がある。エアロ
ゾル粒子を計数し、大きさを定め、分類するための広範
囲の分析ツールが存在するにもかかわらず、これらのツ
ールのいくつかを、エアロゾル侵入の脅威を見積り、目
標とされる人々に自身を防御する必要があることを警告
するための手段と一体化する試みはなかった。この発明
はこのことを達成し得るための簡単な手段を開示する。
その結果を、続く分析のためにすべての局からこうした
結果を収集し警報またはその他の警告に関する決定を行
なう中央局に対して遠隔測定し得る必要がある。エアロ
ゾル粒子を計数し、大きさを定め、分類するための広範
囲の分析ツールが存在するにもかかわらず、これらのツ
ールのいくつかを、エアロゾル侵入の脅威を見積り、目
標とされる人々に自身を防御する必要があることを警告
するための手段と一体化する試みはなかった。この発明
はこのことを達成し得るための簡単な手段を開示する。
【００３４】
【発明の概要】ここに開示する発明は、共同体、建物、
囲い地、軍事基地、空港、大使館、公園およびその他の
選択される領域に、迫るエアロゾルの脅威の存在を警告
し得る、光散乱検出局およびそれらの補助的な電子的お
よび物理的インフラストラクチャの配列を含む手段を記
載する。このようなシステムの動作を成功させるために
重要なのは、測定のための環境空気サンプルを調製し、
その中のエアロゾル粒子を多角光散乱を用いて広範囲の
個別の散乱角にわたって一度に１つずつ測定および分類
し、集められたエアロゾルサンプル内でそのように集め
られ分析されたデータから特定の脅威サブクラスを識別
し、こうしたサブクラスの相対数を計数し、分析期間内
に起こり得る物理的変化をモニタし、一体化された遠隔
通信接続を介して中央制御局にすべての処理されたデー
タを報告することのできる、検出局である。
囲い地、軍事基地、空港、大使館、公園およびその他の
選択される領域に、迫るエアロゾルの脅威の存在を警告
し得る、光散乱検出局およびそれらの補助的な電子的お
よび物理的インフラストラクチャの配列を含む手段を記
載する。このようなシステムの動作を成功させるために
重要なのは、測定のための環境空気サンプルを調製し、
その中のエアロゾル粒子を多角光散乱を用いて広範囲の
個別の散乱角にわたって一度に１つずつ測定および分類
し、集められたエアロゾルサンプル内でそのように集め
られ分析されたデータから特定の脅威サブクラスを識別
し、こうしたサブクラスの相対数を計数し、分析期間内
に起こり得る物理的変化をモニタし、一体化された遠隔
通信接続を介して中央制御局にすべての処理されたデー
タを報告することのできる、検出局である。
【００３５】各光散乱検出局は、細いレーザビームに横
切られる散乱チャンバを含み、これは以下の能力を有す
る。すなわち、サンプリングされたエアロゾルの流れを
希釈してどの瞬間にもただ１つの粒子がビーム中にある
ようにし、通過する各粒子に対して、分極および蛍光分
析器を組込み得る検出器を用いて広範囲の個別の散乱角
にわたって光散乱測定を行ない、かつ集めたデータを処
理して測定された各エアロゾル粒子のタイプおよびクラ
スを識別することができる。データ処理および分類は、
粒子の分類に必要とされる事前プログラムソフトウェア
を組込んだランダムアクセスメモリおよび読取専用メモ
リを含む一体化したマイクロプロセッサシステムを用い
て達成される。加えてこのような局の各々は、従来のセ
ルラー電話によって用いられるＧＨｚ送信機と類似の概
念を有する小型の送信機を有する。
切られる散乱チャンバを含み、これは以下の能力を有す
る。すなわち、サンプリングされたエアロゾルの流れを
希釈してどの瞬間にもただ１つの粒子がビーム中にある
ようにし、通過する各粒子に対して、分極および蛍光分
析器を組込み得る検出器を用いて広範囲の個別の散乱角
にわたって光散乱測定を行ない、かつ集めたデータを処
理して測定された各エアロゾル粒子のタイプおよびクラ
スを識別することができる。データ処理および分類は、
粒子の分類に必要とされる事前プログラムソフトウェア
を組込んだランダムアクセスメモリおよび読取専用メモ
リを含む一体化したマイクロプロセッサシステムを用い
て達成される。加えてこのような局の各々は、従来のセ
ルラー電話によって用いられるＧＨｚ送信機と類似の概
念を有する小型の送信機を有する。
【００３６】モニタされる領域に及ぶ多重検出器ネット
ワークを形成するために予め設置された各検出局は、遠
隔通信接続を介して中央局に接続される。中央局は、繋
がれた検出局から送られるすべてのデータを受取って処
理する。こうして処理されたデータに基づいて、中央局
はエアロゾル雲の位置および組成をモニタし、モニタし
ている領域に対するすべての可能な脅威を評価し、必要
に応じて特定の検出局にこうした検出器の特定の収集速
度および処理を変更するように命令し、そのエアロゾル
雲によって何らかの問題が起こる可能性が予測されるサ
ブ領域に警報および／または実時間に近い警告を発す
る。
ワークを形成するために予め設置された各検出局は、遠
隔通信接続を介して中央局に接続される。中央局は、繋
がれた検出局から送られるすべてのデータを受取って処
理する。こうして処理されたデータに基づいて、中央局
はエアロゾル雲の位置および組成をモニタし、モニタし
ている領域に対するすべての可能な脅威を評価し、必要
に応じて特定の検出局にこうした検出器の特定の収集速
度および処理を変更するように命令し、そのエアロゾル
雲によって何らかの問題が起こる可能性が予測されるサ
ブ領域に警報および／または実時間に近い警告を発す
る。
【００３７】
【詳細な説明】この発明は、多数の精巧な検出局のサン
プリングおよび分析能力を用いて、エアロゾルの雲また
は分散の動きおよびその有する危険性を通告しかつ追跡
する。各検出局は入射するエアロゾル集合の個々のサン
プリングされた粒子の光散乱サインを収集および処理
し、次いでこうした粒子の各々を分類または識別する。
各局には、サンプリングされたエアロゾル粒子を粒子の
ない空気シース内に運び、かつそれらを単色光の入射ビ
ームを通って一度に１つずつ運搬する完全なサンプリン
グ能力が組込まれる。検出局はまた、その後広範囲の個
別の散乱角にわたって散乱された光を検出するための手
段を含む。これらの散乱光信号は電子手段によってデジ
タルで処理され、その後の分類および処理のための手段
である中央処理ユニットすなわちＣＰＵに送られる。予
め定められた量のエアロゾル粒子がそのように処理され
ると、それらの識別、大きさの分布およびその他の誘導
される特徴が中央局に対して遠隔測定される。多くの検
出局の分析結果を受取る中央局は、次いでそのデータを
相関させ、雲の組成を定め、その動きを予測し、脅かさ
れる住民へのその影響の可能性を予想し、前記住民を保
護するために適切な警報および警告信号を発する必要が
ある。
プリングおよび分析能力を用いて、エアロゾルの雲また
は分散の動きおよびその有する危険性を通告しかつ追跡
する。各検出局は入射するエアロゾル集合の個々のサン
プリングされた粒子の光散乱サインを収集および処理
し、次いでこうした粒子の各々を分類または識別する。
各局には、サンプリングされたエアロゾル粒子を粒子の
ない空気シース内に運び、かつそれらを単色光の入射ビ
ームを通って一度に１つずつ運搬する完全なサンプリン
グ能力が組込まれる。検出局はまた、その後広範囲の個
別の散乱角にわたって散乱された光を検出するための手
段を含む。これらの散乱光信号は電子手段によってデジ
タルで処理され、その後の分類および処理のための手段
である中央処理ユニットすなわちＣＰＵに送られる。予
め定められた量のエアロゾル粒子がそのように処理され
ると、それらの識別、大きさの分布およびその他の誘導
される特徴が中央局に対して遠隔測定される。多くの検
出局の分析結果を受取る中央局は、次いでそのデータを
相関させ、雲の組成を定め、その動きを予測し、脅かさ
れる住民へのその影響の可能性を予想し、前記住民を保
護するために適切な警報および警告信号を発する必要が
ある。
【００３８】その好ましい実施例において、この発明の
検出局は小型であり、小さいが強力な固体レーザを用
い、その各々が関連するデジタル信号処理（ＤＳＰ）チ
ップを有する組込みハイブリッドフォトダイオード検出
器を有し、ランダムアクセスメモリおよびプログラム可
能メモリを含む完全なマイクロプロセッサシステムを組
込んでいる。ＤＳＰチップは、同じ目的を達成する、す
なわち散乱粒子がレーザビームを通るときに各検出器に
おいてピーク散乱光信号を見出し、かつその後の処理の
ためにこうした信号をデジタル形式に変換する、あらゆ
る電子構成要素の組合せに置き換えられてもよい。この
ことは分離したピーク検出回路、サンプルおよび保持回
路、およびアナログからデジタルへの変換器によって、
各検出器に対して達成され得る。
検出局は小型であり、小さいが強力な固体レーザを用
い、その各々が関連するデジタル信号処理（ＤＳＰ）チ
ップを有する組込みハイブリッドフォトダイオード検出
器を有し、ランダムアクセスメモリおよびプログラム可
能メモリを含む完全なマイクロプロセッサシステムを組
込んでいる。ＤＳＰチップは、同じ目的を達成する、す
なわち散乱粒子がレーザビームを通るときに各検出器に
おいてピーク散乱光信号を見出し、かつその後の処理の
ためにこうした信号をデジタル形式に変換する、あらゆ
