WO2020049941A1 - 計測装置及び計測方法 - Google Patents

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WO2020049941A1
WO2020049941A1 PCT/JP2019/031100 JP2019031100W WO2020049941A1 WO 2020049941 A1 WO2020049941 A1 WO 2020049941A1 JP 2019031100 W JP2019031100 W JP 2019031100W WO 2020049941 A1 WO2020049941 A1 WO 2020049941A1
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scattered light
light
signal
scattered
interferometer
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PCT/JP2019/031100
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大山　達史
宮下　万里子
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N15/00—Investigating characteristics of particles; Investigating permeability, pore-volume or surface-area of porous materials
    • G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
    • G01N21/45—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length using interferometric methods; using Schlieren methods
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/49—Scattering, i.e. diffuse reflection within a body or fluid
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/95—Lidar systems specially adapted for specific applications for meteorological use
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
    • Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation

Definitions

  • the present disclosure relates to a measurement device and a measurement method for observing aerosol distribution in the atmosphere, for example.
  • a rider device using a LIDAR (Light Detection and Ranging) technology is known.
  • the lidar irradiates the air in the observation area with short-pulse laser light, measures the scattered light as a signal, and analyzes it to analyze the measurement object that floats in the air, such as yellow sand, pollen, dust, or fine water droplets. That is, a technique for observing the state of an aerosol.
  • the scattered light includes a Mie scattered light component and a Rayleigh scattered light component.
  • Mie scattering is a scattering phenomenon caused by an object to be measured, and is a scattering phenomenon caused by fine particles having a particle size equal to or larger than the wavelength of laser light.
  • Rayleigh scattering is a scattering phenomenon caused by fine particles smaller than the wavelength of laser light.
  • the Mie scattered light component can be obtained by separating the Rayleigh scattered light component from the scattered light.
  • Patent Document 1 discloses the method.
  • Patent Document 2 discloses the method.
  • Patent Document 2 utilizes the fact that the spectral mode interval of the multi-longitudinal mode laser is constant, and performs spectroscopy using an interferometer that selectively transmits light having the same spectral interval.
  • the Rayleigh scattered light component has a spectrum that fills the interval between the spectral modes of the laser light.
  • a Mie scattered light component is removed by an interferometer to obtain a Rayleigh scattered signal.
  • the present disclosure provides a measuring apparatus and a measuring method that can separate and detect Mie scattering by a simple method without having to tune the wavelength of a laser and the spectrum of a spectroscopic element.
  • a measurement device includes a light source that emits laser light having a plurality of oscillation frequencies separated by an equal frequency interval to a scatterer in the atmosphere, and the laser light is scattered by the scatterer.
  • An interferometer that interferes with the generated scattered light, a light receiver that receives Mie scattered light included in the scattered light interfered by the interferometer, and a signal that detects the amount of the Mie scattered light from a signal of the light receiver A processing unit.
  • the frequency interval is smaller than a full width at half maximum of a peak in a frequency spectrum of Rayleigh scattered light generated by molecules constituting the atmosphere.
  • a measurement device is a light source that emits laser light having a plurality of oscillation frequencies separated by an equal frequency interval to a scatterer in the atmosphere, and the laser light is generated by the scatterer.
  • the scattered light generated by the scattering is split into a first scattered light and a second scattered light having an optical path different from that of the first scattered light, and the first scattered light and the second scattered light are separated.
  • An interferometer that obtains an interferogram by causing interference with the light, a light receiver that converts the interferogram into a signal, a signal processor that processes the signal obtained by the light receiver, and the interferometer A controller for sweeping an optical path difference between the first scattered light and the second scattered light.
  • the signal processing unit extracts a signal component including a first interference fringe generated when the optical path difference is a wavelength interval corresponding to the frequency interval, from the signal component of the interferogram, thereby extracting the scattered light. To obtain a signal component corresponding to the Mie scattered light included in.
  • the measurement method emits laser light having a plurality of oscillation frequencies separated by an equal frequency interval to a scatterer in the atmosphere, and the laser light is scattered by the scatterer. Causing the scattered light generated by the interference to occur, receiving the Mie scattered light included in the scattered light interfered by the interferometer, and detecting the amount of the Mie scattered light from the signal obtained by the light reception. To do.
