WO2014162719A1 - 光学装置及び空気吹き付け方法 - Google Patents

Abstract

　光透過部に異物が付着した場合に適切に光透過部に空気を吹き付けることができる光学装置及び空気吹き付け方法を提供する。　光透過部３へ空気を吹き付ける空気吹き付け口４と、流路２に空気吸入口１inから空気吹き付け口４への空気の流れを生じさせる送風機部５と、送風量を送風機部５に指示する送風機制御部８と、観測機器部６の発熱部分６ｈからの熱が伝えられる流路２の内部に設けられたフィン７ｆを有する発熱部分６ｈを冷却する冷却部７と、発熱部分６ｈの温度を測定する温度検出部９と、光透過部３に付着した異物を検知する異物検知部１０と、この異物検知部１０が異物を検知した場合に、温度検出部９が検出した温度に対応する送風機部の温度ごとの送風量、及び、異物検知時の送風機部の送風量を比較して、多い方の送風量で送風機部５が動作するように送風機制御部８へ送風量の比較結果を伝える送風量判定部１１とを備えた。

Description

光学装置及び空気吹き付け方法

　この発明は、光透過部材の異物を除去する機能を有する光学装置及び光透過部材への空気吹き付け方法に関するものである。

　従来、光透過部材の異物を除去する機能を有する光学装置には、光透過部材（保護ガラス又はガラス）をワイパによって清掃するものがある（例えば、特許文献１又は２参照）。また、光学装置の光透過部材の異物を除去する装置や異物の付着を防止する装置には、光透過部材（前面ガラス又は窓ガラス）の方向又は前方に風（空気）を当てる装置がある（例えば、特許文献３又は４参照）。特許文献３では、光透過部材に当たる風が冷却用のフィンを経由している。なお、特許文献５には一対の高発熱電子装置のフィン（冷却）を流路内に設けた電子ユニットの冷却構造が開示されている。

特開平５－６８１９１号公報（第２図，第１４図） 特開平７－９２５３８号公報（第１図，第１５図） 特開２０００－１７１８７８号公報（第１図） 特開２０１０－２７４０号公報（第１図～第４図） 特開平５－２５９６７３号公報（第１図、第２図）

　しかし、特許文献１及び２に記載のようなワイパは、光透過部材に接触するという点で光透過部材の定期的な交換や光透過部材の傷を許容しない光学装置に適用できないというという課題があった。また、特許文献３及び４に記載のような風（空気）を光透過部材に当てるものは、風量の制御の最適化検討が十分でない、又は、光学装置の筐体が防水構造あるいは気密構造の場合の適用検討が十分でないという課題があった。

　この発明は、上記のような課題を解消するためになされたもので、光透過部に異物が付着した場合に適切に光透過部に空気を吹き付けることができる光学装置及び空気吹き付け方法を提供することを目的とする。

　この発明に係る光学装置は、外部からの光が入射する光透過部と、前記光透過部からの光を受ける観測機器部と、前記光透過部へ空気を吹き付ける空気吹き付け口と、前記空気吹き付け口に空気を流す流路と、前記流路に空気が流れ込む空気吸入口と、前記流路に前記空気吸入口から空気吹き付け口への空気の流れを生じさせる送風機部と、前記流路を流れる空気の量である送風量を前記送風機部に指示する送風機制御部と、前記観測機器部の発熱部分からの熱が伝えられる前記流路の内部に設けられたフィンを有する前記発熱部分を冷却する冷却部と、前記観測機器部の発熱部分の温度を測定する温度検出部と、前記光透過部に付着した異物を検知する異物検知部と、前記異物検知部が異物を検知した場合に、前記温度検出部が検出した温度に対応する、予め設定された前記送風機部の温度ごとの送風量、及び、予め設定された異物検知時の前記送風機部の送風量を比較して、多い方の送風量で前記送風機部が動作するように前記送風機制御部へ送風量の比較結果を伝える送風量判定部とを備えたものである。

　この発明に係る空気吹き付け方法は、送風機部により、外部からの光が入射する光透過部からの光を受ける光学装置の観測機器部の発熱部分を冷却する空気の流れを生じさせるとともに、前記送風機部により、前記光透過部へ吹き付ける空気の流れを生じさせる、前記光透過部への空気吹き付け方法において、前記観測機器部の発熱部分の温度を検出する温度検出ステップと、前記光透過部に異物が付着しているか判定する異物検知ステップと、前記異物検知ステップで異物が検知された場合、前記温度検出ステップで検出した温度に対応する、予め設定された温度ごとの前記送風機部の送風量、及び、予め設定された前記送風機部の異物検知時の送風量を比較して、多い方の送風量を判定する送風量判定ステップと、前記送風量判定ステップで、多い方の送風量と判定された送風量で前記送風機部に送風させる送風機制御ステップとを備えたものである。

　この発明によれば、透過部に異物が付着した場合に適切に光透過部に空気を吹き付けることができる光学装置を得ることができる。

　この発明によれば、光透過部に異物が付着した場合に適切に光透過部に空気を吹き付けることができる空気吹き付け方法を得ることができる。

この発明の実施の形態１に係る光学装置の構成図（上面図，断面図）である。 この発明の実施の形態１に係る光学装置の構成図（断面図，側面透視図）ある。 この発明の実施の形態１に係る光学装置においてフィルムヒータを有する場合の断面図である。 この発明の実施の形態１に係る光学装置の模式断面図である。 この発明の実施の形態１に係る光学装置の光透過部及び観測機器部の機能ブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る光学装置の機能ブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る光学装置の送風量制御処理のフローチャートである。 この発明の実施の形態１に係る光学装置における要部の機能ブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る光学装置の送風量制御処理のフローチャートである。 この発明の実施の形態１に係るライダ装置のレーザ照射方向距離ごとのＳ／Ｎ比最大値を示すグラフである。 この発明の実施の形態１に係るライダ装置の経過時間ごとのＳ／Ｎ比最大値を示すグラフである。 この発明の実施の形態１に係る光学装置の送風量制御処理のフローチャートである。 この発明の実施の形態１に係る光学装置の送風量制御処理のフローチャートである。 この発明の実施の形態１に係る光学装置の送風量制御処理のフローチャートである。 この発明の実施の形態２に係る光学装置の構成図（上面図，断面図）である。 この発明の実施の形態２に係る光学装置の流路を説明する断面図である。

　実施の形態１．
　以下、この発明の実施の形態１について図１から図１４を用いて説明する。図１から図４を用いて実施の形態１に係る光学装置の構造を説明し、図５から図１４を用いて実施の形態１に係る光学装置の送風量制御処理すなわち光透過部材への空気吹き付け方法を説明する。光学装置とは、ライダ装置、撮像装置、光透過部材を有するその他の装置である。なお、本願では、「空気の吹き付け」とは、光透過部材（後述の光透過部３）へ空気の大部分を直接当てる場合だけではなく、光透過部材の表面に付着した水滴やゴミなどの異物を吹き飛ばす程度に光透過部材の周辺に空気を流す場合も含んでいるとする。

（１）光学装置の構造
　図１は、この発明の実施の形態１に係る光学装置の構成図（上面図，断面図）である。図２は、この発明の実施の形態１に係る光学装置の構成図（断面図，側面透視図）ある。図３は、この発明の実施の形態１に係る光学装置においてフィルムヒータを有する場合の断面図である。図４は、この発明の実施の形態１に係る光学装置の模式断面図である。
　図１（ａ）は光学装置の上面図、図１（ｂ）は図２（ｂ）における光学装置のＡ－Ａ断面図、図２（ａ）は図１（ｂ）における光学装置のＢ－Ｂ断面図、図２（ｂ）は光学装置の短尺側の側面透視図である。図３は、光透過部材を熱するフィルムヒータを有する光学装置の断面図であり、図２（ｂ）における光学装置のＡ－Ａ断面図に相当するものである。図４（ａ）は光学装置の模式断面図であり、図１（ｂ）における光学装置のＢ－Ｂ断面よりも少し下の位置での断面図に相当するものである。図４（ｂ）は光学装置の模式断面図であり、図２（ｂ）における光学装置のＡ－Ａ断面図に相当するものである。

　図１から図４において、筐体１は、外形が直方体の箱型のものであり、少なくとも防水構造を有しており、場合によっては気密構造を有している。防水構造又は気密構造を、防水気密構造と呼ぶ。なお、気密構造は防水構造でもある。貫通流路２は筐体１を貫通し、四方すなわち周囲が筐体１の防水気密構造で囲われた通気用の導管である。光透過部３はガラス製や樹脂製の部材のレンズや透明板などの光が通過することが可能な材料で、筐体１に設けられたものである。光透過部３は、光学装置が観測のためなどに光を出したり受けたりするために、筐体１に設けられる。そのため、光透過部３を観測窓とも呼ぶ。貫通流路２は、光学機器で発生する熱を冷却し、光透過部３へ吹き付けられる空気を通す通路の一部である。貫通流路２の出口側には、空気吹き付け口であるノズル部開口４がある。ノズル部開口４は、光透過部３に付着した異物を吹き飛ばすために空気を吹き付けるものである。詳しくは、ノズル部開口４はノズル状の形状の先端に設けられた開口であり、貫通流路２からの排気（空気）を加速させて光透過部３に吹き付けることができる。

