JPS61172032A - 光学的雨雪判別装置 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、気象観測業務に於いて、降雨、降雪を光学的
手段によって判別する装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の雨雪判別手段は、例えば空中に一対（２枚）の導
電板を、相互間に僅かな隙間を設けることにより電気的
に離隔して配置し、上記隙間に上゛記一対の導電板を橋
絡して乗った雨滴又は雪片の；、、電気伝導度を測定し
、その違いによって判別す、；・することか公知である
。すなわち、雨滴である場合゛・に１は、それが液体で
あることによシミ気伝導度が大巾に上昇し、雪片である
場合には、それが結晶質であることによりて電気伝導度
の上昇は僅かであるので、当該伝導度の違すによシ雨雪
判別が行なえる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来の雨滴又は雪片を検出する手段は接触釣手段で
あるため、例えば降雪があると、その初期においては導
電板に付着した雪片が溶けてしまうために早期に降雪を
判断することができない。

また、雨滴又は雪片が一対の導電板間にブリッジ状に付
着しないと検出できないために、例えば霧雨ｔたは粉雪
のような極めて細かい雨滴または雪片から降雨／降雪を
早期に判断するととには難がある。

また、上記従来例では、原理的に電気的接触面（導電板
）を空気中に露出させておく必要があシ、長期の間には
当該電気的接触面が汚れ、あるいは腐蝕する等して初期
性能が保てない等の問題点がある。

本発明は、以上に述べた従来の問題点を解決すべく提案
するもので、降雨、降雪の程度にかかわらず、雨雪判別
が早期に正しく判断できる雨雪判別装置を得ることを目
的とする。

〔問題を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために、本発明は、雪の結晶構造
と雨の非結晶構造の違いによシ、当該雪片又は雨滴に光
を投射したときの光の拡散方向特性が互に異なることに
着目し、空間に光を投射し、その投射光の雨滴又は雪片
からの反射光を受光して、受光レベルの違いから雨雪を
判断するようにした装置を提供するものでアル、また、
この雨雪判別装置として本発明は、空間に光を投射する
投光手段と、光軸が上記投光手段の光軸に対して互に異
った角度で交差する方向にそれぞれ設定され、上記投光
手段からの投射光が雨滴又は雪片で反射した反射光をそ
れぞれ受光する第１の受光手段及び第２の受光手段と、
該第１の受光手段での受光レベルと該第２の受光手段で
の受光レベルとを比較するレベル比較手段と、該レベル
比較手段の出力情報に基いて雨雪判別を行なう演算手段
を有する雨雪判別装置、または上記２つの受光手段に代
え、１つの受光手段と、光の進路に設定した偏光手段と
を設け、演算手段は受光手段による受光レベルから雨雪
判別を行なうようにした雨雪判別装置を提供するもので
ある。

〔実施例の構成〕

第１図及び第２図はそれぞれ本発明の第１及び第２実施
例を示すブロック図である。

まず、第１実施例の構成を説明する。

第１図に於いて、１は投光器、２はドライバ、３は第１
受光器、４は第２受光器、５及び６はアンプ、７及び８
は同期検波器、９はレベル比較器、ｌ・０は演算器でア
シ、ａは投光器ｌの光軸を、ｂは第１受光器３０光軸を
、Ｃは第２受光暮４の光軸を、ｄは光軸ａ、ｂ及びＣの
交差点をそれぞれ示している。

投光器ｌは、空間に光を投射するもので、発光素子、投
光用光学レンズ等でなる。

ドライバ２は、投光器１０発光素子を発光駆動するもの
で、発光電力供給部、該発光電力供給部からの出力電力
を変調する変調部、上記発光素子の発光強度を気温等環
境条件の変化にかかわらず一定に保つために上記発光電
力供給部からの出力電力を制御する自動電力制御部等で
なる。

第１受光器３及び第２受光器４は、それぞれ投光器ｌか
ら投射された光の雨滴又は雪片での反射光を受光して受
光強度に対応した受光信号（電気信号）を出力するもの
で、それぞれ、受光用光学レンズ、受光素子でなシ、当
該第１受光器３及び第２受光器４は、それぞれの光軸す
及びＣが投光器１０光軸魯とそれぞれ角度θ１及び角度
θ８（θ８輪θ、）を有して、理想的には同一の交差点
ｄで交差するようにそれぞれの指向方向が設定されてい
る。