  • the frequency interval is smaller than a full width at half maximum of a peak in a frequency spectrum of Rayleigh scattered light generated by molecules constituting the atmosphere.
  • the measurement method is to emit laser light having a plurality of oscillation frequencies separated by an equal frequency interval to a scatterer in the atmosphere, and the laser light is emitted by the scatterer.
  • the scattered light generated by the scattering is split into a first scattered light and a second scattered light having an optical path different from that of the first scattered light, and the first scattered light and the second scattered light are separated.
  • Acquiring an interferogram by causing interference between the first scattered light and the second scattered light; converting the interferogram into a signal; performing signal processing on the signal; Sweeping the optical path difference.
  • a signal component including a first interference fringe generated when the optical path difference is at a wavelength interval corresponding to the frequency interval is extracted from the signal component of the interferogram, thereby obtaining the scattering.
  • a signal component corresponding to Mie scattered light included in the light is obtained.
  • one embodiment of the present disclosure can be realized as a program that causes a computer to execute the measurement method.
  • one embodiment of the present disclosure can be realized as a non-transitory computer-readable recording medium that stores the program.
  • the present disclosure it is possible to provide a measuring apparatus and a measuring method capable of separating and detecting Mie scattering by a simple method without having to tune the wavelength of a multi-laser and the spectrum of a spectroscopic element.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a measurement device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2A is a flowchart illustrating an example of a measurement process according to the present disclosure.
  • FIG. 2B is a flowchart illustrating another example of the measurement processing of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the spectrum of the multi-laser light and an enlargement of the spectrum according to the embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the spectrum of the scattered light scattered from the atmosphere and the aerosol when the multi-laser light is irradiated according to the embodiment of the present disclosure, and an enlargement thereof.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a measurement device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2A is a flowchart illustrating an example of a measurement process according to the present disclosure.
  • FIG. 2B is a flowchart illustrating another example of the measurement processing
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a calculation result of an interferogram generated when the spectrum of the scattered light scattered from the atmosphere and the aerosol by the multi-laser light according to the embodiment of the present disclosure is spectrally separated by an interferometer.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of an interferogram calculation result generated when the spectrum of the scattered light scattered from the atmosphere and the aerosol by the multi-laser light according to the embodiment of the present disclosure is separated by an interferometer, and an enlargement thereof. is there.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a calculation result of the dependence of the interferogram generated by the measurement device according to the embodiment of the present disclosure on the scattered light intensity I due to the atmosphere and the aerosol.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating the dependence of the signal intensity on the driving amount of the second movable mirror plate according to the embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a calculation result of the dependency of the interferogram generated by the measurement device according to the embodiment of the present disclosure on the shift amount of the wavelength spectrum of the multi-laser light.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a calculation result of the dependence of the interferogram generated by the measurement device according to the embodiment of the present disclosure on the number of measurement points.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a calculation result of the dependence of the interferogram generated by the measurement device according to the embodiment of the present disclosure on the mode interval LW2 of the multi-laser light source.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a calculation result of the dependence of the signal ratio after Fourier transform on the mode interval LW2 of the multi-laser light source according to the embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining the dependence of the interference fringe frequency interval by the Michelson interferometer when only atmospheric scattering is considered without scattering by aerosol.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a schematic configuration of a measurement device according to a modification of the embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 15A is a diagram illustrating a purification system including the measurement device according to the embodiment or the modification of the present disclosure.
  • FIG. 15B is a diagram illustrating a purification system including the measurement device according to the embodiment or the modification of the present disclosure.
  • a measurement device is a light source that emits laser light having a plurality of oscillation frequencies separated by an equal frequency interval to a scatterer in the atmosphere, and is generated by the laser light being scattered by the scatterer.
  • Interferometer that interferes with the scattered light
  • a light receiver that receives the Mie scattered light included in the scattered light that is interfered by the interferometer
  • signal processing that detects the amount of the Mie scattered light from the signal of the light receiver.
  • the frequency interval is smaller than a full width at half maximum of a peak in a frequency spectrum of Rayleigh scattered light generated by molecules constituting the atmosphere.
  • the interferometer branches the scattered light into a first scattered light and a second scattered light having an optical path different from the first scattered light
  • the interference light may be generated by changing an optical path difference between the first scattered light and the second scattered light and causing the first scattered light and the second scattered light to interfere with each other.
  • the frequency interval may be equal to or less than 3.9 GHz.