　なお、光透過部３が設けられた第一の面（上面）に設けられた貫通流路２の第一の開口である開口２ａがノズル部開口４と連通し、第一の面と対向する筐体１の面である第二の面（下面）に設けられた貫通流路２の他方の開口である第二の開口が空気吸入口１ｉｎである。貫通流路２の開口２ａは筐体の上面に設けられ、貫通流路２の空気吸入口１ｉｎは筐体の下面に設けられている。筐体の上面には、貫通流路２の開口２ａを覆うダクト４ｄが設けられている。ダクト４ｄの光透過部３側には、光透過部３に近づくにつれしだいに断面積が減少するノズル部４ｎが設けられている。ノズル部４ｎの先端に設けられた開口がノズル部開口４である。貫通流路２とダクト４ｄが、空気吹き付け口であるノズル部開口４に空気を流す流路である。空気吸入口１ｉｎから流路に空気が流れ込み、ノズル部開口４から空気が光透過部３に吹き付けられる。詳細は後述するが、流路は筐体１の防水構造を維持して設けられる。流路は図１（ｂ）、図２（ｂ）、図３において太い破線で示した部分である。図４（ｂ）で、開始部に矢印を有する破線が空気の流れを示す。

　図３に示したフィルムヒータ３ｆは、光透過部３に雪や氷が付着しないように、光透過部３を加熱するものである。

　図１から図４において、筐体１の側面には蓋部１ｃが設けられている。蓋部１ｃは筐体１の対向する側面の両方に設けてもよいし、四つの側面全てに設けてもよいし、一つまたは三つの側面に設けてもよい。蓋部を側面に設けた上に、あるいは側面には設けないで、上面または下面のどちらか又は両方に蓋部を設けてもよい。本願では、長尺側の両方の側面に蓋部１ｃを設けた場合を主に図示している。蓋部１ｃを閉じることで筐体の枠体に蓋部１ｃが嵌る。筐体の枠体又は蓋部１ｃの少なくとも一方にはパッキンが設けられており、蓋部１ｃを閉じることで、筐体１が防水気密構造となる。また、図２（ｂ）に示すように、蓋部１ｃを開けることで、後述する観測機器部６や観測機器部６の発熱部分６ｈへ手が届くので、光学装置の保守が自在である。後述する電子機器筺体６ｅにも蓋部１ｃを設けてもよい。つまり、筐体１及び電子機器筺体６ｅは、維持や保守のための扉状の蓋部１ｃを有し、蓋部１ｃには、ゴムやシリコンパッキンなどにより、気密が取れる構造となっている。

　図１から図４において、筐体１の下面に設けられた空気吸入口１ｉｎから始まる貫通流路２は、空気が流れる方向とほぼ直交する断面積が、図２（ｂ）に示すように、断面積減少部２ｂにおいて空気吸入口１ｉｎの開口面積よりも減少する。空気吸入口１ｉｎにフィルタを設けてもよい。断面積減少部２ｂを設けず、空気吸入口１ｉｎの開口面積を冷却部７（後述）が設けられる部分の貫通流路２の断面積と同じにしてもよい。ファン又はブロアである送風機部５は空気吸入口１ｉｎからノズル部開口４への空気の流れを生じさせるものである。送風機部５はダクト４ｄの内部に設けられている。ダクト４ｄに入ると、図に示すように、貫通流路２を流れて来た空気が、ほぼ直角に曲げられる。この流れが曲げられた空気がノズル部開口４から噴出し、光透過部３へ吹き付けられる。ダクト４ｄによって、流路３を流れる空気の方向を容易に光透過部３側に向けることができる。また、ダクト４ｄの内部の空間に送風機部５を配置することで、省スペース化が図れる。開口２ａに送風機部５を配置しても省スペース化が図れる。送風機部５を空気吸入口１ｉｎに、あるいは空気吸入口１ｉｎの外側や筐体１の外側、あるいは貫通流路２の途中に配置してもよい。

　図１から図４において、観測機器部６は筐体１に収納され、光透過部３を介して外部からの光を受けるものであり、ドップラーライダなどのライダ装置やカメラなどの撮像装置などにおいて信号処理を実施する部分である。また、観測機器部６は、光学装置の光学機器を収納する光学機器筐体６ｐと光学装置の電子機器を収納する電子機器筐体６ｅとを有している。光学機器筐体６ｐには、光透過部３が設けられている。また、光学機器筐体６ｐの光透過部３が設けられた面が筐体１から露出している。つまり、光学機器筐体６ｐの光透過部３が設けられた面が筐体１の外面の一部となっている。このため、光透過部３は筐体１に設けられているといえる。本願では、上から見て一つの光学機器筐体６ｐに垂直に二つの電子機器筐体６ｅが互いに対向して間に冷却風が流れる貫通流路２ができるような配置、すなわちΠ（パイ）字状の配置となったものを図示している。光学機器筐体６ｐと電子機器筐体６ｅとが一体であってもよい。

　冷却部７は、貫通流路２の内部に設けられた例えばアルミニウム製のフィン７ｆにより観測機器部６の発熱部分６ｈを冷却するものである。観測機器部６の発熱部分６ｈからの熱が伝えられるフィン７ｆは、貫通流路２を流れる空気に放熱して、発熱部分６ｈを冷却する。発熱部分６ｈとフィン７ｆの間の熱抵抗ができるだけ小さくなるように、発熱部分６ｈとフィン７ｆとを接続する。冷媒により熱を伝えるヒートパイプで、発熱部分６ｈとフィン７ｆとを接続してもよい。観測機器部６の発熱部分６ｈの中で、電子機器筐体６ｅにある部分を発熱体６ｅｈと呼ぶ。

　図５は、この発明の実施の形態１に係る光学装置の光透過部及び観測機器部の機能ブロック図である。図５（ａ）は光学装置がライダ装置である場合の機能ブロック図、図５（ｂ）は光学装置が撮像装置である場合の機能ブロック図である。図６は、この発明の実施の形態１に係る光学装置の機能ブロック図である。
　図５において、撮像装置における、撮像素子６ｃはＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）又はＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ　Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）などの光学センサからなるカメラモジュールである。信号処理部６ｓは撮像素子６ｃが得た画像信号を信号処理するものである。

　図１から図６において、観測機器部６は筐体１に収納され、光透過部３を介して外部からの光を受けるものであり、ドップラーライダなどのライダ装置やカメラなどの撮像装置である。ライダ装置の場合には、観測機器部６はスキャナー部６ｓｃ，光送受信部６ｒｔ，信号処理部６ｓを有して構成される。撮像装置の場合には、観測機器部６は撮像素子６ｃ，信号処理部６ｓを有して構成される。図５において、ライダ装置におけるスキャナー部６ｓｃは、光透過部３を介して、送信光を外部へ照射し、この照射した送信光が空気中の微粒子であるエアロゾルに反射した反射光を受信するものである。光送受信部６ｒｔはスキャナー部６ｓｃが送信する送信光とスキャナー部６ｓｃが受信した反射光とをそれぞれ送受信処理するものである。信号処理部６ｓは光送受信部６ｒｔが受信処理した反射光の受信信号とスキャナー部６ｓｃの角度信号とから、風速を算出するものである。

　図１から図６において、光学機器筐体６ｐは筐体１に内蔵される。ライダ装置の場合には、光学機器筐体６ｐにスキャナー部６ｓｃ及び光送受信部６ｒｔが収納される。撮像装置の場合には、光学機器筐体６ｐに撮像素子６ｃが収納される。信号処理部６ｓの一部又は全部が光学機器筐体６ｐに収納されていてもよい。電子機器筐体６ｅは筐体１に内蔵され、主に観測機器部６における信号処理部６ｓが収納されるものである。電子機器筐体６ｅはライダ装置のスキャナー部６ｓｃ及び光送受信部６ｒｔあるいは撮像装置の撮像素子６ｃの一部が収納されていてもよい。光学機器筐体６ｐと電子機器筐体６ｅとが一体の場合は、ライダ装置のスキャナー部６ｓｃ及び光送受信部６ｒｔあるいは撮像装置の撮像素子６ｃ，信号処理部６ｓが収納されることになる。また、光学機器筐体６ｐ及び電子機器筐体６ｅは、貫通流路２の周囲に配置されている。観測機器筐体６ｅの発熱体６ｅｈは電子機器回路である。発熱体６ｅｈを電子機器回路６ｅｈとも呼ぶ。電子機器基板６ｅｓ及び電子機器回路６ｅｈは電子機器筐体６ｅに内蔵され、主に、信号処理部６ｓとして機能するものである。