アンｆ５及びアンゾロは、それぞれ第１受光器３及び第
２受光器４から出力される受光信号を増巾するものであ
る。

同期検波器７及び同期検波器８は、それぞれアンｆ５及
びアンプ６を経て第１受光器３及び第２受光器４から入
力された受光信号を検出するもので、上記受光信号を投
光器ｌから放射される光の変調信号によ）同期検波し、
上記受光信号の強度に比例したレベルの信号を出力する
。

レベル比較器９は、同期検波器７から出力される信号の
レベルと同期検波器８から出力される信号のレベルを比
較するものである。

演算器１０は、レベル比較器９からの出力情報を、予め
投入されているデータに照らして降雨／降雪の判別をす
るもので、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ　）とそれに投
入された雨雪判定プログラムでなる。

次に、第２実施例の構成を説明する。

第２図に於いて、１１は偏光手段、１２はレベル検出器
であシ、他の記号については前記第１実施例（第１図）
と同様である。但し、第２実施例は受光系が１系統であ
るので、受光系の記号は前記第１実施例の第１受光系（
第１受光器３が属する系）の記号を、使用した。

偏光手段１１は、交差点ｄＫ於いて投光器１の光軸ａか
ら角度θの方向への反射光の例えば横方向の波動のみを
通過させるもので、例えば光学的偏光フィルタでなる。

レベル検出器１２は、同期検波器７から出力される信号
のレベルを検出するものである。

以上に説明したもの以外は、第１実施例の該当記号のも
のと同様の機能のものである。

〔実施例の作用〕

まず、第１実施例の作用を説明する。

ドライバ２は、投光器１中の発光素子を発光１動させる
ための駆動信号を常時出力している。この駆動信号は変
調された信号であり、かつその出力電力は温度等の環境
条件によって制御されてお）、従って投光器ｌは発光強
度が常時一定であるように制御され比変調光を常時投射
している。投射光を変調しているのは、第１受光器３及
び第２受光器４で反射光を受光する際、正規の反射光と
背光とを区別し、正規の反射光のみに感応するようにす
るためである。

降雨又は降雪がないときには、投光器１から投射された
光の反射がないので（実際には空中に浮遊する塵等によ
る反射があるが、この反射は雨滴又は雪片での反射に比
較して極めて僅かである。）、第１受光器３及び第２受
光器４は受感しない。

降雨又は降雪があると、投光器１から投射された光は光
軸ａに沿って直進し、交差点ｄを降下する雨滴又は雪片
に反射して第１受光器３及び第２受光器４に上記反射に
よる反射光が入射される。

第１受光器３又は第２受光器４は、上記反射光に感応し
てその強度に事例した電気信号を出力し、この信号はア
ンプ５又はアンｆ６で増巾されたのち、同期検波器７又
は同期検波器８で同期検波される。同期検波器７及び同
期検波器８は、それぞれ第１受光器３及び第２受光器４
に入感じた反射光の強度に比例したレベルの信号を出力
する。同期検波器７と同期検波器８から出力された信号
はレベル比較器９に入力されてレベル比較が行なわれる
。

降雨の場合と降雪の場合とでは、上記２つの受光器３及
び４での反射光の受光レベル比率が著しく異なる。すな
わち、第３図（４）に示すように、雨滴は、それが非晶
質液体であることよって特定の形状で落下し、一方向か
らの投射光の当該雨滴による光拡散特性は、特定の方向
に極小点及び極大点を有する特性となる。一方、第３図
（Ｂ）に示すように、雪片は、それが結晶質固体であ）
、かつ回転して落下するため、時間巾をもって観察すれ
ばほぼ球形と等価の形状で落下することに′；＆シ、当
該雪片による光拡散特性は雨滴の場合のような極小点及
び極大点を有する特性とはならない。

従って、第１受光器３の光軸す及び第２受光器４０光軸
Ｃの方向を互に異ならせて設定すれば、すなわち、それ
ぞれの光軸す又はＣが投光器１の光軸ａとなす角度θ、
とθ、とを互に異なった角度とすれば、第１受光器３の
反射光の入射強度と第２受光器４の反射光の入射強度と
の比率は降雨時と降雪時とでは異なることとなシ、この
入射強度の違いは同期検波器７及び８からの出力信号の
レベルを比較することで検出することができる。

光軸すの光軸ａとなす角度θ、は雨滴による光拡散レベ
ル分布特性の極大点に出来るだけ近ずく大きさに、また
光軸Ｃの光軸ａとなす角度θ３は雨滴による光拡散レベ
ル分布特性の極小点に出来るだけ近ずく大きさにそれぞ
れ設定するのが望ましい。すなわち、レベル比較器９で
のレベル比較動作に於いて、両者のレベル差が大きい程
比較し易いからである。