る電子構成要素の組合せに置き換えられてもよい。この
ことは分離したピーク検出回路、サンプルおよび保持回
路、およびアナログからデジタルへの変換器によって、
各検出器に対して達成され得る。
【００３９】各検出局の主要な要素は検出局に対するエ
アロゾル粒子入射をサンプリングして層流手段により散
乱チャンバに引き入れ得る、前述のエアロゾル取扱い能
力であり、前記層流はまた、エアロゾル粒子が入射レー
ザビームを一度に１つずつ通ることを保証するために十
分な希釈を与える。このエアロゾル取扱い機能はすべ
て、各局の検出器からのデジタル処理された光散乱信号
を受取る同じ搭載コンピュータの制御下にある。これら
の信号が受取られる速度は、搭載コンピュータが希釈お
よび層流速度を調節するための基礎を与える。事象カウ
ンタもそのコンピュータの制御下にあり、希釈状態と組
合されたデータを与えることによって即時の粒子数密度
を生成する。処理された光散乱データによって、検出さ
れた粒子の各クラスに対する、またはプログラムに従っ
て優勢なタイプのみに対する、異なる大きさ部分の分布
のその後の算出が可能となる。
アロゾル粒子入射をサンプリングして層流手段により散
乱チャンバに引き入れ得る、前述のエアロゾル取扱い能
力であり、前記層流はまた、エアロゾル粒子が入射レー
ザビームを一度に１つずつ通ることを保証するために十
分な希釈を与える。このエアロゾル取扱い機能はすべ
て、各局の検出器からのデジタル処理された光散乱信号
を受取る同じ搭載コンピュータの制御下にある。これら
の信号が受取られる速度は、搭載コンピュータが希釈お
よび層流速度を調節するための基礎を与える。事象カウ
ンタもそのコンピュータの制御下にあり、希釈状態と組
合されたデータを与えることによって即時の粒子数密度
を生成する。処理された光散乱データによって、検出さ
れた粒子の各クラスに対する、またはプログラムに従っ
て優勢なタイプのみに対する、異なる大きさ部分の分布
のその後の算出が可能となる。
【００４０】個々の検出局の好ましい実施例は、可能な
ときにいつでも電力を節約する態様で動作する。たとえ
ば光源、好ましくは約６８０ｎｍの波長において約３０
ｍＷの出力電力レベルによって動作するＧａＡｓレーザ
などの固体レーザは、非常に低い負荷サイクルにおいて
活性化されることが必要である。それは周期的に環境空
気をサンプリングするためにたとえば２分間に１回で数
秒だけの間スイッチオンされてもよい。この減少した負
荷サイクルは、中央局によってそうすることを指示され
たときにいつでも迅速に、またはサンプリングされたエ
アロゾル中の事象に明確な変化があったときにいつでも
自動的に、変えられる。バックグラウンドのエアロゾル
負荷は非常に低いことが予測される。モニタされる領域
に対する危害を有さないことが確認された大きなエアロ
ゾル凝集体を取除くために、フィルタ手段が設けられて
もよい。
ときにいつでも電力を節約する態様で動作する。たとえ
ば光源、好ましくは約６８０ｎｍの波長において約３０
ｍＷの出力電力レベルによって動作するＧａＡｓレーザ
などの固体レーザは、非常に低い負荷サイクルにおいて
活性化されることが必要である。それは周期的に環境空
気をサンプリングするためにたとえば２分間に１回で数
秒だけの間スイッチオンされてもよい。この減少した負
荷サイクルは、中央局によってそうすることを指示され
たときにいつでも迅速に、またはサンプリングされたエ
アロゾル中の事象に明確な変化があったときにいつでも
自動的に、変えられる。バックグラウンドのエアロゾル
負荷は非常に低いことが予測される。モニタされる領域
に対する危害を有さないことが確認された大きなエアロ
ゾル凝集体を取除くために、フィルタ手段が設けられて
もよい。
【００４１】各検出局に組入れられる遠隔測定手段によ
って、個々の局から受取られる報告の進展をモニタし、
もしエアロゾルの脅威があればその範囲などを判断し、
かつ保護することが特定化された各領域に対して必要と
される警告のタイプを定める中央局に対して、検出局の
搭載コンピュータによって処理されたデータを実時間で
送ることが可能になる。中央局は検出局の各々またはそ
のいずれかにコマンドを送って、必要に応じて局地デー
タ取得速度を変化し、負荷サイクルを変更できる。また
中央局は、データ処理プロトコル、すなわち各検出局に
搭載される分析ソフトウェアを変更できる。
って、個々の局から受取られる報告の進展をモニタし、
もしエアロゾルの脅威があればその範囲などを判断し、
かつ保護することが特定化された各領域に対して必要と
される警告のタイプを定める中央局に対して、検出局の
搭載コンピュータによって処理されたデータを実時間で
送ることが可能になる。中央局は検出局の各々またはそ
のいずれかにコマンドを送って、必要に応じて局地デー
タ取得速度を変化し、負荷サイクルを変更できる。また
中央局は、データ処理プロトコル、すなわち各検出局に
搭載される分析ソフトウェアを変更できる。
【００４２】各検出局の一体化されたコンピュータ／マ
イクロプロセッサは一般的に、横切るエアロゾル粒子の
各々から収集されたデジタル化した多角光散乱信号を分
析するために予めプログラムされる。これらの分析から
マイクロプロセッサは、予めプログラムされたクラスに
おける各エアロゾル粒子の目録を作り、こうした情報を
示された各クラスに対する進行中の目録とともに記憶す
る必要がある。これらの処理されたデータは周期的に遠
隔測定手段によって中央制御局に送られる。むろん中央
局は各検出局における処理ソフトウェアを変更できる。
これは、散乱パターンを生成することが見出された個々
の粒子事象がその後類似の粒子によるものであると分類
されると、それによって新たに検出される粒子を分類す
るためのその後の分析が簡略化されるような場合であ
る。こうした変更は検出局の搭載処理を顕著に加速させ
る。知覚または予期される脅威に応答して、中央局また
は各検出局が個別に、予め確立されたパラメータに基づ
く伝送の最適な速度を定め得る。よって迅速に変化する
エアロゾル負荷を受ける個々の検出局はそのサンプリン
グおよび伝送速度を増加させてもよい。一方、特定の検
出局における異常に高いデータ処理事象に気付いた中央
局は、こうした検出局の選択されるセットに特定の命令
を送ってそれらの処理および／または伝送速度を変化さ
せてもよい。
イクロプロセッサは一般的に、横切るエアロゾル粒子の
各々から収集されたデジタル化した多角光散乱信号を分
析するために予めプログラムされる。これらの分析から
マイクロプロセッサは、予めプログラムされたクラスに
おける各エアロゾル粒子の目録を作り、こうした情報を
示された各クラスに対する進行中の目録とともに記憶す
る必要がある。これらの処理されたデータは周期的に遠
隔測定手段によって中央制御局に送られる。むろん中央
局は各検出局における処理ソフトウェアを変更できる。
これは、散乱パターンを生成することが見出された個々
の粒子事象がその後類似の粒子によるものであると分類
されると、それによって新たに検出される粒子を分類す
るためのその後の分析が簡略化されるような場合であ
る。こうした変更は検出局の搭載処理を顕著に加速させ
る。知覚または予期される脅威に応答して、中央局また
は各検出局が個別に、予め確立されたパラメータに基づ
く伝送の最適な速度を定め得る。よって迅速に変化する
エアロゾル負荷を受ける個々の検出局はそのサンプリン
グおよび伝送速度を増加させてもよい。一方、特定の検
出局における異常に高いデータ処理事象に気付いた中央
局は、こうした検出局の選択されるセットに特定の命令
を送ってそれらの処理および／または伝送速度を変化さ
せてもよい。
【００４３】検出局の照明光ビームを横切る際にその光
散乱特性が収集された各エアロゾル粒子の識別、分類ま
たは特徴付けは、こうしたデータのその後の搭載分析に
基づく。この発明の好ましい実施例において、散乱チャ
ンバの周囲に置かれる個々の検出器のいくつかはその前
方に特別な光学分析器を含む。好ましい実施例の場合の
ように入射光が特定の散乱面に関して面偏光されると
き、いくつかの検出器は偏光分析器を含んでもよく、そ
れによって減極効果をモニタできる。また液晶リタ−ダ
など、いくつかの検出器の前に電気的に調整可能な波長
板を設置することが望ましいこともある。この態様で、
さらなる分類のために有用な各散乱粒子のストークスパ
ラメータを得ることができる。個々の検出器と組合せ得
るその他の構成要素には狭帯域フィルタが含まれ、これ
によってこうした構成要素の出力とこうしたフィルタの
ない同等の構成要素とを比較するときに粒子の蛍光を測
定できる。
散乱特性が収集された各エアロゾル粒子の識別、分類ま
たは特徴付けは、こうしたデータのその後の搭載分析に
基づく。この発明の好ましい実施例において、散乱チャ
ンバの周囲に置かれる個々の検出器のいくつかはその前
方に特別な光学分析器を含む。好ましい実施例の場合の
ように入射光が特定の散乱面に関して面偏光されると
き、いくつかの検出器は偏光分析器を含んでもよく、そ
れによって減極効果をモニタできる。また液晶リタ−ダ
など、いくつかの検出器の前に電気的に調整可能な波長
板を設置することが望ましいこともある。この態様で、
さらなる分類のために有用な各散乱粒子のストークスパ