　ここで、電子機器回路６ｅｈは観測機器部６の発熱部分６ｈの全部である場合もあれば、観測機器部６の発熱部分６ｈの一部である場合もある。一部である場合には、光学機器筐体６ｐ内のライダ装置のスキャナー部６ｓｃ及び光送受信部６ｒｔあるいは撮像装置の撮像素子６ｃが観測機器部６の発熱部分６ｈの一部になる場合がある。発熱が大きい電子機器回路６ｅｈは、冷却部７のできるだけ近くに配置される。
　観測機器部６の発熱部分６ｈを、筐体１の内部にどのように配置するかには、ある程度の自由度がある。光学機器筐体６ｐ及び電子機器筐体６ｅに、発熱部分６ｈをどのような割合で配分するかは、発熱部分６ｈからのフィン７ｆへ熱を効率よく伝えることができ、光学装置としても望ましい配置になるように決める。

　次に、この実施の形態１に係る光学装置の具体的な構成を図１から図４を用いて説明する。光学装置において、発熱部分６ｈは、筐体１の防水気密構造における貫通流路２の四方を囲う壁面の内部に配置されている。発熱部分６ｈは、筐体１に収納された光学機器筐体６ｐ及び電子機器筐体６ｅに設けられるものであり、光学装置を運用することで発熱する部材である。光学装置は、このような発熱をフィン７ｆへ容易に伝達させることができる配置なっており、貫通流路２に空気を流すことでフィン７ｆを介して発熱部分６ｈからの排熱を行うことができる。

　光学装置は、フィン７ｆを冷却した排気（空気）をダクト４ｄに導き、ダクト４ｄに設けたノズル部４ｎで加速して光透過部３に対して排出する。こうすることにより、排気流速の運動エネルギーを光透過部３の清掃に利用することで、機能の共有化による省電力化、小型化を実現し、かつ光学装置を持続して利用することができる。排気は、ダクト４ｄを通じて光透過部３上に出されるが、空気吸入口１ｉｎから取り入れられた空気は、ノズル部４ｎで流路断面積が減少するので、ベルヌーイの定理に基づいた速度へと加速される。加速された空気は、光透過部３上の雨、雪による水滴及びゴミなどの異物を排気流により吹き飛ばすことでき、人の手を介することなく光透過部３の清掃が行うことができる。

　観測機器部６の発熱部分６ｈの全部または大部分を有する電子機器筐体６ｅは、防水気密構造における貫通流路２の四方を囲う壁面の内部あるいは壁面の一部を構成するように配置されている。特に、図１及び図２に示すように、主な観測機器部６の発熱部分６ｈである電子機器筐体６ｅは、防水気密構造における貫通流路２の壁面の一部になるように配置されている。詳しくは、図２（ａ）に示すように、貫通流路２は、Ｂ－Ｂ断面が長方形であり、この長方形の長辺部分の貫通流路２の壁面は、フィン７ｆが設けられた電子機器筐体６ｅの外面となっている。また、本願では、電子機器筐体６ｅが二つあるので、二つの電子機器筐体６ｅの間に貫通流路２（冷却部７）が配置されているといえる。

　観測機器部６の発熱部分６ｈの一部を有する光学機器筐体６ｐは、防水気密構造における貫通流路２の四方を囲う壁面の内部あるいは壁面の一部を構成するように配置されている。特に、図１及び図２に示すように、主な観測機器部６の発熱部分６ｈの一部を有する光学機器筐体６ｐは、防水気密構造における貫通流路２の周囲に配置されている。詳しくは、図２（ａ）に示すように、貫通流路２は、Ｂ－Ｂ断面が長方形であり、この長方形の短辺部分の側に主な観測機器部６の発熱部分６ｈの一部を有する光学機器筐体６ｐが配置されている。

　光学機器筐体６ｐ又は／及び電子機器筐体６ｅの外面を、筐体１の防水気密構造における貫通流路２の四方を囲う壁面の一部としてもよい。つまり、光学機器筐体６ｐ又は／及び電子機器筐体６ｅの外面が筐体１から露出することになる。露出する外面に電子機器基板６ｅｓのフィン７ｆが設けられた面が配置される場合も含まれる。発熱体６ｅｈを構成する高発熱電子素子（ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、高出力増幅器）は、電子機器筐体６ｅの内部に配置されている。つまり、発熱体６ｅｈのフィン付きヒートシンクのフィン７ｆが貫通流路２に配置されることになる。

　光学機器筐体６ｐ又は／及び電子機器筐体６ｅの外面を筐体１から露出させる場合、筐体１の枠体に光学機器筐体６ｐ又は／及び電子機器筐体６ｅが嵌め込まれることになるので、この部分の気密性はパッキンなどで確保する必要がある。そして、光学機器筐体６ｐ内の光学機器に比べて発熱量が大きい発熱体６ｅｈとフィン７ｆの間の熱抵抗を小さくできる。つまり、発熱体６ｅｈが搭載された電子機器基板６ｅｓは、筐体１の防水構造を維持しつつ、貫通流路２の壁面の一部を構成するものとなる。

　本願の図面では、電子機器筺体６ｅ及びフィン７ｆが二つの構成となっているが、これら電子機器筺体６ｅが、三つ以上に分かれていてもよい。発熱体６ｅｈが部分的に分かれているなどの理由で、フィン７ｆを電子機器基板６ｅｓ又は電子機器回路６ｅｈに複数個に分けて取り付けた構成としてもよい。軽量化の要求や省スペース化などで、電子機器筺体６ｅが複数に分割される、又は、発熱体６ｅｈが複数箇所にある場合において、フィン７ｆを部分的に複数個配置することにより、効果的に冷却が行うことができる。フィン７ｆを分割して必要な箇所に集中配置することで、フィン７ｆによる冷却効果をより高め、電子機器筺体６ｅからの排熱を効率的に行うことを可能とし、フィン７ｆや電子機器筺体６ｅの重量を削減することも容易となる。

　実施の形態１に係る光学装置によれば、光学機器筐体６ｐ内の光学機器に比べて、特に、大出力で高排熱を必要とする光学装置や信号処理ユニットである電子機器回路６ｅｈを一つの筐体１内に電子機器筺体６ｅとしてまとめて配置することが容易である。したがって、筐体１の内部と外気が通る空気吸入口１ｉｎを含めた中空構造（貫通流路２）とが分離されている。貫通流路２は、筐体１の外形の内側を通る流路の部分であり、筐体１の防水構造を維持して設けられている。そのため、防水気密構造が必要とされる電子機器筺体６ｅを保護しながらの連続稼動と防水気密構造における効率的な排熱を実施することができる。

　実施の形態１に係る光学装置を連続稼動する場合には、特に、光学装置の例えば装置やセンサの制御、データ処理、光学処理などに用いられる内部の光学機器筐体６ｐや電子機器筺体６ｅで発生する熱を排熱する必要がある。筐体１内での発熱は、電子機器筺体６ｅの中の電子機器基板６ｅｓ上にある発熱体６ｅｈ（例えば、ＣＰＵ、ＧＰＵ、高出力増幅器といった高発熱電子素子）で生じるものが大きいものとなる。高発熱電子素子は、強制冷却されることが使用の前提となる。防水気密構造の筐体１では、外気の流入を行えないため、一般的な方法では強制冷却が行えない。実施の形態１に係る光学装置では、筐体１の内部に設けられた中空部すなわち貫通流路２にフィン７ｆを露出する構成とすることで、筺体１内部から外部空気への排熱を可能としている。

　なお、通気用の貫通流路２は、直方体の外形を有する防水気密構造の筐体１の対向する二面すなわち上面と下面にそれぞれ開口（開口２ａと空気吸入口１ｉｎ）を有し、筐体１を貫通した周囲が防水気密構造で囲われた中空構造である。貫通流路２の空気が流れる方向とほぼ直交する方向での断面形状は、長方形である。また、図１（ｂ），図２，図３，図４に示すように、冷却部７が有するフィン７ｆは、貫通流路２の図２（ａ）に示すＢ－Ｂ断面における断面形状の長方形の対向する長辺部分からそれぞれ延びるものである。長辺部分の一方だけに発熱部分６ｈ及びフィン７ｆを設けてもよい。

　図１から図４に示すように、光透過部３は、光学機器筐体６ｐ（筐体１）に設けられているので、貫通流路２が有する断面形状の長方形の短辺部分側に設けられていることになる。筐体１は、直方体の外形を有し、光透過部３と貫通流路２の一方の開口とが同じ面側に配置されている。貫通流路２は、筐体１の対向する面（上面）と面（下面）とに、それぞれ貫通流路２の一方の開口２ａと貫通流路２の他方の開口である空気吸入口１ｉｎとが配置されている。開口２ａの面積は、冷却部７のフィン７ｆが設けられた部分の貫通流路２の断面積よりも小さいものである。開口２ａの全体を覆い、開口２ａから光透過部３の横のノズル部開口４までの流路となるダクト４ｄが、筐体１に取り付けられている。ダクト４ｄの内部で、開口２ａとノズル部開口４の間に、送風機部５が配置されている。

　図１から図４に示すように、送風機部５は、筐体１の光透過部３と開口２ａとが配置された面に載置されているが、ダクト４ｄに設けてもよい。ダクト４ｄは、ノズル部開口４側に向かうにつれ断面積が縮小していくノズル部４ｎを有する。特に、図１から図４では、送風機部５からノズル部開口４へ向かう部分において、ノズル部開口４側に向かうにつれ、断面積が縮小していくノズル部４ｎを示している。なお、ノズル部は送風機部５よりも開口２ａ側にも設けても良い。