  • the Mie scattered light component included in the scattered light can be detected with higher accuracy.
  • a measurement device includes a light source that emits laser light having a plurality of oscillation frequencies separated by an equal frequency interval to a scatterer in the atmosphere, and the laser light is scattered by the scatterer.
  • the scattered light generated as a result is split into a first scattered light and a second scattered light having an optical path different from that of the first scattered light, and the first scattered light and the second scattered light are separated from each other.
  • An interferometer that acquires an interferogram by causing interference, a light receiver that converts the interferogram into a signal, a signal processing unit that performs signal processing on the signal obtained by the light receiver, and the interferometer And a controller for sweeping an optical path difference between the first scattered light and the second scattered light.
  • the signal processing unit extracts a signal component including a first interference fringe generated when the optical path difference is a wavelength interval corresponding to the frequency interval, from the signal component of the interferogram, thereby extracting the scattered light. To obtain a signal component corresponding to the Mie scattered light included in.
  • the interferogram includes a plurality of interference fringes
  • the control unit is configured to be larger than 4 of a center wavelength of the laser light,
  • the optical path difference may be swept in a range smaller than ⁇ of the interval therebetween.
  • the Mie scattered light component included in the scattered light can be detected with high accuracy.
  • the signal processing unit may perform a Fourier transform based on the signal component including the first interference fringe.
  • the magnitude of the intensity of the received signal can be uniquely determined, and the aerosol can be accurately detected based on the intensity of the Mie scattered light.
  • the interferometer may include a first movable mirror and a second movable mirror.
  • a frequency interval between the plurality of peaks may be 5 GHz or less.
  • the Rayleigh scattered light contained in the scattered light can be effectively removed, and the Mie scattered light component can be detected accurately.
  • a frequency interval between the plurality of peaks may be equal to or less than 3.9 GHz.
  • the Mie scattered light component included in the scattered light can be detected with higher accuracy.
  • the measurement device may further include a light collecting unit that collects the scattered light on an optical path between the scatterer and the interferometer.
  • the Mie scattered light can be separated and detected with high accuracy by the condensing part condensing the scattered light.
  • the measurement method is caused by emitting laser light having a plurality of oscillation frequencies separated by an equal frequency interval to a scatterer in the atmosphere, and causing the laser light to be scattered by the scatterer. Causing the scattered light to interfere, receiving the Mie scattered light included in the scattered light interfered by the interferometer, and detecting the amount of the Mie scattered light from a signal obtained by the light reception. ,including.
  • the frequency interval is smaller than a full width at half maximum of a peak in a frequency spectrum of Rayleigh scattered light generated by molecules constituting the atmosphere.
  • the measurement method includes: emitting laser light having a plurality of oscillation frequencies separated by an equal frequency interval to a scatterer in the atmosphere; and scattering the laser light by the scatterer.
  • the scattered light generated as a result is split into a first scattered light and a second scattered light having an optical path different from that of the first scattered light, and the first scattered light and the second scattered light are separated from each other.
  • Acquiring an interferogram by interfering with each other converting the interferogram into a signal, performing signal processing on the signal, and comparing the first scattered light and the second scattered light with each other. Sweeping the optical path difference.
  • a signal component including a first interference fringe generated when the optical path difference is at a wavelength interval corresponding to the frequency interval is extracted from the signal component of the interferogram, thereby obtaining the scattering.
  • a signal component corresponding to Mie scattered light included in the light is obtained.
  • the interferometer may sweep the optical path difference that is larger than 4 of the center wavelength of the laser light source and smaller than 1 / of the interference fringe interval ⁇ x. .
  • one embodiment of the present disclosure can be realized as a program that causes a computer to execute the measurement method.
  • one embodiment of the present disclosure can be realized as a non-transitory computer-readable recording medium that stores the program.
  • all or a part of a circuit, a unit, a device, a member, or a part, or all or a part of a functional block in a block diagram is, for example, a semiconductor device, a semiconductor integrated circuit (IC), or an LSI (large scale integration). ) May be performed by one or more electronic circuits.
  • the LSI or IC may be integrated on one chip, or may be configured by combining a plurality of chips.
  • functional blocks other than the storage element may be integrated on one chip.