ラメータを得ることができる。個々の検出器と組合せ得
るその他の構成要素には狭帯域フィルタが含まれ、これ
によってこうした構成要素の出力とこうしたフィルタの
ない同等の構成要素とを比較するときに粒子の蛍光を測
定できる。
【００４４】この発明の好ましい実施例において、検出
器はたとえばユナイテッド・ディテクタ・テクノロジー
ズ（United Detector Technologies）によって製造され
るタイプなどの高ゲイントランスインピーダンスフォト
ダイオードである。これらは各検出器に関連付けられる
必要なコリメータを組入れた分散チャンバに直接搭載さ
れる。当然、光電子増倍管、アバランシェフォトダイオ
ード、およびＣＣＤアレイを含む、同様に用い得る多く
のその他のタイプの検出器が存在する。環境的理由によ
り検出器構成要素が散乱チャンバから分離される必要が
あるときには、それらは光ファイバ手段によってインタ
ーフェイスされてもよい。
器はたとえばユナイテッド・ディテクタ・テクノロジー
ズ（United Detector Technologies）によって製造され
るタイプなどの高ゲイントランスインピーダンスフォト
ダイオードである。これらは各検出器に関連付けられる
必要なコリメータを組入れた分散チャンバに直接搭載さ
れる。当然、光電子増倍管、アバランシェフォトダイオ
ード、およびＣＣＤアレイを含む、同様に用い得る多く
のその他のタイプの検出器が存在する。環境的理由によ
り検出器構成要素が散乱チャンバから分離される必要が
あるときには、それらは光ファイバ手段によってインタ
ーフェイスされてもよい。
【００４５】図１に、個々の検出局の概略的な配置を示
す。小さい建物複合体をモニタするためにはこうしたユ
ニットが５０のオーダで必要となり、小都市に対しては
１０，０００から５００，０００個が必要となり得るこ
とが予期される。後者の場合には、主局を通じて組合せ
られたいくつかの中央局が設けられることが望ましいか
もしれない。散乱チャンバ１の含む光ビーム源２は、一
般的に前記散乱チャンバの直径に沿って通る面偏光され
たビームを生成するために好適な視準およびビーム焦点
合わせ要素を組入れる固体レーザダイオードであること
が好ましい。散乱チャンバの好ましい実施例において、
その構造は球形の貝の構造である。環境エアロゾルサン
プルは散乱チャンバ内に導入されて、エアロゾル取扱い
モジュール３によって、検出局の中央処理ユニット６の
制御下で希釈される。光検出器４は散乱チャンバの外表
面に設けられることが好ましく、この発明の好ましい実
施例においては、それらは高ゲイントランスインピーダ
ンスフォトダイオードである。各検出器はエアロゾル粒
子／レーザビームの交差領域において固定される立体角
を定め、それによって粒子がレーザビームを通る期間中
にエアロゾル粒子によって散乱される光の対応する部分
を受取る。このシステムの好ましい実施例において、検
出器は粒子の流れとレーザビームとの交差点を共通の中
心とする大円上にある個別の角の場所に位置決めされ
る。一般的な場合のように、レーザが面偏光された光を
生成するとき、レーザビームがその直径に沿って存在す
る大円上にある検出器は、その後行なわれる測定に対し
て最も重要である。そのように定められたこの面に対
し、レーザビームの偏光はこの散乱面に垂直となるよう
選択されることが好ましい。散乱チャンバに設けられる
検出器のいくつかは、図２にさらに示す光分析器ととも
に嵌められる。
す。小さい建物複合体をモニタするためにはこうしたユ
ニットが５０のオーダで必要となり、小都市に対しては
１０，０００から５００，０００個が必要となり得るこ
とが予期される。後者の場合には、主局を通じて組合せ
られたいくつかの中央局が設けられることが望ましいか
もしれない。散乱チャンバ１の含む光ビーム源２は、一
般的に前記散乱チャンバの直径に沿って通る面偏光され
たビームを生成するために好適な視準およびビーム焦点
合わせ要素を組入れる固体レーザダイオードであること
が好ましい。散乱チャンバの好ましい実施例において、
その構造は球形の貝の構造である。環境エアロゾルサン
プルは散乱チャンバ内に導入されて、エアロゾル取扱い
モジュール３によって、検出局の中央処理ユニット６の
制御下で希釈される。光検出器４は散乱チャンバの外表
面に設けられることが好ましく、この発明の好ましい実
施例においては、それらは高ゲイントランスインピーダ
ンスフォトダイオードである。各検出器はエアロゾル粒
子／レーザビームの交差領域において固定される立体角
を定め、それによって粒子がレーザビームを通る期間中
にエアロゾル粒子によって散乱される光の対応する部分
を受取る。このシステムの好ましい実施例において、検
出器は粒子の流れとレーザビームとの交差点を共通の中
心とする大円上にある個別の角の場所に位置決めされ
る。一般的な場合のように、レーザが面偏光された光を
生成するとき、レーザビームがその直径に沿って存在す
る大円上にある検出器は、その後行なわれる測定に対し
て最も重要である。そのように定められたこの面に対
し、レーザビームの偏光はこの散乱面に垂直となるよう
選択されることが好ましい。散乱チャンバに設けられる
検出器のいくつかは、図２にさらに示す光分析器ととも
に嵌められる。
【００４６】エアロゾル粒子１５は、エアロゾル取扱い
モジュール３によって与えられる粒子のない層流シース
によって散乱チャンバを通って運ばれる。こうした態様
で、運ばれる粒子の各々は排出ポート９において散乱チ
ャンバから出る前に散乱チャンバの中央においてビーム
と交差する。ＤＳＰのＲＡＭメモリにおいて収集された
時間対強度プロファイルに分析的に適合するようプログ
ラムされるＤＳＰ５が、各検出器によって生成される信
号を処理する。レーザビームプロファイルは一般的にガ
ウスプロファイルを有するため、各検出器は粒子がビー
ムを通る経路において散乱した光データが収集および変
換される際に、こうしたガウスプロファイルに続く一連
のデジタルでエンコードされた強度値を生成する。ＤＳ
Ｐチップはこれらのデータ点を処理して記録される最大
値を得、それが次いでＣＰＵモジュール６に送られる。
検出器の対応するセットによって生成される強度値の完
全なセットがＣＰＵによって分析されることにより、散
乱粒子の識別または分類が得られる。強度値のいくつか
のセットは無視されて，ＣＰＵに基づくプログラムの命
令に従ってさらに分類されない。
モジュール３によって与えられる粒子のない層流シース
によって散乱チャンバを通って運ばれる。こうした態様
で、運ばれる粒子の各々は排出ポート９において散乱チ
ャンバから出る前に散乱チャンバの中央においてビーム
と交差する。ＤＳＰのＲＡＭメモリにおいて収集された
時間対強度プロファイルに分析的に適合するようプログ
ラムされるＤＳＰ５が、各検出器によって生成される信
号を処理する。レーザビームプロファイルは一般的にガ
ウスプロファイルを有するため、各検出器は粒子がビー
ムを通る経路において散乱した光データが収集および変
換される際に、こうしたガウスプロファイルに続く一連
のデジタルでエンコードされた強度値を生成する。ＤＳ
Ｐチップはこれらのデータ点を処理して記録される最大
値を得、それが次いでＣＰＵモジュール６に送られる。
検出器の対応するセットによって生成される強度値の完
全なセットがＣＰＵによって分析されることにより、散
乱粒子の識別または分類が得られる。強度値のいくつか
のセットは無視されて，ＣＰＵに基づくプログラムの命
令に従ってさらに分類されない。
【００４７】ＣＰＵはこうした識別または分類の結果を
集めて処理することにより、搭載ＣＰＵ命令に続くその
他のエアロゾル粒子特性を定める。こうした特性には、
目録にされた粒子クラスのタイプ、および各クラスの算
出された大きさの分布などがある。周期的に、かつここ
でも搭載プログラムコマンドの下で、収集および処理さ
れたデータは遠隔測定モジュール７を介して中央局に遠
隔測定される。こうしたモジュールは、即時の実現のた
めにＣＰＵモジュール６に送られるプログラム変更を中
央局から受取ってもよい。たとえばこうした変更はＣＰ
Ｕによって、エアロゾル取扱いシステムがサンプリング
されたエアロゾルの希釈を減少させるようにすることに
よって検出局のサンプリング速度を増加させるために実
現されてもよい。検出局のすべての構成要素は電源モジ
ュール８から電力を受取っており、この電源モジュール
は外部の電力格子に直接接続されていてもよく、搭載バ
ッテリ源によって、または従来の非常照明デバイスに見
られるような外部の送電網によって継続的に充電される
こうした搭載バッテリによって、または太陽電力パネル
によって維持されてもよい。
集めて処理することにより、搭載ＣＰＵ命令に続くその
他のエアロゾル粒子特性を定める。こうした特性には、
目録にされた粒子クラスのタイプ、および各クラスの算
出された大きさの分布などがある。周期的に、かつここ
でも搭載プログラムコマンドの下で、収集および処理さ
れたデータは遠隔測定モジュール７を介して中央局に遠
隔測定される。こうしたモジュールは、即時の実現のた
めにＣＰＵモジュール６に送られるプログラム変更を中
央局から受取ってもよい。たとえばこうした変更はＣＰ
Ｕによって、エアロゾル取扱いシステムがサンプリング
されたエアロゾルの希釈を減少させるようにすることに