　光学装置は、図３に示すように、光透過部３にフィルムヒータ３ｆを取付ける場合がある。フィルムヒータ３ｆは発熱して、光透過部３上の雪や氷を溶かす。ノズル部開口４から吹き付けられた空気によって、光透過部３上の氷が溶融して発生した水滴を吹き飛ばすようにしてもよい。フィルムヒータ３ｆのＯＮやＯＦＦの制御は、信号処理部６ｓが行う。フィルムヒータ３ｆのＯＮ（起動）／ＯＦＦ（停止）は筐体１外の外気温を測定して行えばよい。つまり、外気温を測定する温度検出部を光学装置に設ければよい。光透過部３と光学機器筐体６ｐ内の光学機器の間にフィルムヒータ３ｆを配置することで、フィルムヒータ３ｆにより、光学装置の観測結果に影響を及ぼさず、かつ、冬季における低温環境下において光透過部３の凍結や結露を防止することで、光学装置の連続観測を行うことができる。

　このように、実施の形態１による光学装置では、筐体１の外部吸入口である空気吸入口１ｉｎから送風機部５により空気が吸入され、内部にフィン７ｆを有する中空構造部を通過することで、フィン７ｆからの熱を排出する。これにより、筺体１内部には、外部空気が進入することなく筺体１内部からの排熱を可能とし、かつ、排熱に利用した排気を光透過部３の清掃に使用することででき、送風機部５の機能共通化による省電力化、部品点数の削減を図ることができる。

　筐体１での防水気密構造は、図２（ｂ）の太字破線で示すような中空構造を筺体１の外形の内側に構成し、筺体１内部と外部空気が流れる中空管路部に分離することができる。送風機部５の作用により空気吸入口１ｉｎより取り込んだ外気は、筺体１内部を通過せずに貫通流路２である中空管路部を通過することになり、そのまま光透過部３に吹き付けられる。よって、光学装置の筺体１は、外から水や空気を筺体１内部に取り入れない構造となっており、防水気密構造を得ることができる。

　例えば、レーザ光を用いた測定装置であるライダ装置、カメラといった光学装置である撮像装置を考えた場合に、筐体１の中央寄りに光透過部３を配置した方が、筐体１の設置を考慮に入れた場合に効果的であるとされる場合には、筐体１の中央寄りに光透過部３を配置し、本願の図面上、光学機器筐体６ｐや電子機器筺体６ｅが配置されている部分のどこかに中空構造（貫通流路２）を配置して構成することで、実施の形態１に係る光学装置を実施することができる。換言すると、本願の図面では、筐体１が直方体の外形を有し、光透過部３と開口２ａとが同じ面側に配置されており、光透過部３と開口２ａとが配置されている面を平面視したときに、開口２ａが光透過部３よりも中央寄りに配置されている。つまり、光透過部３と開口２ａとが配置されている平面で、開口２ａが光透過部３よりも中央寄りに配置されている。筐体１が直方体の外形を有し、光透過部３と開口２ａとが同じ面側に配置されており、光透過部３と開口２ａとが配置されている面を平面視したときに、光透過部３が開口２ａよりも中央寄りに配置されていてもよいということになる。なお、「光透過部３と開口２ａとが配置されている面を平面視」する方向は、貫通流路２における空気が流れる方向、厳密には、空気吸入口１ｉｎから開口２ａへ向かう方向と同じである。

　さらに、光学装置は、電子機器筺体６ｅ内部の発熱体６ｅｈとフィン７ｆの間にヒートパイプを配置し、発熱体６ｅｈの熱輸送を実施してもよい。これは、電子機器筺体６ｅの排熱は、発熱体６ｅｈとフィン７ｆとの間の熱伝達及びフィン７ｆと外気との熱伝達により実現しているが、発熱体６ｅｈとフィンとが熱伝導率が良いサーマルシートなどをはさみ接している必要がある。ヒートパイプを用いることで、発熱体６ｅｈからフィン７ｆへの熱輸送を行うことができ、発熱体６ｅｈとフィン７ｆとを接触させる必要が無くなり、電子機器基板６ｅｓの基板構造の自由度が増す。また、電子機器筺体６ｅ内部の発熱体６ｅｈとフィン７ｆの間にヒートパイプを配置することで、電子機器筺体６ｅと貫通流路２の間に筐体１を配置することできる。また、ヒートパイプを用いることで、電子機器基板６ｅｓのレイアウトの制約条件が減るので、電子機器基板６ｅｓ上における発熱体６ｅｈの配置の自由度を高めることができる。

　本願の図面では、直方体の外形を有する筐体１の一つの面に光透過部３と開口２ａとが配置され、光透過部３と開口２ａとが配置された面上にダクト４ｄが載置されている。ダクト４ｄの大部分を筐体１に収納し、光透過部３とダクト４ｄの上面とをほぼ同じ高さにしてもよい。これは、光透過部３が配置された面にダクト４ｄの大部分を収納する窪みを設ければよい。この窪みの底に開口２ａが設けられ、窪みの横に光透過部３が設けられることになる。ノズル部開口４だけが光透過部３が配置された平面から少し出るようにしてもよい。その場合には、ノズル部開口４に向かうにつれ、断面積が縮小していくノズル部４ｎでの傾斜が本願の図面では筐体１の上側の平面よりも下側に設けられる。また、ノズル部４ｎにおいて上下の対向する部分の両方に傾斜部分を設けてもよい。これは、本願の図面のように、光透過部３と開口２ａとが配置された面上にダクト４ｄを載置している場合でもいえることである。

（２）送風量制御処理
　次に、実施の形態１に係る光学装置の送風量制御処理について図５から図１４を用いて説明する。送風量制御処理は、光透過部材への空気吹き付け方法を実施するものである。光透過部材への空気吹き付け方法のことを、単に空気吹きつけ方法と呼ぶ場合がある。
　図７は、この発明の実施の形態１に係る光学装置の送風量制御処理のフローチャートである。図８は、この発明の実施の形態１に係る光学装置における要部の機能ブロック図である。図９は、この発明の実施の形態１に係る光学装置の送風量制御処理のフローチャートである。図１０は、この発明の実施の形態１に係るライダ装置のレーザ照射方向距離ごとのＳ／Ｎ比最大値を示すグラフである。図１１は、この発明の実施の形態１に係るライダ装置の経過時間ごとのＳ／Ｎ比最大値を示すグラフである。図１２は、１７この発明の実施の形態１に係る光学装置の送風量制御処理のフローチャートである。図１３は、この発明の実施の形態１に係る光学装置の送風量制御処理のフローチャートである。図１４は、この発明の実施の形態１に係る光学装置の送風量制御処理のフローチャートである。

　図５（ａ）は光学装置がライダ装置である場合の機能ブロック図、図５（ｂ）は光学装置が撮像装置である場合の機能ブロック図である。
　図８（ａ）はライダ装置における要部の機能ブロック図、図８（ｂ）は撮像装置における要部の機能ブロック図である。図１０（ａ）は閾値を超える場合のレーザ照射方向距離ごとのＳ／Ｎ比最大値を示すグラフである。図１０（ｂ）は閾値を超えない場合のレーザ照射方向距離ごとのＳ／Ｎ比最大値を示すグラフである。図１１（ａ）は閾値を超える場合の経過時間ごとのＳ／Ｎ比最大値を示すグラフである。図１１（ｂ）は閾値を超えない場合の経過時間ごとのＳ／Ｎ比最大値を示すグラフである。図７，図９，図１２，図１３，図１４に記載の「Ｓ」は、処理ステップを示すＳＴＥＰの頭文字である。

　ここで、Ｓ／Ｎ比は、信号レベルＳをノイズレベルＮで割った値である。Ｓ／Ｎ比をＳ／Ｎ値、Ｓ／Ｎデータ、Ｓ／Ｎ比データとも呼ぶ。ある期間でのＳ／Ｎ比の最大値をＳ／Ｎ比最大値と呼ぶ。Ｓ／Ｎ比最大値を最大Ｓ／Ｎ比、最大Ｓ／Ｎ値とも呼ぶ。

　図５，図６，図８において、送風機制御部８は貫通流路２を流れる空気の量である送風量を送風機部５に指示するものである。送風機部５は光透過部３へ空気を吹き付けるノズル部開口４と空気吸入口１ｉｎとの間に設けられた流路に空気吸入口１ｉｎからノズル部開口４への空気の流れを生じさせるものである。温度検出部９は観測機器部６の発熱部分６ｈの温度を測定するものである。信号処理部６ｓに設けられた異物検知部１０は光透過部３に付着した水滴やごみなどの異物を検知するものである。詳しくは、異物検知部１０は、観測機器部６に光透過部３を通って外部から入る光から、光透過部３に付着した異物を検知するものである。具体的には、光の情報を画像とし、物体の形状や物体との距離、例えば、光透過部３からの距離、又は、撮像素子６ｃからの距離や光の情報の信号の変化から、光透過部３上の異物を検知する。