レベル比較器９でのレベル比較は、第１受光系の出力レ
ベル（同期検波器７の出力レベル）をｔｌ、第２受光系
の出力レベル（同期検波器８の出力レベル）をｔ２とす
ると、例えば次式の演算によって行なう。第３図（４）
又は（Ｂ）で明らかなように上記にの値は降雨のときは
降雪のときに比べて大きくなる。従ってレベル比較器９
からの出力情報を演算器１０に於いて設定値と比較演算
することによって降雨又は降雪の判定をすることができ
る。

次に、第２実施例の作用を説明する。

第２実施例は、受光系が１系統のみであること、及び光
の進行路、例えば受光器３の受光面前方の光軸す上に偏
光手段、例えば光学的偏光フィルタ１１が設けられてい
る点で前記第１実施例と異なっている。

光の雨滴又は雪片による反射光を観察すると、雨滴によ
る場合には第４図（４）に示すように特定の方向に偏光
して反射するが、雪片の場合には第４図（Ｂ）に示すよ
うに全方向に反射する。これは雨滴の表面に鏡面が形成
されていて投射光が特定方向に強く反射するのに対し、
雪片の表面には鏡面が形成されず、投射光が乱反射する
ためである。

そこで偏光フィルタ１１の偏光面方向を、雨滴による反
射光の偏光方向と直角の方向に設定すると、当該偏光フ
ィルタ１１ｔ−透過する反射光の量は降雨の場合に於い
て少なく（透過率小）、降雪の場合に於いて多く（透過
事大）となる。

以上のことによシ、同期検波器７が出力する信号のレベ
ルは降雨の場合に於いては小さく、降雪の場合に於いて
大きい。従って一レベル検出器１２で上記同期検波器７
の出力信号のレベルを検出し、この情報に基いて演算器
１０で演算することによシ降雨、降雪の判定をすること
ができる。

また、偏光フィルタ１１の設定位置は投光器１０投光面
前方であってもよｈｏすなわち、投射光を特定の方向に
偏光させることで、雨滴からの反射量に比べて雪片から
の反射量を多くすることができるからである。

〔発明の効果〕

以上、詳細に説明したように、本発明は、投射光の雨滴
又は雪片による反射光を把えて、その反射光の受光レベ
ルから雨雪判別を行なうことができる装置を提供するも
のであシ、測定手段が非接触的であるので雨雪判別が降
雨又は降雪の初期に於いて正しく判定でき、また、降雨
時または降雪時の雨滴または雪片の大きさに左右される
ことが少ないので霧雨・粉雪でありても雨雪判別が正し
くでき、更に空気中（外気）に曝露しておく電気回路部
分が不必要であるので、長期にわたりて初期特性が保て
る等、本発明は極めて大きな効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はそれぞれ本発明の第１実施例及び第
２実施例を示すブロック図、第３図（４）。 （Ｂ）及び第４図（６）、（Ｂ）はそれぞれ第１実施例
及び第２実施例の測定原理を説明する図である。 １・・・投光器　　　　　　３゛、４・・・受光器７．
８・・・同期検波器　　９・・・レベル比較器、１０・
・・演算器 １１・・・偏光手段（偏光フィルタ） １２・・・レベル検出器 ＼ｊト 鏡 ル チ 第４図 （Ａ）雨滴による反射光の偏光受ｔレベル（８）雪片に
よる反射光の偏光受光レベル加中人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　空間に光を投射する投光手段と、光軸が上記投光手
   段の光軸に対して互に異った角度で交差する方向にそれ
   ぞれ設定され、上記投光手段からの投射光が雨滴又は雪
   片で反射した反射光をそれぞれ受光する第１の受光手段
   及び第２の受光手段と、該第１の受光手段での受光レベ
   ルと該第２の受光手段での受光レベルとを比較するレベ
   ル比較手段と、該レベル比較手段の出力情報に基いて降
   雨又は降雪を判断する演算手段でなる雨雪判別装置。 ２　空間に光を投射する投光手段と、該投光手段からの
   投射光が雨滴又は雪片で反射した反射光を受光する受光
   手段と、上記投光手段の投光面前方又は上記受光手段の
   受光面前方に透光面が光軸と交差するようにして設けら
   れた偏光手段と、上記受光手段での受光レベルに基いて
   降雨又は降雪を判断する演算手段でなる雨雪判別装置。