よって検出局のサンプリング速度を増加させるために実
現されてもよい。検出局のすべての構成要素は電源モジ
ュール８から電力を受取っており、この電源モジュール
は外部の電力格子に直接接続されていてもよく、搭載バ
ッテリ源によって、または従来の非常照明デバイスに見
られるような外部の送電網によって継続的に充電される
こうした搭載バッテリによって、または太陽電力パネル
によって維持されてもよい。
【００４８】図２は球形の散乱チャンバ１の内部を示
す。大気中のエアロゾルはエアロゾル取扱いシステム３
によってサンプリングされる。このシステムは、サンプ
リングされたエアロゾルを希釈し、かつ散乱チャンバを
通って流出オリフィス９から出るシース流中で一度に１
つずつエアロゾル粒子１５を運ぶために用いられる空気
をフィルタリングするための構成要素を含む。希釈され
たサンプルは次いで、チャンバの直径に沿って位置する
レーザビーム１４を通るシース流中に運ばれる。レーザ
ビームは関連するコリメータ１０による視準の後にレー
ザ源２によって生成され、光トラップ１３において散乱
チャンバ１を出る。前述の通り、レーザビーム１４を通
る粒子１５は外に向かう球形の散乱波１６を生成し、そ
れは散乱チャンバ中に設けられた検出器４によって受け
られる。各検出器は、好ましくはチャンバの壁に切込ま
れたチャネル１１の手段によって視準される。前記チャ
ネルは付加的な光学構成要素を含むことによって、検出
器の視界および散乱事象１６に対する固体受容角をさら
に制限してもよい。こうした構成要素１２はマスク、簡
単なレンズ、または偏波器などの分析器、さまざまな遅
延を生成するための光学波長板、蛍光およびその他の非
弾性散乱現象を測定するための干渉フィルタであっても
よい。
す。大気中のエアロゾルはエアロゾル取扱いシステム３
によってサンプリングされる。このシステムは、サンプ
リングされたエアロゾルを希釈し、かつ散乱チャンバを
通って流出オリフィス９から出るシース流中で一度に１
つずつエアロゾル粒子１５を運ぶために用いられる空気
をフィルタリングするための構成要素を含む。希釈され
たサンプルは次いで、チャンバの直径に沿って位置する
レーザビーム１４を通るシース流中に運ばれる。レーザ
ビームは関連するコリメータ１０による視準の後にレー
ザ源２によって生成され、光トラップ１３において散乱
チャンバ１を出る。前述の通り、レーザビーム１４を通
る粒子１５は外に向かう球形の散乱波１６を生成し、そ
れは散乱チャンバ中に設けられた検出器４によって受け
られる。各検出器は、好ましくはチャンバの壁に切込ま
れたチャネル１１の手段によって視準される。前記チャ
ネルは付加的な光学構成要素を含むことによって、検出
器の視界および散乱事象１６に対する固体受容角をさら
に制限してもよい。こうした構成要素１２はマスク、簡
単なレンズ、または偏波器などの分析器、さまざまな遅
延を生成するための光学波長板、蛍光およびその他の非
弾性散乱現象を測定するための干渉フィルタであっても
よい。
【００４９】十分な光散乱データを得るために、十分な
数の検出器を用いる必要がある。前述のとおり、検出器
はほぼ球形の散乱チャンバに対する大円上に一般的に設
置される。選択される極角の範囲は一般的に５°から１
７５°の間であり、方位角は全３６０°の範囲にわた
る。平方自乗平均半径が１０００ｎｍ以下の粒子の過去
の研究では、偏光分析器および干渉フィルタなどの光学
構成要素と好適に嵌合された１０から３０のオーダのこ
うした検出器があれば、それによって広範なクラスのエ
アロゾルを区別し得る光学的に観察できるものの識別を
得るために十分であることが示された。他方で、検出さ
れた粒子が同じクラスのものであって、その後に検出さ
れるこのクラスのメンバーが計数だけされるとき、必要
とされる検出器の数および散乱角の範囲は顕著に減少し
得る。好ましい実施例において構成される検出局は３０
個の検出器を有していてもよいが、エアロゾル粒子の優
勢なクラスが識別された後には、それらに関するすべて
の信号を収集する必要はない。粒子の識別に必要とされ
る検出器の数を減少させることによってサンプリング速
度は増加し得る。どの検出器信号を用いるかという選択
は、各検出局においてそのＣＰＵによって行なわれる判
断に基づいて行なわれても、または中央局からの指示に
従って行なわれてもよい。
数の検出器を用いる必要がある。前述のとおり、検出器
はほぼ球形の散乱チャンバに対する大円上に一般的に設
置される。選択される極角の範囲は一般的に５°から１
７５°の間であり、方位角は全３６０°の範囲にわた
る。平方自乗平均半径が１０００ｎｍ以下の粒子の過去
の研究では、偏光分析器および干渉フィルタなどの光学
構成要素と好適に嵌合された１０から３０のオーダのこ
うした検出器があれば、それによって広範なクラスのエ
アロゾルを区別し得る光学的に観察できるものの識別を
得るために十分であることが示された。他方で、検出さ
れた粒子が同じクラスのものであって、その後に検出さ
れるこのクラスのメンバーが計数だけされるとき、必要
とされる検出器の数および散乱角の範囲は顕著に減少し
得る。好ましい実施例において構成される検出局は３０
個の検出器を有していてもよいが、エアロゾル粒子の優
勢なクラスが識別された後には、それらに関するすべて
の信号を収集する必要はない。粒子の識別に必要とされ
る検出器の数を減少させることによってサンプリング速
度は増加し得る。どの検出器信号を用いるかという選択
は、各検出局においてそのＣＰＵによって行なわれる判
断に基づいて行なわれても、または中央局からの指示に
従って行なわれてもよい。
【００５０】図３に、エアロゾル侵入に対する保護が望
まれる、小さな駐車領域１７を有する建物の小さい複合
体を示す。したがってこの複合体中に検出局１８が配備
される。多くの検出局が建物上のさまざまな場所、壁の
上および建物自身の主要な内部領域にわたって設置され
る。後者は空気レジスタおよびあらゆる開放窓の場所を
含む。空気中に放出されたエアロゾルを、そのエアロゾ
ルがより脅威的な地上レベルに現われるよりも早く検出
するために、建物の外表面に固定されたほとんどの検出
局は屋根領域など、地面から数メートル上の高さにある
ことが好ましい。
まれる、小さな駐車領域１７を有する建物の小さい複合
体を示す。したがってこの複合体中に検出局１８が配備
される。多くの検出局が建物上のさまざまな場所、壁の
上および建物自身の主要な内部領域にわたって設置され
る。後者は空気レジスタおよびあらゆる開放窓の場所を
含む。空気中に放出されたエアロゾルを、そのエアロゾ
ルがより脅威的な地上レベルに現われるよりも早く検出
するために、建物の外表面に固定されたほとんどの検出
局は屋根領域など、地面から数メートル上の高さにある
ことが好ましい。
【００５１】図４に、この発明の主題であるエアロゾル
の害の特徴付けおよび早期警告ネットワークの概略を示
す。いくつかの検出局１８を、その散乱チャンバ１、サ
ンプリングされたエアロゾル粒子１５、エアロゾル取扱
いユニット３、ＤＳＰチップ５、ＣＰＵ６、および送信
機７とともに概略的に示す。中央局はそのＣＰＵユニッ
ト２１において、複数の検出局１８から受取ったデータ
セットを収集、バッファおよび処理する。このユニット
は、遠隔測定切換および照合モジュールと、大記憶容量
を有する中央ＲＡＭおよびＲＯＭメモリとを含む。中央
局によって制御される検出局の数が多くなると、中央局
ＣＰＵ容量も増加する必要がある。検出局をサブグルー
プに分割し、その各々は中央局によって制御され、中央
局自身は主局によって制御されるようにする必要があり
得る。予めロードされたソフトウェアが脅威の可能性お
よび予測されるエアロゾル雲の動きを分析する。検出局
は広く分散されるため、この発明において後者の機能は
顕著に簡略化される。エアロゾル雲が動くと、個々の局
によって検出される脅威粒子の速度によって、雲の動き
および拡散の即時測定値を得る。事象速度の増加はその
雲がモニタされる領域に向かって移動していることを示
し、速度の減少はその脅威要素がその領域から離れてい
ることを示唆する。こうしたデータは、より一般的な気
象学的データが入手可能であるときにはそれと一体化さ
れる。粒子はより高い放出の高さから特徴的により低い
居住領域に落ち始めるため、脅威の雲の上昇にしたがう
こうしたモニタは特に重要である。こうした脅威の分析
から、中央局の警告および警報プロセッサ２２は警報遠
隔測定手段２３によって更新された情報をさまざまな民
間、警察、緊急の機関、およびモニタされる領域および
その周囲の人々の健康および安全に対する責を負うその
他の機関に送る。こうした情報は、脅威の特徴の予測、
犠牲者を最小化するために提案される活動、エアロゾル
の動きおよび予知、排気の提案、保護戦略などを含む。
中央局ＣＰＵユニット２１はまたコンピュータに選択さ
れた検出局にも通信し、それらにサンプリング速度、分
析ソフトウェア、データ伝送速度、計算などを適切に変
更するよう命令する。
の害の特徴付けおよび早期警告ネットワークの概略を示
す。いくつかの検出局１８を、その散乱チャンバ１、サ
ンプリングされたエアロゾル粒子１５、エアロゾル取扱
いユニット３、ＤＳＰチップ５、ＣＰＵ６、および送信
機７とともに概略的に示す。中央局はそのＣＰＵユニッ
ト２１において、複数の検出局１８から受取ったデータ