　図５，図６，図８において、信号処理部６ｓに設けられた送風量判定部１１は異物検知部１０が異物を検知した場合に、温度検出部９が検出した温度に対応する、予め設定された送風機部５の温度ごとの送風量である冷却対応送風量、及び、異物検知部１０が異物を検知した場合に対応する、予め設定された送風機部５の異物検知時の送風量である異物除去送風量を比較して、多い方の送風量で送風機部５が動作するように送風機制御部８へ送風量の比較結果を伝えるものである。送風量判定部１１は信号処理部６ｓ又は外部から送風量の情報テーブルを取得して判定に用いるものである。送風量の情報テーブルは、発熱部分６ｈの冷却用のテーブルと光透過部３に付着した水滴やごみなどの異物の除去用のテーブルとの二つがある。本願では、異物検知部１０及び送風量判定部１１は信号処理部６ｓに設けられているものを例示しているが、異物検知部１０及び送風量判定部１１の少なくとも一方を信号処理部６ｓの外部に設けてもよい。また、本願では、送風機制御部８を信号処理部６ｓの外部に設けているが、送風機制御部８を信号処理部６ｓに設けてもよい。

　光学装置が、ライダ装置である場合の構成を図５（ａ）により説明する。図５（ａ）に示すように、ライダ装置は、光透過部３を介して、送信光を外部へ照射し、この照射した送信光がエアロゾルに反射した反射光を受信するスキャナー部６ｓｃ，スキャナー部６ｓｃが送信する送信光とスキャナー部６ｓｃが受信した反射光とをそれぞれ送受信処理する光送受信部６ｒｔ，光送受信部６ｒｔが受信処理した反射光の受信信号とスキャナー部６ｓｃの角度信号とからドップラー効果による周波数変化を基に風速を算出する信号処理部６ｓを有して構成されている。信号処理部６ｓは、スキャナー部６ｓｃ及び光送受信部６ｒｔを制御するものである。また、信号処理部６ｓは算出した風速や取得したデータをＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）などの外部とのインターフェースを介して外部へ出力する（外部データ）。異物検知部１０は、最大値算出部１０ａ，閾値判定部１０ｂ，時間経過判定部１０ｃを有して構成されている。

　ライダ装置（ドップラーライダ）で大気を計測する原理を説明する。ドップラーライダは、レーザ光を出射する光透過部３、スキャナー部６ｓｃ、観測機器部６、信号処理部６ｓによって構成されている。ライダ装置の場合には、光透過部３のことをレーザ発射窓とも呼ぶ。このように構成されたドップラーライダでは、スキャナー部６ｓｃより大気との接触面である光透過部３を介して空中に放射された光の反射波が再びスキャナー部６ｓｃにて受信され、その受信された光が光送受信部６ｒｔによって増幅、周波数変換されて受信ＩＦ（中間周波数）信号に変換される。このＩＦ信号に信号処理部６ｓでＡ／Ｄ（アナログ－デジタル）変換、周波数解析処理を行うことにより、スペクトラムデータを算出して、スペクトラムデータから風速ベクトルを算出し、算出した風速を表示しかつ記録する。

　光学装置がライダ装置である場合、異物検知部１０は、受信信号における決められた長さの時間内の最大のＳ／Ｎ比が決められた閾値を下回った場合に、光透過部３に異物が付着したと検知するものである。なお、信号処理部６ｓは、異物検知部１０が光透過部３に異物が付着したと検知している間、算出した風速を参考値として処理するようにすれば、光透過部３に異物が付着することによる風速の検出の誤差を排除することが容易となる。

　また、光学装置が撮像装置である場合の構成を、図５（ｂ）により説明する。図５（ｂ）に示すように、撮像装置は、撮像素子６ｃ，撮像素子６ｃが得た画像信号を信号処理する信号処理部６ｓを有して構成されている。信号処理部６ｓは、撮像素子６ｃを制御するものである。また、信号処理部６ｓは取得した画像データや動画データをＬＡＮなどの外部とのインターフェースを介して外部へ出力する（外部データ）。この場合、異物検知部１０は、信号処理部６ｓが信号処理した画像信号から異物を検出するものである。異物検知部１０は、画像処理部１０ｄ及び異物判定部１０ｅを有して構成されている。つまり、画像処理部１０ｄが信号処理した画像信号から異物判定部１０ｅが画像の情報から物体の形状や物体の距離、例えば、光透過部３からの距離、又は、撮像素子６ｃからの距離を算出して光透過部３の異物付着の有無を判定する。

　観測機器部６は筐体１に収納され、光透過部３は筐体１に設けられるものである。これは、光学機器筐体６ｐに光透過部３設けられ、光透過部３が設けられた光学機器筐体６ｐの面が筐体１から露出して、筐体１の外面を構成している場合も含んでいる。

　図６に示す光学装置は、送風機部５により、外部からの光が入射する光透過部３からの光を受ける観測機器部６の発熱部分６ｈを冷却する空気の流れを生じさせるとともに、送風機部５により、光透過部３へ空気を吹き付けるノズル部開口４への空気の流れを生じさせる光透過部３への空気吹き付け方法が適用されるものである。

　図６に示す観測機器部６の発熱部分６ｈを冷却する基本動作は、図７のフローチャートで示される。まず、Ｓ００１にて観測機器部６の発熱部分６ｈの温度を検出する温度検出ステップ（温度情報取り込みステップ）を行う。そして、Ｓ００２にて温度検出ステップで検出した温度に応じて、予め設定された送風機部５の温度ごとの送風量で送風機部５に送風させる送風機制御ステップを行う。具体的には、信号処理部６ｓが、温度検出部９から観測機器部６の発熱部分６ｈの温度を取得して、予め設定された送風機部５の取得した温度での送風量を選択して、送風機制御部８へその情報を送り、送風機制御部８が送風機部５の送風量を制御する。送風機部５のＯＮ（起動）／ＯＦＦ（停止）の制御自体も送風機制御部８が制御している。

　発熱部分６ｈの温度が冷却を必要としない場合は、送風機部５を停止する。前の状態が停止であれば、停止を継続する。つまり、起動しない。よって、予め設定された送風機部５の温度ごとの送風量とは、風量ゼロの場合も含んでいる。また、予め設定された送風機部５の温度ごとの送風量は、観測機器部６の発熱部分６ｈの温度が上がるにつれ、風量が徐々に上がるものでもよいし、温度範囲を区切って階段状に風量が上がるものでもよい。これらの送風量の情報すなわち予め設定された送風機部５の温度ごとの送風量は、発熱部分６ｈの冷却用のテーブルに相当する。Ｓ００１，Ｓ００２の処理ステップは繰り返し実施してもよいし、Ｓ００１にて得られる温度が前回から変化した場合に、Ｓ００２に進むようにしてもよい。

　図８には、信号処理部６ｓに異物検知部１０及び送風量判定部１１が設けられている。光学装置は、観測機器部６の発熱部分６ｈの冷却と光透過部３に付着した水滴やごみなどの異物の除去に送風機部５を共用するものである。そのため、異物が光透過部３に付着していない状態でも、異物を吹き飛ばすために必要な風量を送風機部５が発生させると、その風量が観測機器部６の発熱部分６ｈの冷却に必要な風量を超える場合は、電力消費が無駄になる。そこで、光透過部３の異物の有無によって、送風機部５の風量を制御することは重要である。

　具体的には、異物検知部１０による光透過部３に異物が付着しているか判定する異物検知ステップで異物が検知された場合に、温度検出ステップで検出した温度に対応する予め設定された送風機部５の温度ごとの送風量、及び、異物検知ステップで異物を検知した場合の予め設定された送風機部５の異物検知時の送風量を比較して、多い方の送風量を判定する送風量判定ステップとを実行する。なお、異物検知ステップ（図９及び図１２ではＳ１０１からＳ１０４，図１３及び図１４ではＳ２０１及びＳ２０２）と温度検出ステップ（Ｓ００１）との実行順序は問わない。同時であってもよい。また、異物検知ステップは、観測機器部６に光透過部３を通って外部から入る光に関する情報から、光透過部３に付着した異物を検知するものである。

　そして、送風機制御部８が送風量判定部１１からの指示を受けて、送風量判定ステップで、多い方の送風量と判定された送風量で送風機部５に送風させる送風機制御ステップを実行する。予め設定された送風機部５の異物検知時の送風量とは、光透過部３に付着した異物を吹く飛ばすことができる風量を意味する。一種類の風量に固定したものでもよいし、検出された異物の種類（水滴やゴミ）又は異物の量に応じて、風量を変えてもよい。この場合、異物が多い場合や異物が質量の重い水滴の場合は、より風量を大きくするなどが考えられる。これらの送風量の情報すなわち予め設定された送風機部５の異物検知時の送風量は、光透過部３に付着した水滴やごみなどの異物の除去用のテーブルに相当する。