  • LSI LSI
  • IC integrated circuit
  • FPGA Field Programmable Gate Array
  • the software is recorded on one or more non-transitory recording media such as a ROM, an optical disk, a hard disk drive, etc., and when the software is executed by a processor, a function specified by the software is executed. It is performed by a processor and peripheral devices.
  • the system or apparatus may include one or more non-transitory storage media on which the software is recorded, a processor, and any required hardware devices, such as an interface.
  • each drawing is a schematic diagram and is not necessarily strictly illustrated. Therefore, for example, the scales and the like do not always match in each drawing. Further, in each of the drawings, substantially the same configuration is denoted by the same reference numeral, and redundant description will be omitted or simplified.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a measurement device 100 according to an embodiment of the present disclosure.
  • the measuring apparatus 100 irradiates a laser beam to a space in a predetermined direction, receives backscattered light reflected from the measurement target 2 which is a measurement target, and converts the received light signal into an optical signal.
  • the noise is reduced by performing mathematical processing and numerical processing, and the aerosol concentration and the aerosol distribution information in the space are detected.
  • a measuring apparatus 100 includes a multi-laser light source 1, a mirror plate 3, a condenser 50, an interferometer 10, a light receiver 6, a signal processor 7 And
  • the interferometer 10 includes a first movable mirror plate 11, a half mirror plate 12, and a second movable mirror plate 13.
  • the scattered light is split into two optical paths by the half mirror plate 12.
  • the interferometer 10 includes a first movable mirror plate 11 and a second movable mirror plate 13.
  • the optical path difference between the two optical paths is formed by the first movable mirror plate 11 and the second movable mirror plate 13.
  • the measurement space is, for example, a room in a building such as a residence, an office, a nursing facility, or a hospital.
  • the measurement space is, for example, a space partitioned by walls, windows, doors, floors, ceilings, and the like, and is a closed space, but is not limited thereto.
  • the measurement space may be an open space outside.
  • the measurement space may be an internal space of a moving object such as a bus or an airplane.
  • the measurement target 2 to be detected by the measurement device 100 exists in the measurement space.
  • the measurement object 2 is an aerosol or the like.
  • the measurement object 2 is dust such as dust or dust floating in the measurement space, suspended particulate matter such as PM2.5, biological particles such as pollen, or fine particles. Contains water droplets. Biological particles also include molds and mites floating in the air.
  • the measurement object 2 may include a substance that is dynamically generated from the human body, such as a cough or a sneeze, and a minute water droplet.
  • FIG. 2A is a flowchart illustrating an example of a measurement process according to the present disclosure.
  • the multi-laser light source 1 emits a laser beam to a scatterer in the atmosphere (S1).
  • the scatterer is included in the measurement target 2.
  • the interferometer 10 causes the scattered light generated by the scattering of the laser light by the scatterer to interfere (S2).
  • the Mie scattered light included in the scattered light interfered by the interferometer 10 is received by the light receiver 6 (S3).
  • the light receiver 6 outputs a signal corresponding to the intensity of the Mie scattered light.
  • the signal processing unit 7 detects the amount of Mie scattered light from the signal of the light receiver 6 (S4).
  • FIG. 2B is a flowchart illustrating another example of the measurement processing according to the present disclosure.
  • the position of the first movable mirror plate 11 is set (S10). Specifically, the first movable mirror plate 11 is arranged at a predetermined position.
  • the multi-laser light source 1 emits multi-laser light with a mode interval LW2 (S20).
  • the mode interval LW2 corresponds to a frequency interval between a plurality of peaks of the multi-laser light, that is, a frequency interval between a plurality of oscillation frequencies of the multi-laser light.
  • the irradiated laser light is scattered by the object 2 to be measured.
  • the scattered light includes light from the measurement object 2 and atmospheric constituent molecules.
  • the light collecting unit 50 such as a lens (S21). As shown in FIG. 1, the light collector 50 is disposed between the measurement target 2 and the mirror plate 3. Note that the light collector 50 may be arranged between the mirror plate 3 and the half mirror plate 12.
  • the collected scattered light is branched into two lights having different optical paths, and the two lights interfere with each other (S22).
  • the collected scattered light is split into two optical paths by the interferometer 10.
  • the scattered light is split by the half mirror plate 12 into first scattered light and second scattered light having an optical path different from that of the first scattered light.
  • the first scattered light is reflected by the first movable mirror plate 11, and returns to the half mirror plate 12 as first reflected light.