セットを収集、バッファおよび処理する。このユニット
は、遠隔測定切換および照合モジュールと、大記憶容量
を有する中央ＲＡＭおよびＲＯＭメモリとを含む。中央
局によって制御される検出局の数が多くなると、中央局
ＣＰＵ容量も増加する必要がある。検出局をサブグルー
プに分割し、その各々は中央局によって制御され、中央
局自身は主局によって制御されるようにする必要があり
得る。予めロードされたソフトウェアが脅威の可能性お
よび予測されるエアロゾル雲の動きを分析する。検出局
は広く分散されるため、この発明において後者の機能は
顕著に簡略化される。エアロゾル雲が動くと、個々の局
によって検出される脅威粒子の速度によって、雲の動き
および拡散の即時測定値を得る。事象速度の増加はその
雲がモニタされる領域に向かって移動していることを示
し、速度の減少はその脅威要素がその領域から離れてい
ることを示唆する。こうしたデータは、より一般的な気
象学的データが入手可能であるときにはそれと一体化さ
れる。粒子はより高い放出の高さから特徴的により低い
居住領域に落ち始めるため、脅威の雲の上昇にしたがう
こうしたモニタは特に重要である。こうした脅威の分析
から、中央局の警告および警報プロセッサ２２は警報遠
隔測定手段２３によって更新された情報をさまざまな民
間、警察、緊急の機関、およびモニタされる領域および
その周囲の人々の健康および安全に対する責を負うその
他の機関に送る。こうした情報は、脅威の特徴の予測、
犠牲者を最小化するために提案される活動、エアロゾル
の動きおよび予知、排気の提案、保護戦略などを含む。
中央局ＣＰＵユニット２１はまたコンピュータに選択さ
れた検出局にも通信し、それらにサンプリング速度、分
析ソフトウェア、データ伝送速度、計算などを適切に変
更するよう命令する。
【００５２】多くのタイプのエアロゾルは、一旦土壌の
レベルに落ちるとそこに付着する。これは特に、テロの
目的に用いられ得るものを含む生物的なエアロゾルに当
てはまる。早期警告システムにおいて重要なのは、局地
の人々が最も影響を受けるレベルに粒子が達する前にそ
れを検出することである。１９９９年７月−８月に発行
された、疾患制御および防御センターの感染疾患センタ
ーに対する国立センター（the National Center for In
fectious Diseases center of the Centers for Diseas
e Control and Prevention）出版の新生感染疾患ジャー
ナル（the journal Emerging Infectious Diseases）
は、１９９９年２月１６−１７日にアーリントン、ＶＡ
において開催されたバイオテロリズムに対する医学およ
び公衆衛生応答の国立シンポジウム（the National Sym
posium on Medical and Public Health Response to Bi
oterrorism）において発表された主要な論文を再版して
いる。発表された論文の中には、生物エアロゾルの配備
による人口の中心への明確な攻撃を記載したものが２つ
ある。イングルスバイ（Inglesby）による論文は、７
４，０００人の人々が午後のフットボールの試合を観戦
する競技場の近くの上り坂に沿って走るトラックから放
出された炭疽胞子を用いた攻撃について、かなりの詳細
にわたって記載している。「…トラックは競技場を通る
際に粉末化した炭疽菌のエアロゾルを３０秒間にわたっ
て放出し、幅３分の１マイル以上の不可視で無臭の炭疽
菌の雲を作る。風（西から東に吹く穏やかな微風）が吹
いてその雲は競技場の駐車場を横切り、競技場の中およ
び周辺、および隣接するビジネスおよび居住区域にわた
って何マイルも前進する。炭疽菌の放出後、トラックは
走り続け、…試合が終了するまでには（競技場から）１
００マイル以上離れている。…トラックの運転手および
その仲間はその夜に飛行機でその国を去る…。」この著
者は、７４，０００人の観戦者のうち約１６，０００人
が感染し、別の４０００人が菌の放出点の風下のビジネ
スおよび居住区域において感染するであろうと予測して
おり、これはむろん誰にも検出されない。この著者は続
いて、この放出によって起こる炭疽菌の場合の疫学と、
伝統的な実験室においてこの病気を適切に診断すること
の困難性とについて説明している。
レベルに落ちるとそこに付着する。これは特に、テロの
目的に用いられ得るものを含む生物的なエアロゾルに当
てはまる。早期警告システムにおいて重要なのは、局地
の人々が最も影響を受けるレベルに粒子が達する前にそ
れを検出することである。１９９９年７月−８月に発行
された、疾患制御および防御センターの感染疾患センタ
ーに対する国立センター（the National Center for In
fectious Diseases center of the Centers for Diseas
e Control and Prevention）出版の新生感染疾患ジャー
ナル（the journal Emerging Infectious Diseases）
は、１９９９年２月１６−１７日にアーリントン、ＶＡ
において開催されたバイオテロリズムに対する医学およ
び公衆衛生応答の国立シンポジウム（the National Sym
posium on Medical and Public Health Response to Bi
oterrorism）において発表された主要な論文を再版して
いる。発表された論文の中には、生物エアロゾルの配備
による人口の中心への明確な攻撃を記載したものが２つ
ある。イングルスバイ（Inglesby）による論文は、７
４，０００人の人々が午後のフットボールの試合を観戦
する競技場の近くの上り坂に沿って走るトラックから放
出された炭疽胞子を用いた攻撃について、かなりの詳細
にわたって記載している。「…トラックは競技場を通る
際に粉末化した炭疽菌のエアロゾルを３０秒間にわたっ
て放出し、幅３分の１マイル以上の不可視で無臭の炭疽
菌の雲を作る。風（西から東に吹く穏やかな微風）が吹
いてその雲は競技場の駐車場を横切り、競技場の中およ
び周辺、および隣接するビジネスおよび居住区域にわた
って何マイルも前進する。炭疽菌の放出後、トラックは
走り続け、…試合が終了するまでには（競技場から）１
００マイル以上離れている。…トラックの運転手および
その仲間はその夜に飛行機でその国を去る…。」この著
者は、７４，０００人の観戦者のうち約１６，０００人
が感染し、別の４０００人が菌の放出点の風下のビジネ
スおよび居住区域において感染するであろうと予測して
おり、これはむろん誰にも検出されない。この著者は続
いて、この放出によって起こる炭疽菌の場合の疫学と、
伝統的な実験室においてこの病気を適切に診断すること
の困難性とについて説明している。
【００５３】この発明を用いると、炭疽胞子の放出中お
よびその後のシナリオは大きく変わるであろう。その放
出中、競技場の頂上およびその一面に設けられた検出局
は、その放出および可能な組成を検出および分類する。
この情報はほぼ即座に中央局に送られ、その結果中央局
は競技場において公共告知を行なう。この告知は静かに
行なわれ、危険な放出が検出された可能性を説明し、次
いで観戦者に、速やかに布または衣服で彼らの頭および
顔を覆い、臥せて好ましくは濡らした布を通してゆっく
り呼吸し、順序正しい避難のためのさらなる案内を待つ
ように告げる。加えて、周囲の検出局は中央局の制御の
下にそのサンプリングおよび報告の速度を増加させる。
中央局に入ってくる新しい報告の流れをもとに、中央局
自身もエアロゾルの動きの頻繁な更新および局地的な人
々を保護するための案内とともに、脅かされる居住領域
に警告を送る。局地の医学治療機関も警告を受けて、そ
の後に訪れる新しい患者を適切に診断するために準備を
改善する。加えて、その放出および競技場における検出
によって、中央局は周囲の検出局を再プログラムするこ
とにより、最初の放出のすぐ近くにおけるより頻繁なサ
ンプリングを開始している。この態様で、放出した車両
を追跡し、その可能な経路を推測して法律施行の権威に
その車両を捕えるよう警告することが可能となる。この
発明の好ましい実施例のこの実現例において、犠牲者は
顕著に減少し、おそらくは１０００人以下となるであろ
う。
よびその後のシナリオは大きく変わるであろう。その放
出中、競技場の頂上およびその一面に設けられた検出局
は、その放出および可能な組成を検出および分類する。
この情報はほぼ即座に中央局に送られ、その結果中央局
は競技場において公共告知を行なう。この告知は静かに
行なわれ、危険な放出が検出された可能性を説明し、次
いで観戦者に、速やかに布または衣服で彼らの頭および
顔を覆い、臥せて好ましくは濡らした布を通してゆっく
り呼吸し、順序正しい避難のためのさらなる案内を待つ
ように告げる。加えて、周囲の検出局は中央局の制御の
下にそのサンプリングおよび報告の速度を増加させる。
中央局に入ってくる新しい報告の流れをもとに、中央局
自身もエアロゾルの動きの頻繁な更新および局地的な人
々を保護するための案内とともに、脅かされる居住領域
に警告を送る。局地の医学治療機関も警告を受けて、そ
の後に訪れる新しい患者を適切に診断するために準備を
改善する。加えて、その放出および競技場における検出