（Ａ）光学装置がライダ装置である場合の動作
　まず、光学装置がライダ装置の場合を図８（ａ）及び図９～図１２を用いて説明する。ライダ装置の場合は、異物検知ステップが、エアロゾルに反射した反射光を受信処理した受信信号における決められた時間内の最大のＳ／Ｎ比が決められた閾値を下回った場合に、光透過部３に異物が付着したと検知するものとなる。つまり、Ｓ／Ｎ比が異物によって下がることを利用して異物を検知する。ここでは、異物が水滴である場合を例に説明を行う。ライダ装置は、信号処理部６ｓは観測機器部６より出力された受信信号を元に光透過部３上の水滴の有無を検出する。水滴無しの場合は温度検出部９より出力された温度情報を元に最適な風量となるように、図７に示す基本動作でファンを制御する。水滴有りの場合は水滴が除去できる風速に送風機部５を制御する。

　ライダ装置は、観測機器部６の発熱部分６ｈの冷却に用いる風により、光透過部３に付着する水滴を除去する機構を有している。筐体１中心の空洞の両サイドの枠にフィン７ｆの機構を設けた電子機器筐体６ｅを嵌めることにより、２個の電子機器筐体６ｅの間に空間すなわち貫通流路２を設ける。その空間に送風機部５によって取り込んだ空気を流し、発熱部分６ｈに接続されたフィン７ｆから放熱させ、発熱部分６ｈを冷却させる。さらに、ノズル部開口４の断面積を小さくして取り込んだ空気の風速を増して光透過部３に吹き付けることにより水滴や雪などを除去することができる。

　ライダ装置の発熱部分６ｈを冷却する動作及び光透過部３の異物を除去する動作は、図９のフローチャートに示される。まず、光送受信部６ｒｔから受けた受信信号を、最大値算出部１０ａに入力し、入力された受信信号のＳ／Ｎ比に対して、その最大値を最大値算出部１０ａが算出する（Ｓ１０１及びＳ１０２）。Ｓ１０３の判定の概念を図１０に示す。図１０（ａ）は「降雨無し」と判定する場合を示している。図１０（ｂ）は「降雨有り」と判定する場合を示している。Ｓ１０３にて、閾値判定部１０ｂでは最大値算出部１０ａから入力されたＳ／Ｎ比の最大値と比較して、Ｓ／Ｎ比の最大値≦閾値の場合、降雨有りと判定する。この場合は、Ｓ１０４へ進む。それ以外の場合、「降雨無し」と判定する。この場合は、Ｓ００１へ進み、図７に示す基本動作を行って発熱部分６ｈの冷却のみを実行する。

　Ｓ１０４にて、時間経過判定部１０ｃでは閾値判定部１０ｂから降雨有りの情報が出力された場合、降雨有りの状態が決められた時間続くかどうか監視し、降雨の有無を確定する。Ｓ１０４の判定の概念を図１１に示す。図１１（ａ）は規定の時間内でＳ／Ｎ比最大値が閾値を超える割合が規定の割合以上である場合に「降雨無し」と判定した場合を示している。図１１（ｂ）は規定の時間内でＳ／Ｎ比最大値が閾値を超える割合が規定の割合未満である場合に「降雨有り」と判定した場合を示している。

　送風量判定部１１では、時間経過判定部１０ｃからの情報が降雨無しの場合、Ｓ００１へ進み、図７に示す基本動作を行って発熱部分６ｈの冷却のみを実行する。発熱部分６ｈの温度が、冷却の必要がある温度である閾値を越えていなければ、送風機部５の稼動無しの指令を、超えていれば送風機部５の稼動の指令を送風機制御部８へ出力する。

　また、送風量判定部１１では、時間経過判定部１０ｃからの情報が降雨有りの場合、発熱部分６ｈの温度に関わらず送風機部５の稼動の指令を出力するが、その前に、Ｓ００１にて発熱部分６ｈの温度を取得する。そして、Ｓ１１２（送風量判定ステップ）にて、送風量判定部１１による、異物検知ステップで異物が検知された場合に、温度検出ステップで検出した温度に対応する予め設定された送風機部５の温度ごとの送風量、及び、予め設定された送風機部５の異物検知時の送風量を比較して、多い方の送風量を判定する。そして、判定結果に基づいて送風量判定部１１からの指示で、送風機制御部８が送風機部５へ稼動の指令又は風量の変更の指示を出力する。

　光透過部材への空気吹き付け方法の送風機制御ステップの後に、送風量判定部１１が判定（決定）した風量を送風機部５に指示し、この指示に基づく送風機部５による空気をノズル部開口４から吹き付ける空気吹き付けステップを行うことで、光透過部３の異物を除去できる。光透過部材への空気吹き付け方法は、この空気吹き付けステップを含んでいてもよい。

　なお、本願では、発熱部分６ｈの冷却に必要となる風量と水滴除去に必要となる風量の関係は「最大発熱時の風量＞水滴除去の風量」としているので、図１２に示すフローチャートのように、Ｓ１０１の前に、Ｓ００１及びＳ００２の処理ステップを実施してもよい。このように、先にＳ００１及びＳ００２を行うことで、発熱部分６ｈの冷却の開始が早めることができる。「最大発熱時の風量＜水滴除去の風量」の場合でも、図１２に示すフローチャートの処理を実施してもよい。

　ここで、光透過部材への空気吹き付け方法を整理すると、Ｓ／Ｎ比データ読込みステップ（Ｓ１０１）において、Ｓ／Ｎ比データを読み込む。その入力されたＳ／Ｎ比データに対して、最大値算出ステップ（Ｓ１０２）において取り込んだＳ／Ｎ比データの最大値を算出する。次に、閾値判定ステップ（Ｓ１０３）に進み、閾値とＳ／Ｎ比データの最大値を比較し、Ｓ／Ｎ比最大値≦閾値の場合は、時間経過判定ステップ（Ｓ１０４）へ進み、Ｓ／Ｎ比最大値＞閾値の場合は、温度情報取込ステップ（Ｓ００１）を行って送風量判定ステップ１（Ｓ００２）を実行する。一方、時間経過判定ステップ（Ｓ１０４）では、規定した時間の範囲で、規定の割合で最大値≦閾値の場合は、温度情報取込ステップ（Ｓ００１）へ進み、温度情報（発熱部分６ｈの温度）を取り込み、送風量判定ステップ２（Ｓ１１２）へ進む。Ｓ１１２の処理は前述の通りである。

（Ｂ）光学装置が撮像装置である場合の動作
　次に、光学装置が撮像装置の場合を図８（ｂ），図１３，図１４を用いて説明する。撮像装置の場合は、異物検知ステップは、撮像装置が得た画像信号から異物を検出するものとなる。つまり、画像から異物を検知する。撮像装置は、観測機器部６の発熱部分６ｈの空冷に用いる風により、レンズ又はレンズ保護板である光透過部３に付着する水滴を除去する機構を有している。筐体１中心の空洞の両サイドの枠にフィン７ｆの機構を設けた電子機器筐体６ｅを嵌めることにより、２個の電子機器筐体６ｅの間に空間を設ける。その空間に送風機部５によって取り込んだ空気を流し、発熱部分６ｈを冷却させる。さらに、ノズル部開口４を絞って取り込んだ空気の風速を増して光透過部３に吹き付けることにより水滴や雪などを除去することができる。

　撮像装置の発熱部分６ｈの冷却及び光透過部３の異物除去の動作は、図１３のフローチャートに示される。まず、Ｓ２０１にて撮像素子６ｃから画像処理部１０ｄが画像信号（画像データ）を取り込む。次に、Ｓ２０２にて、画像処理部１０ｄが画像信号を画像処理して画像又は動画を異物判定部１０ｅへ送り、異物判定部１０ｅは画像又は動画から対象物の形状又は対象物までの距離などを判断し異物の有無を判定する。

　送風量判定部１１では、異物判定部１０ｅからの情報が「異物無し」の場合、Ｓ００１へ進み、図７に示す基本動作を行って発熱部分６ｈの冷却のみを実行する。発熱部分６ｈの温度が、冷却の必要がある温度を意味する決められた閾値を越えていなければ、送風機部５の稼動無しの指令を、超えていれば送風機部５の稼動の指令を送風機制御部８へ出力する。

　また、送風量判定部１１では、異物判定部１０ｅからの情報が異物有りの場合、発熱部分６ｈの温度に関わらず送風機部５の稼動の指令を出力するが、その前に、Ｓ００１にて発熱部分６ｈの温度を取得する。そして、Ｓ１１２（送風量判定ステップ）にて、送風量判定部１１による、異物検知ステップで異物が検知された場合、温度検出ステップで検出した温度に対応する予め設定された送風機部５の温度ごとの送風量、及び、予め設定された送風機部５の異物検知時の送風量を比較して、多い方の送風量を判定する。そして、判定結果に基づいて送風量判定部１１から指示で、送風機制御部８が送風機部５へ稼動の指令又は風量の変更の指示を出力する。

　なお、本願では、発熱部分６ｈの冷却に必要となる風量と異物除去に必要となる風量の関係は「最大発熱時の風量＞異物除去の風量」としているので、図１４に示すフローチャートのように、Ｓ２０１の前に、Ｓ００１及びＳ００２の処理ステップを実施してもよい。このように、先にＳ００１及びＳ００２を行うことで、発熱部分６ｈの冷却の開始が早めることができる。「最大発熱時の風量＜異物除去の風量」の場合でも、図１４に示すフローチャートの処理を実施してもよい。