  • the second scattered light is reflected by the second movable mirror plate 13 and returns to the half mirror plate 12 as second reflected light.
  • An interference light generated by the first reflected light from the first movable mirror plate 11 and the second reflected light from the second movable mirror plate 13 is generated.
  • the generated interference light is received by the light receiver 6 and transmitted to the signal processor 7 (S23).
  • the signal processor 7 confirms the driving amount of the second movable mirror plate 13.
  • the control unit 30 changes the position of the second movable mirror plate 13 of the interferometer 10 (S30). Specifically, the control unit 30 controls the actuator 31 to move the second movable mirror plate 13 by a predetermined amount, and returns to step S20.
  • an interferogram is formed from the signal obtained by the light receiver 6 in the signal processing unit 7.
  • the interferogram is an interference fringe generated when light branched into two optical paths causes interference due to a difference between the optical paths.
  • the signal processing unit 7 calculates the Mie scattered light component using the interferogram (S25).
  • the driving amount of the second movable mirror plate 13 will be described with reference to FIG. Note that the driving amount of the second movable mirror plate 13 corresponds to the moving amount dx2 of the second movable mirror plate 13.
  • the optical path L2 is the optical path of the second scattered light. Specifically, the optical path L2 is twice the distance between the half mirror plate 12 and the second movable mirror plate 13.
  • the optical path L1 is an optical path of the first scattered light. Specifically, the optical path L1 is twice as long as the distance between the half mirror plate 12 and the first movable mirror plate 11.
  • the light receiver 6 receives both scattered light passing through the optical path L1 and second scattered light passing through the optical path L2.
  • the optical path L2 changes and scattered light of the optical path difference between the optical paths L1 and L2 can be received.
  • the movement (specifically, sweeping) of the second movable mirror plate 13 is performed by the actuator 31 connected to the second movable mirror plate 13.
  • the control unit 30 moves the actuator 31 to sweep the optical path difference, and generates an interferogram.
  • the generated interferogram is converted into a signal by the light receiver 6, and the converted signal is acquired by the signal processing unit 7.
  • the signal processing unit 7 extracts a signal component near the first interference fringe corresponding to the wavelength interval of the laser light emitted from the multi-laser light source 1 from the signal component of the interferogram obtained by sweeping the optical path difference. , A signal component corresponding to the Mie scattered light is obtained using the signal component.
  • control unit 30 and the signal processing unit 7 are configured separately, but the control unit 30 and the signal processing unit 7 may be configured by one electronic circuit such as an LSI.
  • the Mie scattered light component is emphasized by the generated interference fringe, and the Rayleigh scattered light component is removed.
  • FIG. 3 is an example of a spectrum of a multi-laser light and an enlarged view of the spectrum according to the embodiment of the present disclosure.
  • the horizontal axis shows the spectrum difference and the vertical axis shows the intensity of the laser light signal in each spectrum.
  • the center value ⁇ of the plurality of wavelength spectra of the multi-laser light is 400 nm
  • the mode interval LW2 is 6 GHz.
  • the mode interval LW2 is a frequency interval between a plurality of peaks included in the multi-laser light.
  • Part (b) of FIG. 3 is an enlarged view of one of a plurality of peaks included in the multi-laser light of part (a) of FIG.
  • the full width at half maximum LW1 of one peak of the multi laser light is, for example, 360 MHz.
  • the multi-laser light source 1 emits, for example, multi-laser light whose full width at half maximum LW1 includes 41 peaks at 360 MHz.
  • the interference fringe corresponds to the difference in wavelength.
  • an interferogram is generated by an interference fringe corresponding to the mode interval LW2 of the laser light.
  • the interference fringe interval ⁇ x is obtained by the following equation 1.
  • C is the speed of light (3 ⁇ 10 8 m / s).
  • the interference fringe interval ⁇ x will be described. For example, when the center value ⁇ of a plurality of wavelength spectra is 400 nm and the spectrum interval LW2 is 6 GHz, calculation is performed using Equation 1, and the interference fringe interval ⁇ x is 50 mm.
  • the distance ⁇ x between the interference fringes is calculated by Equation 1, and is 100 mm.
  • FIG. 4 is an example of the spectrum of the scattered light scattered from the atmosphere and the aerosol when the multi-laser light is irradiated according to the embodiment of the present disclosure, and an enlarged view thereof.