によって、中央局は周囲の検出局を再プログラムするこ
とにより、最初の放出のすぐ近くにおけるより頻繁なサ
ンプリングを開始している。この態様で、放出した車両
を追跡し、その可能な経路を推測して法律施行の権威に
その車両を捕えるよう警告することが可能となる。この
発明の好ましい実施例のこの実現例において、犠牲者は
顕著に減少し、おそらくは１０００人以下となるであろ
う。
【００５４】オートゥール（O’Toole）の論文の５４０
−５４６頁には、未知の担体内のエアロゾル化した天然
痘ウィルスの意図的な使用を含む未知の起源の攻撃に関
するシナリオが記載される。エアロゾルの放出に対する
手段または場所は与えられていない。その後の疫学およ
び混乱のみが、感染された人々の正確な診断とともに考
察されている。この発明の好ましい実施例を好適に配備
していれば、あらゆる病気が検出される前に最初の放出
の場所および時間がエアロゾルの進行とともに定められ
たであろことがほぼ確実に示される。さらにこうした警
告および雲の追跡によって、危険な病気の患者を受入れ
る緊急治療室などの臨床局は、こうした病気の可能な原
因を前もって警告されることが保証される。
−５４６頁には、未知の担体内のエアロゾル化した天然
痘ウィルスの意図的な使用を含む未知の起源の攻撃に関
するシナリオが記載される。エアロゾルの放出に対する
手段または場所は与えられていない。その後の疫学およ
び混乱のみが、感染された人々の正確な診断とともに考
察されている。この発明の好ましい実施例を好適に配備
していれば、あらゆる病気が検出される前に最初の放出
の場所および時間がエアロゾルの進行とともに定められ
たであろことがほぼ確実に示される。さらにこうした警
告および雲の追跡によって、危険な病気の患者を受入れ
る緊急治療室などの臨床局は、こうした病気の可能な原
因を前もって警告されることが保証される。
【００５５】検出局の配備に関してこれまで考察してい
なかった多くの環境的論点がある。こうした局の多くは
屋外の場所に設置されるため、それらは極度の夏の暑
さ、冷寒な冬、雨、雪、着氷状態、強風などを含む多様
な気象の影響を受ける。したがってこうした多様性が、
そのユニットが適切に機能する能力に影響を与えないよ
うに保護する必要がある。このため、いくつかのユニッ
トはさまざまな環境的要素に対する特別な硬化を必要と
する。適切な絶縁、および環境の制御までもが必要とな
り得る。たとえば、よく絶縁されたユニットは、安定な
局地動作環境を維持するためのペルチェ加熱器／冷却器
を含んでもよい。
なかった多くの環境的論点がある。こうした局の多くは
屋外の場所に設置されるため、それらは極度の夏の暑
さ、冷寒な冬、雨、雪、着氷状態、強風などを含む多様
な気象の影響を受ける。したがってこうした多様性が、
そのユニットが適切に機能する能力に影響を与えないよ
うに保護する必要がある。このため、いくつかのユニッ
トはさまざまな環境的要素に対する特別な硬化を必要と
する。適切な絶縁、および環境の制御までもが必要とな
り得る。たとえば、よく絶縁されたユニットは、安定な
局地動作環境を維持するためのペルチェ加熱器／冷却器
を含んでもよい。
【００５６】その他の検出および早期警告の概念はこの
開示の背景の部分に考察した。たとえばＬＩＤＡＲシス
テムの重要な目的の１つは、可能な生物的脅威の特徴的
な信号を探すことである。蛍光およびＵＶ活性はしばし
ば生物的薬剤のサインを伴う。この発明は、個々の粒子
における蛍光測定を先に開示したような干渉フィルタに
よる入射照射よりも長い波長において行ない得るが、パ
ルスにしたＵＶ源を散乱チャンバに加えることによっ
て、そのように刺激された単一の粒子からの蛍光応答を
検出することは簡単である。多角散乱パターンに加えて
こうしたサインを探すことの判断は、検出局のＣＰＵ制
御下あってもよく、または受取られる際に中央局からで
あってもよい。こうしたパルス化は入射散乱照射と同時
であっても、その代わりに分離して適用されてもよい。
生物材料のＵＶ刺激の技術分野の当業者によって容易に
理解される、こうした補助的な測定の多くの修正形が存
在する。
開示の背景の部分に考察した。たとえばＬＩＤＡＲシス
テムの重要な目的の１つは、可能な生物的脅威の特徴的
な信号を探すことである。蛍光およびＵＶ活性はしばし
ば生物的薬剤のサインを伴う。この発明は、個々の粒子
における蛍光測定を先に開示したような干渉フィルタに
よる入射照射よりも長い波長において行ない得るが、パ
ルスにしたＵＶ源を散乱チャンバに加えることによっ
て、そのように刺激された単一の粒子からの蛍光応答を
検出することは簡単である。多角散乱パターンに加えて
こうしたサインを探すことの判断は、検出局のＣＰＵ制
御下あってもよく、または受取られる際に中央局からで
あってもよい。こうしたパルス化は入射散乱照射と同時
であっても、その代わりに分離して適用されてもよい。
生物材料のＵＶ刺激の技術分野の当業者によって容易に
理解される、こうした補助的な測定の多くの修正形が存
在する。
【００５７】この発明において開示される強力な検出局
は、前述のとおりさまざまな分析プロセスを行なうこと
ができる。こうした局は粒子の特徴付けおよび識別に加
えて、データのセットを収集し、前回のデータセットと
比較し、大きさの分布およびこうした分布の変化を定
め、データ生成および収集システムにインターフェイス
されたＣＰＵの能力内にあるさまざまなその他の機能を
行ない得る。以下の表１は、収集したデータの莫大な配
列を処理するこの発明の検出局によって遠隔測定し得る
データのタイプの例を示すものである。このシミュレー
ションされた収集セットは２００２年６月８日午後２：
２８に検出局３１４から送られたものである。この局か
らの最後の送信からの時間間隔Δτは２分１５秒であっ
た。これらの特定のサンプリングに対して、１分以内の
時間間隔における送信は必要とされなかった。エアロゾ
ル粒子の２つの主要なクラスが検出されて、それぞれＧ
およびＫと分類された。少量の成分は分類されなかっ
た。クラス１（Ｇ粒子に対応）に対する平方自乗平均半
径は９４０ｎｍであり、クラス２（Ｋ粒子）のそれは３
２０ｎｍであった。前回の送信からのｒｍｓ半径の変化
は、クラス１では±１０ｎｍであり、クラス２では５０
ｎｍ減少した。クラス１に対する半波高全幅値ＦＷＨＭ
は１０ｎｍであり、クラス２に対しては７５ｎｍであっ
た。この局からの前回の送信からの２分１５秒間におけ
る、クラス１に対するＦＷＨＭの変化は０であり、クラ
ス２に対しては２０ｎｍ増加した。サンプルの希釈を考
慮した、クラス１に対する算出された粒子濃度ｎ1はｍ
ｌ当り２５０であり、クラス２のそれｎ2はｍｌ当り７
００であった。２分１５秒の間隔におけるその２つのク
ラスに対する濃度の対応する変化は、どちらもそれぞれ
ｍｌ当り２００および３５０粒子の減少であった。最後
に、その報告される送信中にエアロゾル取扱いモジュー
ルによって用いられる希釈因子は１：３０であった。前
回の送信からの希釈因子の変化は２０の因子の減少であ
った。よって現在は１：３０であるのに比べ、以前に送
信されたデータは１：５０の希釈因子に基づいていた。
環境密度が減少したことによって必要とされる希釈の量
が減少したのである。表１のシミュレーションしたデー
タセットの送信は無視できる帯域幅を必要とする。数千
局を含む検出局の大きなセットからでも好都合に送信さ
れ得る、測定されかつ導かれた変数のセットは、蛍光応
答およびさまざまな粒子形態パラメータなどのその他の
変数を含むために拡張させることができ、よって中央局
によるデータ収集および分析を深刻に妨げることなく大
きく拡張させることができる。
は、前述のとおりさまざまな分析プロセスを行なうこと
ができる。こうした局は粒子の特徴付けおよび識別に加
えて、データのセットを収集し、前回のデータセットと
比較し、大きさの分布およびこうした分布の変化を定
め、データ生成および収集システムにインターフェイス
されたＣＰＵの能力内にあるさまざまなその他の機能を
行ない得る。以下の表１は、収集したデータの莫大な配
列を処理するこの発明の検出局によって遠隔測定し得る
データのタイプの例を示すものである。このシミュレー
ションされた収集セットは２００２年６月８日午後２：
２８に検出局３１４から送られたものである。この局か
らの最後の送信からの時間間隔Δτは２分１５秒であっ
た。これらの特定のサンプリングに対して、１分以内の
時間間隔における送信は必要とされなかった。エアロゾ
ル粒子の２つの主要なクラスが検出されて、それぞれＧ
およびＫと分類された。少量の成分は分類されなかっ
た。クラス１（Ｇ粒子に対応）に対する平方自乗平均半
径は９４０ｎｍであり、クラス２（Ｋ粒子）のそれは３
２０ｎｍであった。前回の送信からのｒｍｓ半径の変化
は、クラス１では±１０ｎｍであり、クラス２では５０
ｎｍ減少した。クラス１に対する半波高全幅値ＦＷＨＭ
は１０ｎｍであり、クラス２に対しては７５ｎｍであっ
た。この局からの前回の送信からの２分１５秒間におけ
る、クラス１に対するＦＷＨＭの変化は０であり、クラ
ス２に対しては２０ｎｍ増加した。サンプルの希釈を考
慮した、クラス１に対する算出された粒子濃度ｎ1はｍ
ｌ当り２５０であり、クラス２のそれｎ2はｍｌ当り７
００であった。２分１５秒の間隔におけるその２つのク