　異物検知部１０は、観測機器部６に光透過部３を通って外部から入る光に関する情報から、光透過部３に付着した異物を検知するのではなく、光透過部３自体に圧力センサなどを設けて異物検知部１０としてもよいし、筐体１の外部に検知センサを設けて異物検知部１０としてよい。光透過部材への空気吹き付け方法における異物検知ステップは、観測機器部６に光透過部３を通って外部から入る光に関する情報から、光透過部３に付着した異物を検知するのではなく、光透過部３に設けた圧力センサの情報、又は、筐体１の外部に設けた検知センサの情報から、光透過部３に付着した異物を検知するものでもよい。

　また、光学装置にフィルムヒータ３ｆを追加した場合、フィルムヒータ３ｆが筐体１外の外気温によって起動している場合は、異物検知部１０の判断に関わらずに、送風量判定部３が異物（水滴）を除去する判定を下すようにしてもよい。これによって、観測機器部６による観測を行う前でも、フィルムヒータ３ｆの熱によって氷などが解けてできた水滴を吹き飛ばすことができる。さらに、光学装置にフィルムヒータ３ｆが無い場合でも、観測機器部６による観測を行う前、例えば観測機器部６起動時に、異物検知部１０の判断に関わらず、又は、異物検知部１０の判断自体を行わずに、ノズル部開口４から空気を光透過部３に吹き付けることで、観測機器部６による観測を行う前に光透過部３に異物が付着していた場合でも、事前に吹き飛ばすことができ、スムーズに観測機器部６による観測を行うことができる。換言すると、光学装置は、起動時にノズル部開口４から空気を光透過部３に吹き付けるようにしてもよい。この際の風量は、光透過部に付着した異物を吹き飛ばす程度のものである。

　起動時にノズル部開口４から空気を光透過部３に吹き付ける方法について説明する。フィルムヒータ３ｆが存在する場合は、光透過部材への空気吹き付け方法では、最初のステップとして、フィルムヒータ３ｆのＯＮ（起動）／ＯＦＦ（停止）を判定するフィルムヒータＯＮ／ＯＦＦ判定ステップを有し、フィルムヒータ３ｆがＯＦＦの場合は、Ｓ１０１又はＳ２０１あるいはＳ００１に進み。フィルムヒータ３ｆがＯＮの場合は、空気吹き付けステップすなわち溶融水滴除去ステップへ進む。この溶融水滴除去のための空気吹き付けステップも、指示された風量で空気を吹き付ける空気吹き付けステップと同じく、信号処理部６ｓ及び送風量制御部８が送風機部５を制御して行う。その後、Ｓ１０１又はＳ２０１あるいはＳ００１を実行する。フィルムヒータ３ｆが存在しない場合は、光透過部材への空気吹き付け方法では、最初のステップとして、空気吹き付けステップ（起動時空気吹き付けステップ，起動時異物除去ステップとも呼ぶ）を有するものとなる。起動時空気吹き付けステップも、溶融水滴除去のための空気吹き付けステップと同じく、信号処理部６ｓ及び送風量制御部８が送風機部５を制御して行う。

　光学装置を人家から離れた場所に設置する場合は、鳥獣の被害も想定される。このような場合は、ノズル部開口４から空気を吹き付ける際に大きな音を生じさせる構造とすることで、鳥獣が忌避する効果が期待できる。ノズル部開口４に笛の機能を追加することで、さらに大きなことを空気の吹き付け時に生じさせることができるので、鳥獣が忌避する効果をさらに増大させることができる。さらに、風量を時間的に変化させて音色を変化させてもよい。ただし、光透過部３の異物除去や発熱部分６ｈの冷却に必要な風量を下回るものではいけないので、風量を変化させる場合は、最低風量を光透過部３の異物除去や発熱部分６ｈの冷却に必要な風量とする必要がある。特に、発熱部分６ｈの冷却に必要な風量を下回ってはいけない。

　よって、光透過部材への空気吹き付け方法の送風機制御ステップの後に、送風機部５による空気をノズル部開口４から吹き付ける空気吹き付けステップを追加することで、鳥獣に忌避させることができる。この場合、空気吹き付けステップは、鳥獣忌避ステップともいえる。鳥獣の被害は、鳥や昆虫といった小動物からの排泄物も含むものとする。鳥獣忌避ステップは、光透過部３の異物付着の有無や発熱部分６ｈの冷却とは、別に実施してもよい。この場合も、鳥獣忌避ステップは、信号処理部６ｓ及び送風量制御部８が送風機部５を制御して行う。

　以上、この実施の形態１に係る光学装置は、発熱部分６ｈが露出していないので、屋外用途でも使用できる。また、冷却に使用されて排熱する空気は排熱のみに利用されず有効利用することができる。一方、特許文献５では、筺体外部から筺体内部への空気取り入れ口を筺体内部に設ける必要があり、筺体内部と筺体外部が連通する構造となる必要がある。例えば、海上のような塩水が直接かかるような場所に設置される筺体では、特許文献５に開示された技術は使用することができなかった。また、ファン自体も冷却用途だけに限定されており、筺体全体で使用するエネルギーのロスを低減していない。

　また、特許文献３は、筺体内部と筺体外部が分離されているが、フィン自体は外部に露出せず、筺体内部の雰囲気温度を下げる効果のみで、高熱源に対する冷却そのものは課題とされていない。この実施の形態１に係る光学装置は、観測機器及び観測機器を制御する複数の高発熱電子機器筺体を対象としており、強力な冷却ファンの使用が前提となっている機器において、防水気密構造、低重量化、高寿命、低消費電力といった、相反する課題を少なくとも２つは解決することができる。

　この実施の形態１に係る光学装置では、雨水や海水、雪といった外部環境に耐性のある筺体構造を有しながら、連続使用される電子機器に冷却手段を与え、従来は冷却のみに使用されていた排熱風を筺体１に付着する雨や雪の除去に用いることができる。実施の形態１に係る光学装置の特長である、筺体１に設けられた中空部という気密構造の外側にフィン７ｆを配置し、中空構造によって気密部が分離された構造により、防水構造を有したまま複数個の電子筺体の冷却が可能となり、かつ、冷却後の排熱風をそのまま雨や雪の除去に用いることができる。従来は、観測機器のみを防水気密筺体内に格納して屋外に配置し、電子機器は分離して屋内で使用するような場合があった。この実施の形態１に係る光学装置では、複数個の電子ユニットを有しても排熱が可能で、かつ、外部の自然環境の変化に対して例えば観測結果に影響が発生するような観測機器において、小型化、省電力化を実現することができる。

　この実施の形態１に係る光学装置は、観測機器を内部に収納し、観測機器を制御する電子機器類を内部に持ち、屋外の環境条件の変化から観測機器を守る防水、気密構造を有した観測機器筺体であって、観測機器は筺体１壁面に光透過部３を有し、熱伝達により外部空気と内部空気とを断絶した状態で電子機器を冷却する筺体内中空構造を構成し、観測機器の防水気密構造の外に取り付けることを特徴としたフィン７ｆと、送風機部５で起こされた風を観測機器の光透過部３へ排出するダクト４ｄと、内部電子機器の保守のために開閉可能な扉（蓋部１ｃ）によって構成されることを特徴とする。

　この実施の形態１に係る光学装置のダクトは、排出時に光透過部３に付いたゴミ及び水滴などの異物を除去することを目的として送風機部５で起こされた風を加速させるために送風機部５の開口部よりも面積の小さい口径を有することを特徴とする。

　ライダ装置は気象レーダの一種である。地上から上空までの風向・風速を、レーザ光を用いて計測するドップラーライダシステムにおいて、光透過部３の着水・着雪はレーザ光を遮るため、観測性能に著しい劣化をもたらす問題がある。従来、ワイパによる除去を行っていたが、ワイパ走査中は光を遮ったり、光透過部３に傷を付けたり、ワイパゴムの耐久性のため、保守間隔が短くなったりしていた。また、光透過部３に雨水や雪などが付着した場合、放射されるレーザ光をさえぎることになり、観測性能を著しく劣化させていた。ライダ装置は、光透過部３上の水滴や雪などの異物を風力によって吹き飛ばすことにより、異物の影響により観測できないことが無いことを特徴とする。

　実施の形態２
　図１５と図１６を用いて形態２に係る光学装置の構造を説明する。図１５は、この発明の実施の形態２に係る光学装置の構成図（上面図，断面図）である。図１６は、この発明の実施の形態２に係る光学装置の流路を説明する断面図である。

　図１５（ａ）は光学装置の上面図、図１５（ｂ）は図１５（ａ）における光学装置のＣ－Ｃ断面図、図１６は図１５（ａ）における光学装置のＣ－Ｃ断面図に空気の流れを示したものである。