ラスに対する濃度の対応する変化は、どちらもそれぞれ
ｍｌ当り２００および３５０粒子の減少であった。最後
に、その報告される送信中にエアロゾル取扱いモジュー
ルによって用いられる希釈因子は１：３０であった。前
回の送信からの希釈因子の変化は２０の因子の減少であ
った。よって現在は１：３０であるのに比べ、以前に送
信されたデータは１：５０の希釈因子に基づいていた。
環境密度が減少したことによって必要とされる希釈の量
が減少したのである。表１のシミュレーションしたデー
タセットの送信は無視できる帯域幅を必要とする。数千
局を含む検出局の大きなセットからでも好都合に送信さ
れ得る、測定されかつ導かれた変数のセットは、蛍光応
答およびさまざまな粒子形態パラメータなどのその他の
変数を含むために拡張させることができ、よって中央局
によるデータ収集および分析を深刻に妨げることなく大
きく拡張させることができる。
【００５８】表１のシミュレーションデータは分類され
た２つのタイプの粒子の特徴を示す。この特定のシミュ
レーションに対して、２つの優勢な粒子クラスのみが列
挙されると仮定された。ＧおよびＫの両方のクラスは収
集の間の２分１５秒間にわたって濃度の減少を示す。ク
ラスＧは、不変のｒｍｓ半径および半波高全幅値ＦＷＨ
Ｍにおける大きさ分布の全幅によって、安定な大きさを
有することが示される。他方でクラスＫは、そのＦＷＨ
Ｍの顕著な増加とｒｍｓ半径の顕著な減少とを示す。し
たがってこれらおよび類似の演繹によって、検出された
クラスの分類および識別を助けるためのさらなる情報を
加えることができる。
た２つのタイプの粒子の特徴を示す。この特定のシミュ
レーションに対して、２つの優勢な粒子クラスのみが列
挙されると仮定された。ＧおよびＫの両方のクラスは収
集の間の２分１５秒間にわたって濃度の減少を示す。ク
ラスＧは、不変のｒｍｓ半径および半波高全幅値ＦＷＨ
Ｍにおける大きさ分布の全幅によって、安定な大きさを
有することが示される。他方でクラスＫは、そのＦＷＨ
Ｍの顕著な増加とｒｍｓ半径の顕著な減少とを示す。し
たがってこれらおよび類似の演繹によって、検出された
クラスの分類および識別を助けるためのさらなる情報を
加えることができる。
【００５９】
【表１】
【００６０】エアロゾル危害の早期警告システムの好ま
しい実施例を明確に一覧で示したが、エアロゾル特徴付
けの当業者に対して明らかとなる多くの修正形が存在
し、それをこの開示において引用により援用する。
しい実施例を明確に一覧で示したが、エアロゾル特徴付
けの当業者に対して明らかとなる多くの修正形が存在
し、それをこの開示において引用により援用する。
【図１】 典型的な検出局の主要な構成要素を示す図で
ある。
ある。
【図２】 エアロゾル粒子から一度に１つずつＭＡＬＳ
測定を行なうための典型的な散乱チャンバの内部を示す
図である。
測定を行なうための典型的な散乱チャンバの内部を示す
図である。
【図３】 検出局の配備の例を示す図である。
【図４】 中央局の詳細を示す図である。
１５ エアロゾル粒子、１８ 検出局、２１ ＣＰＵユ
ニット。
ニット。
フロントページの続き (72)発明者 フィリップ・ジェイ・ワイアット アメリカ合衆国、93103 カリフォルニア 州、サンタ・バーバラ・カウンティ、サン タ・バーバラ、イースト・コタ・ストリー ト、728 Ｆターム(参考） 5C086 AA02 AA60 BA20 CA13 CB03 DA14 EA06 EA08 EA15 EA33 EA41 EA45 5C087 AA02 AA03 BB20 BB46 BB73 BB74 DD02 DD07 DD21 DD27 EE15 FF01 FF02 FF04 FF13 FF14 FF16 FF19 GG03 GG14 GG19 GG83
Claims (44)
- 【請求項１】 エアロゾル障害の特徴付けおよび早期警
告ネットワークであって、 Ａ） それにより保護される物理的領域にわたって位置
決めされた複数の検出局からなり、各検出局は ｉ）（ａ） エアロゾルサンプリングおよび取扱いモジ
ュールと、 （ｂ） 複数の散乱光検出器と、 （ｃ） チャンバの中央面を横切る入射光の単色平行ビ
ームを生成するレーザ源とを含む光散乱チャンバモジュ
ールと、 ii） 前記検出器によって生成されるアナログ信号をデ
ジタル表示に変換する電子回路と、 iii） メモリおよび処理手段を制御および処理ソフト
ウェアとともに含む中央処理ユニットとを含み、前記中
央処理ユニットは （ａ） 前記エアロゾルサンプリングおよび取扱いシス
テムを制御し、 （ｂ） 前記エアロゾル粒子が前記レーザビームを横切
る際に起こる各粒子の光散乱事象から生成されるデジタ
ルデータを記憶し、 （ｃ） 前記データを分析して、記憶されるデジタル化
した光散乱信号の前記粒子のセットから各エアロゾル粒
子を特徴付け、 （ｄ） その後の送信のために前記特徴付けられた粒子
の前記分析の集団を処理および記憶し、さらに前記検出
局は iv） 遠隔測定通信システムを含み、前記遠隔測定通信
システムは （ａ） 処理されたデータ分析を中央局に送り、 （ｂ） 変更される制御、処理および送信命令を中央局
から受取り、さらに前記エアロゾル障害の特徴付けおよ
び早期警告ネットワークは Ｂ） 中央局からなり、前記中央局は各検出局から処理
されたデータを受取り、必要であれば各検出局にそこか
ら受取ったデータの前記中央局分析に基づく変更された
サンプリング命令を送り、前記検出局から受取ったデー
タを分析してエアロゾル源の雲の程度および動きを確立
し、かつ保護される前記領域において前記雲が有する脅
威の早期警告を遠隔測定手段によって通信し、前記中央
局は ｉ） 遠隔測定送信および受信モジュールと、 ii） すべての検出局から送信されるデータを受信およ
び記憶できるようにするための切換およびバッファ手段
を含む中央処理ユニットＣＰＵと、 iii） 前記ＣＰＵがそのように受取られたデータを分
析および処理し、かつ必要に応じて前記各検出局によっ
て行なわれるサンプリングおよび分析プロセスを変更で
きるようにするための分析ソフトウェアと、 iv） 前記保護される領域に、前記分析に基づく内在す
る脅威および前記脅威を軽減するために提案される好適
な方策の適切な警告を伝送するための分離した遠隔測定
モジュールとを含む、エアロゾル障害の特徴付けおよび
早期警告ネットワーク。 - 【請求項２】 前記光の入射単色ビームは面偏光され
る、請求項１に記載のエアロゾル障害の特徴付けおよび
早期警告ネットワーク。 - 【請求項３】 前記複数の検出器は、その前方に設けら
れる分析器に嵌合されるものをいくつか含む、請求項１
に記載のエアロゾル障害の特徴付けおよび早期警告ネッ
トワーク。 - 【請求項４】 前記複数の検出器は、前記光散乱チャン
バの中心に関する大円に沿って位置する、請求項１に記
載のエアロゾル障害の特徴付けおよび早期警告ネットワ
ーク。 - 【請求項５】 前記検出器の各々によって生成される各
アナログ信号をデジタル表示に変換する前記電子回路
は、予めプログラムされたデジタル信号処理チップから
なる、請求項１に記載のエアロゾル障害の特徴付けおよ
び早期警告ネットワーク。 - 【請求項６】 前記検出局は搭載バッテリ源によって電
力を与えられる、請求項１に記載のエアロゾル障害の特
徴付けおよび早期警告ネットワーク。 - 【請求項７】 前記検出局は電池バックアップ源を有す
る線源によって電力を与えられる、請求項１に記載のエ
アロゾル障害の特徴付けおよび早期警告ネットワーク。 - 【請求項８】 前記搭載バッテリ源は太陽電池充電手段
によって充電されることにより維持される、請求項６に
記載のエアロゾル障害の特徴付けおよび早期警告ネット
ワーク。 - 【請求項９】 前記複数の検出器は、前記光の単色ビー
ムの偏光の面に対して垂直な面に位置するいくつかのも
のを含む、請求項４に記載のエアロゾル障害の特徴付け
および早期警告ネットワーク。 - 【請求項１０】 前記分析器は狭帯域通過フィルタであ
り、それによってそれが取付けられた前記検出器に、散
乱粒子に対して入射する波長と異なる波長のすべての光
が入ることを防ぐ、請求項３に記載のエアロゾル障害の
特徴付けおよび早期警告ネットワーク。 - 【請求項１１】 前記分析器は面偏光し、前記入射ビー
ムの偏光の面に対して垂直な面に位置する検出器に取付
けられる、請求項３に記載のエアロゾル障害の特徴付け
および早期警告ネットワーク。 - 【請求項１２】 前記各検出局の前記ＣＰＵは、前記特
徴付けられた粒子の平均の大きさと、大きさの分布と、
前記平均の大きさおよび大きさの分布の変化とを算出す
る、請求項１に記載のエアロゾル障害の特徴付けおよび
早期警告ネットワーク。 - 【請求項１３】 前記レーザ源はＧａＡｓ固体レーザで
ある、請求項１に記載のエアロゾル障害の特徴付けおよ
び早期警告ネットワーク。 - 【請求項１４】 前記レーザの波長は６８０ｎｍのオー
ダである、請求項１３に記載のエアロゾル障害の特徴付
けおよび早期警告ネットワーク。 - 【請求項１５】 前記レーザ源の電力出力は３０ｍＷの
オーダである、請求項１３に記載のエアロゾル障害の特
徴付けおよび早期警告ネットワーク。 - 【請求項１６】 前記エアロゾルサンプリングおよび取
扱いモジュールは、前記サンプリングされたエアロゾル