　図１５と図１６において、筐体１Ａは、外形が直方体の箱型のものであり、防水気密構造を有している。光透過部３はガラス製や樹脂製の部材のレンズや透明板などの光が通過することが可能な材料で、筐体１に設けられた観測窓である。筐体１の上面に配置したダクト４ｄＡは、空気吸入口１ｉｎＡから吸い込んだ空気をノズル部開口４は光透過部３に空気を吹き付けるための空気の流路である。詳しくは、空気吹き付け口であるノズル部開口４に近づくにつれ流路の断面積が減少するノズル部４ｎが、ダクト４ｄＡに設けられている。ノズル部４ｎにより、流路からの排気（空気）を加速させて吹き付けることができる。

　図１５と図１６において、空気吸入口１ｉｎＡの開口面積は、ノズル部開口４の開口面積よりも大きいものとする。空気吸入口１ｉｎＡにフィルタを設けてもよい。送風機部５は空気吸入口１ｉｎＡから空気吹き付け口であるノズル部開口４への空気の流れを生じさせるものであり、ダクト４ｄＡの内部に設けられている。本願の図面では、ノズル部開口４と空気吸入口１ｉｎＡは対向しており、ダクト４ｄＡ内での空気の流れはほぼ直線的なものを示している。空気吸入口１ｉｎＡ近傍のダクト４ｄＡを下方向に曲げ、空気吸入口１ｉｎを下面に向けて流路を曲げても良い。

　実施の形態２に係る光学装置は、空気吸入口１ｉｎＡから吸気した空気の排気（空気）を、ダクト４ｄＡを通じてノズル部４ｎで加速して光透過部３に対して排出することにより、排気流速の運動エネルギーを光透過部３の清掃に利用することで、光学装置の持続利用を行うことができる。排気は、ダクト４ｄＡを通じて光透過部３上に行われるが、空気吸入口１ｉｎＡから取り入れられた空気は、ノズル部開口４の開口面積が他の部分よりも小さくなっていることより、ベルヌーイの定理に基づいて加速され、光透過部３上の雨、雪による水滴及びゴミなどの異物を排気流により吹き飛ばすことでき、人の手を介することなく光透過部３を清掃することができる。

　この実施の形態２でも、筐体の防水構造を維持して光透過部３の異物を除去するための空気を吹き付けるための流路を設けている。

　観測機器部６の放熱部分６ｈは実施の形態１の場合と比較して小さく、フィン７ｆは筐体１Ａの外側に露出しており、自然空冷により冷却される。異物を吹き飛ばすためにフィン７ｆを冷却した空気を使用できるように、流路の内部にフィンを設けるようにしてもよい。フィンを設ける流路の部分は、筐体の外形よりも内側を通る部分でもよいし、その他の部分でもよい。

　筐体の外形を直方体としたが、側面が傾斜した多面体でもよい。防水構造あるいは気密構造の筐体であり、光透過部が設けられた筐体であり、光透過部に付着した異物を除去するために空気を吹き付ける空気の流路を防水構造あるいは気密構造を維持して設けることができれば、どのような形状の筐体でもよい。
　以上のことは、他の実施の形態にもあてはまる。

１、１Ａ・・筐体、
１ｉｎ、１ｉｎＡ・・空気吸入口
１ｃ・・蓋部、
２・・貫通流路、
２ａ・・開口、
２ｂ・・断面積減少部、
３・・光透過部（光透過部材）、
３ｆ・・フィルムヒータ、
４・・ノズル部開口（空気吹き付け口）、
４ｄ、４ｄＡ・・ダクト、
４ｎ・・ノズル部
５・・送風機部、
６・・観測機器部、
６ｈ・・発熱部分、
６ｓｃ・・スキャナー部、
６ｒｔ・・光送受信部、
６ｓ・・信号処理部、
６ｃ・・撮像素子、
６ｐ・・光学機器筐体、
６ｅ・・電子機器筐体、
６ｅｓ・・電子機器基板、
６ｅｈ・・電子機器回路（発熱体）、
７・・冷却部、
７ｆ・・フィン、
８・・送風機制御部、
９・・温度検出部、
１０・・異物検知部、
１０ａ・・最大値算出部、
１０ｂ・・閾値判定部、
１０ｃ・・時間判定部、
１０ｄ・・画像処理部、
１０ｅ・・異物判定部、
１１・・送風量判定部。

Claims (14)

1. 　外部からの光が入射する光透過部と、
   　前記光透過部からの光を受ける観測機器部と、
   　前記光透過部へ空気を吹き付ける空気吹き付け口と、
   　前記空気吹き付け口に空気を流す流路と、
   　前記流路に空気が流れ込む空気吸入口と、
   　前記流路に前記空気吸入口から空気吹き付け口への空気の流れを生じさせる送風機部と、
   　前記流路を流れる空気の量である送風量を前記送風機部に指示する送風機制御部と、
   　前記観測機器部の発熱部分からの熱が伝えられる前記流路の内部に設けられたフィンを有する前記発熱部分を冷却する冷却部と、
   　前記観測機器部の発熱部分の温度を測定する温度検出部と、
   　前記光透過部に付着した異物を検知する異物検知部と、
   　前記異物検知部が異物を検知した場合に、前記温度検出部が検出した温度に対応する、予め設定された前記送風機部の温度ごとの送風量、及び、予め設定された異物検知時の前記送風機部の送風量を比較して、多い方の送風量で前記送風機部が動作するように前記送風機制御部へ送風量の比較結果を伝える送風量判定部とを備えた光学装置。
2. 　当該光学装置がライダ装置であって、
   　前記観測機器部は、前記光透過部を介して、送信光を外部へ照射し、この照射した送信光が反射された反射光を受信するスキャナー部と、このスキャナー部が送信する送信光と前記スキャナー部が受信した反射光とをそれぞれ送受信処理する光送受信部と、この光送受信部が受信処理した反射光の受信信号に基づいて風速を算出する信号処理部とを有するものである請求項１に記載の光学装置。
3. 　前記異物検知部は、前記受信信号における決められた長さの時間内の最大のＳ／Ｎ比が決められた閾値を下回った場合に、前記光透過部に異物が付着したと検知するものである請求項２に記載の光学装置。
4. 　前記信号処理部は、前記異物検知部が前記光透過部に異物が付着したと検知している間、算出した前記風速を参考値として処理する請求項３に記載の光学装置。
5. 　前記異物検知部は、前記観測機器部に前記光透過部を通って外部から入る光から、前記光透過部に付着した異物を検知するものである請求項１に記載の光学装置。
6. 　当該光学装置が撮像装置であって、
   　前記観測機器部は、撮像素子と、この撮像素子が得た画像信号を信号処理する信号処理部と有し、前記異物検知部は、前記信号処理部が信号処理した画像信号から異物を検出するものである請求項１に記載の光学装置。
7. 　前記観測機器部は、筐体に収納され、前記光透過部は、前記筐体に形成されたものである請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の光学装置。
8. 　前記筐体は防水構造を有し、前記流路は前記筐体の前記防水構造を維持して設けられたものであり、前記流路が前記筐体の外形の内側を通る部分である貫通流路を有することを特徴とする請求項７に記載の光学装置。
9. 　送風機部により、外部からの光が入射する光透過部からの光を受ける光学装置の観測機器部の発熱部分を冷却する空気の流れを生じさせるとともに、前記送風機部により、前記光透過部へ吹き付ける空気の流れを生じさせる、前記光透過部への空気吹き付け方法において、
   　前記観測機器部の発熱部分の温度を検出する温度検出ステップと、
   　前記光透過部に異物が付着しているか判定する異物検知ステップと、
   　前記異物検知ステップで異物が検知された場合、前記温度検出ステップで検出した温度に対応する、予め設定された温度ごとの前記送風機部の送風量、及び、予め設定された前記送風機部の異物検知時の送風量を比較して、多い方の送風量を判定する送風量判定ステップと、
   　前記送風量判定ステップで、多い方の送風量と判定された送風量で前記送風機部に送風させる送風機制御ステップとを備えた空気吹き付け方法。
10. 　当該光学装置がライダ装置であって、
    　前記異物検知ステップは、反射された反射光を受信処理した受信信号における所定時間内の最大のＳ／Ｎ比が決められた閾値を下回った場合に、前記光透過部に異物が付着したと検知するものである請求項９に記載の空気吹き付け方法。
11. 　当該光学装置が撮像装置であって、
    　前記異物検知ステップは、前記撮像装置が得た画像信号から異物を検知するものである請求項９に記載の空気吹き付け方法。
12. 　前記異物検知ステップは、前記観測機器部に前記光透過部を通って外部から入る光から、前記光透過部に付着した異物を検知するものである請求項９に記載の空気吹き付け方法。
13. 　前記観測機器部の起動時に、前記送風機部により、前記光透過部への空気の流れを生じさせて前記光透過部へ空気を吹き付ける起動時空気吹き付けステップを有するものである請求項９から１２までのいずれか１項に記載の空気吹き付け方法。
14. 　前記送風機制御ステップの後に、前記送風量判定ステップで判定された風量で前記送風機部により、前記光透過部への空気の流れを生じさせて光透過部へ空気吹き付ける空気吹き付けステップを有するものである請求項９から１３までのいずれか１項に記載の空気吹き付け方法。

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