源の雲を希釈し、かつ前記散乱チャンバ、前記レーザビ
ーム源を通って排出ポートから出るシース流内で個々の
エアロゾル粒子を運搬する、請求項１に記載のエアロゾ
ル障害の特徴付けおよび早期警告ネットワーク。 - 【請求項１７】 前記複数の検出器は高ゲイントランス
インピーダンスフォトダイオードである、請求項１に記
載のエアロゾル障害の特徴付けおよび早期警告ネットワ
ーク。 - 【請求項１８】 前記分析器は可変の光学波長板を含
む、請求項３に記載のエアロゾル障害の特徴付けおよび
早期警告ネットワーク。 - 【請求項１９】 前記分析器は電気的に調整可能な液晶
リタ−ダを含む、請求項３に記載のエアロゾル障害の特
徴付けおよび早期警告ネットワーク。 - 【請求項２０】 前記処理ソフトウェアによって、前記
検出局の中央処理ユニットはデジタル化された検出信号
が収集された各エアロゾル粒子に対するストークスパラ
メータの算出が可能となる、請求項１９に記載のエアロ
ゾル障害の特徴付けおよび早期警告ネットワーク。 - 【請求項２１】 前記光散乱チャンバモジュールはＵＶ
光励起源を含む、請求項１に記載のエアロゾル障害の特
徴付けおよび早期警告ネットワーク。 - 【請求項２２】 デジタル化された信号が前記検出局Ｃ
ＰＵによって処理および分析される前記検出局の散乱光
検出器は、５°から１７５°の間の極角および０°から
３６０°の間の方位角において設置される、請求項１に
記載のエアロゾル障害の特徴付けおよび早期警告ネット
ワーク。 - 【請求項２３】 指定される物理的領域に迫るエアロゾ
ル脅威の早期警告を与えるための方法であって、 Ａ） 前記物理的領域にわたって複数の検出局を設置す
るステップを含み、各検出局は ｉ）（ａ） エアロゾルサンプリングおよび取扱い手段
と、 （ｂ） 複数の散乱光検出器手段と、 （ｃ） チャンバの中央面を横切る入射光の単色平行ビ
ームを生成するレーザ源とを含む光散乱チャンバモジュ
ール手段と、 ii） 前記検出器によって生成されるアナログ信号をデ
ジタル表示に変換する電子回路手段と、 iii） メモリおよび処理手段を制御および処理ソフト
ウェアとともに含む中央処理ユニット手段とを含み、前
記中央処理ユニット手段は （ａ） 前記エアロゾルサンプリングおよび取扱いシス
テムを制御し、 （ｂ） 前記エアロゾル粒子が前記レーザビームを横切
る際に起こる各粒子の光散乱事象から生成されるデジタ
ルデータを記憶し、 （ｃ） 前記データを分析して、記憶されるデジタル化
した光散乱信号の前記粒子のセットから各エアロゾル粒
子を特徴付け、 （ｄ） その後の送信のために前記特徴付けられた粒子
の前記分析の集団を処理および記憶し、さらに前記検出
局は iv） （ａ） 処理されたデータ分析を中央局に送り、 （ｂ） 変更される制御、処理および送信命令を中央局
から受取るための遠隔測定通信手段を含み、さらに前記
方法は Ｂ） 中央局手段において前記各検出局手段から処理さ
れたデータを受取るステップを含み、前記中央局手段は
必要であれば各検出局手段にそこから受取ったデータの
前記中央局手段分析に基づく変更されたサンプリング命
令を送り、前記検出局手段から受取ったデータを分析し
てエアロゾル源の雲の程度および動きを確立し、かつ保
護される前記領域において前記雲が有する脅威の早期警
告を遠隔測定手段によって通信し、前記中央局は ｉ） 遠隔測定送信および受信手段と、 ii） すべての検出局から送信されるデータを受信およ
び記憶できるようにするための切換およびバッファ手段
を含む中央処理ユニット手段と、 iii） 前記中央処理ユニット手段がそのように受取ら
れたデータを分析および処理し、かつ必要に応じて前記
各検出局によって行なわれるサンプリングおよび分析プ
ロセスを変更できるようにするための分析ソフトウェア
手段と、 iv） 前記保護される領域に、前記分析に基づく内在す
る脅威および前記脅威を軽減するために提案される好適
な方策の適切な警告を伝送するための分離した遠隔測定
手段とからなる、指定される物理的領域に迫るエアロゾ
ル脅威の早期警告を与えるための方法。 - 【請求項２４】 前記光の入射単色ビームは面偏光され
る、請求項２３に記載の指定される物理的領域に迫るエ
アロゾル脅威の早期警告を与えるための方法。 - 【請求項２５】 前記複数の散乱光検出器手段は、その
前方に設けられる分析器に嵌合されるいくつかのものを
含む、請求項２３に記載の指定される物理的領域に迫る
エアロゾル脅威の早期警告を与えるための方法。 - 【請求項２６】 前記複数の散乱光検出器手段は、前記
光散乱チャンバの中心に関する大円に沿って位置する、
請求項２３に記載の指定される物理的領域に迫るエアロ
ゾル脅威の早期警告を与えるための方法。 - 【請求項２７】 前記散乱光検出器手段の各々によって
生成される各アナログ信号をデジタル表示に変換する前
記電子回路手段は、予めプログラムされたデジタル信号
処理チップ手段からなる、請求項２３に記載の指定され
る物理的領域に迫るエアロゾル脅威の早期警告を与える
ための方法。 - 【請求項２８】 前記検出局手段は搭載バッテリ手段に
よって電力を与えられる、請求項２３に記載の指定され
る物理的領域に迫るエアロゾル脅威の早期警告を与える
ための方法。 - 【請求項２９】 前記検出局手段は電池バックアップ源
を有する線源によって電力を与えられる、請求項２３に
記載の指定される物理的領域に迫るエアロゾル脅威の早
期警告を与えるための方法。 - 【請求項３０】 前記電池手段は太陽電池充電手段によ
って充電されることにより維持される、請求項２９に記
載の方法。 - 【請求項３１】 前記複数の散乱光検出器手段は、前記
光の単色光ビームの偏光の面に対して垂直な面に位置す
るいくつかのものを含む、請求項２６に記載の指定され
る物理的領域に迫るエアロゾル脅威の早期警告を与える
ための方法。 - 【請求項３２】 前記分析器手段は狭帯域通過フィルタ
手段であり、それによってそれが取付けられた前記散乱
光検出器手段に、散乱粒子に対して入射する波長と異な
る波長のすべての光が入ることを防ぐ、請求項２５に記
載の指定される物理的領域に迫るエアロゾル脅威の早期
警告を与えるための方法。 - 【請求項３３】 前記分析器手段は面偏光し、前記入射
光ビームの偏光の面に対して垂直な面に位置する散乱光
検出器手段に取付けられる、請求項２５に記載の指定さ
れる物理的領域に迫るエアロゾル脅威の早期警告を与え
るための方法。 - 【請求項３４】 前記各散乱光検出器手段の前記中央処
理ユニット手段は、前記特徴付けられた粒子の平均の大
きさと、大きさの分布と、前記平均の大きさおよび大き
さの分布の変化とを算出する、請求項２３に記載の指定
される物理的領域に迫るエアロゾル脅威の早期警告を与
えるための方法。 - 【請求項３５】 前記レーザ源手段はＧａＡｓ固体レー
ザである、請求項２３に記載の指定される物理的領域に
迫るエアロゾル脅威の早期警告を与えるための方法。 - 【請求項３６】 前記レーザ源手段の前記波長は６８０
ｎｍのオーダである、請求項３５に記載の指定される物
理的領域に迫るエアロゾル脅威の早期警告を与えるため
の方法。 - 【請求項３７】 前記レーザ源手段の前記電力出力は３
０ｍＷのオーダである、請求項３６に記載の指定される
物理的領域に迫るエアロゾル脅威の早期警告を与えるた
めの方法。 - 【請求項３８】 前記エアロゾルサンプリングおよび取
扱い手段は、前記サンプリングされたエアロゾル源の雲
を希釈する手段と、前記散乱チャンバ手段、前記レーザ
ビーム源手段を通って排出ポート手段から出るシース流
手段内で個々のエアロゾル粒子を運搬する手段とを与え
る、請求項２３に記載の指定される物理的領域に迫るエ
アロゾル脅威の早期警告を与えるための方法。 - 【請求項３９】 前記複数の散乱光検出器手段は高ゲイ
ントランスインピーダンスフォトダイオード手段であ
る、請求項２３に記載の指定される物理的領域に迫るエ
アロゾル脅威の早期警告を与えるための方法。 - 【請求項４０】 前記分析器手段は可変の光学波長板手
段を含む、請求項２５に記載の指定される物理的領域に
迫るエアロゾル脅威の早期警告を与えるための方法。 - 【請求項４１】 前記分析器手段は電気的に調整可能な
液晶リタ−ダ手段を含む、請求項２５に記載の指定され
る物理的領域に迫るエアロゾル脅威の早期警告を与える
ための方法。 - 【請求項４２】 前記処理ソフトウェア手段によって、
前記検出局の中央処理ユニット手段はデジタル化された
検出信号が収集された各エアロゾル粒子に対するストー
クスパラメータを算出できる、請求項４１に記載の指定
される物理的領域に迫るエアロゾル脅威の早期警告を与
えるための方法。 - 【請求項４３】 前記光散乱チャンバ手段はＵＶ光励起
手段を含む、請求項２３に記載の指定される物理的領域
に迫るエアロゾル脅威の早期警告を与えるための方法。 - 【請求項４４】 デジタル化された信号が前記検出局Ｃ
ＰＵ手段によって処理および分析される前記検出局の散
乱光検出器手段は、５°から１７５°の間の極角および
０°から３６０°の間の方位角において設置される、請
求項２３に記載の指定される物理的領域に迫るエアロゾ
ル脅威の早期警告を与えるための方法。
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