  • the horizontal axis shows the spectrum difference
  • the vertical axis shows the intensity of the signal of the scattered light scattered from the atmosphere and the aerosol in each spectrum.
  • Part (b) of FIG. 4 illustrates an enlargement of part (a) of FIG.
  • the calculation is performed with the ratio of the signal intensity Im of the atmospheric scattering to the signal intensity I of the aerosol being 3: 1.
  • the spectrum interval MW2 of the scattered light is equal to the laser mode interval LW2.
  • the full width at half maximum MW1 of the peak in the frequency spectrum of the Mie scattered light due to the aerosol is equal to the full width at half maximum LW1 of the peak in the frequency spectrum of the multi-laser light.
  • the full width at half maximum RW of the peak of Rayleigh scattered light by atmospheric constituent molecules expands due to thermal motion. It is known that the full width at half maximum RW of the peak of the Rayleigh scattered light in the actual measurement is about 3.4 GHz to 3.9 GHz. Taking this into consideration, the full width at half maximum RW is calculated as 3.6 GHz (1.9 pm).
  • One embodiment of the present disclosure provides a technique for extracting an aerosol signal from the difference in the full width at half maximum.
  • FIG. 5 is an example of a calculation result of an interferogram generated when the spectrum of the scattered light scattered from the atmosphere and the aerosol by the multi-laser light according to the embodiment of the present disclosure is spectrally separated by the interferometer 10.
  • the horizontal axis shows the optical path difference of the interferometer 10
  • the vertical axis shows the intensity of the output signal from the interferometer 10.
  • the interval LW2 of the frequency spectrum is calculated as 6 GHz.
  • the wavelength interval corresponding to the frequency interval LW2 is 3.2 pm.
  • FIG. 6 is an enlarged view of FIG. 6, the horizontal axis indicates the optical path difference dx of the interferometer 10, and the vertical axis indicates the intensity of the output signal from the interferometer 10.
  • the measurement is performed, for example, under the following conditions. Specifically, dx1 is set to 50 mm with respect to the position of the first movable mirror plate 11 (1/2 ⁇ dx1). With respect to the position (1 / ⁇ dx2) of the second movable mirror plate 13, dx2 is set to ⁇ 0.1 mm, 0 mm, and 0.1 mm, respectively. That is, as an example, the number N of measurement points is set to three. Under these conditions, an interferogram is generated.
  • the measurement range sx can be expressed as follows.
  • the measurement range sx is set to be larger than 1 / wavelength of the center wavelength ⁇ of the multi-laser light and smaller than 1 / of the interference fringe interval ⁇ x.
  • FIG. 7 is an example of a calculation result of the dependence of the interferogram generated when spectroscopy is performed by the interferometer 10 according to the embodiment of the present disclosure on the scattered light intensity I due to the atmosphere and the aerosol.
  • the horizontal axis indicates the optical path difference dx of the interferometer 10, and the vertical axis indicates the intensity of the output signal from the interferometer 10.
  • dx1 is set to 50 mm with respect to the position (1/2 ⁇ dx1) of the first movable mirror plate 11 corresponding to the first interference fringe, and With respect to the position (1/2 ⁇ dx2) of the movable mirror plate 13, an interferogram is generated with dx2 set to ⁇ 1, ⁇ 0.9,.
  • the interferogram is illustrated by interpolating a portion other than the calculated first interference fringe peripheral signal with zero.
  • the intensity of scattered light I due to aerosols is fixed to 0 times, 1 time, 2 times, and 4 times the intensity of scattered light Im, respectively. It shows the calculation result when the calculation is changed for each.
  • the driving amount of the second movable mirror plate 13 is set to be larger than ⁇ ⁇ ⁇ wavelength of the center wavelength ⁇ of the multi-laser light and smaller than 1 / of the interference fringe interval ⁇ x.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating the dependence of the signal intensity on the driving amount of the second movable mirror plate 13 according to the embodiment of the present disclosure.
  • the horizontal axis shows the driving amount
  • the vertical axis shows the signal intensity.
  • FIG. 8 illustrates the calculation results under the condition that the center value ⁇ of the plurality of wavelength spectra is 400 nm, the mode interval LW2 is 3 GHz, and the number N of measurement points is 11.
  • the graph also shows the calculation result of the drive amount dependence of the signal intensity variation when the center value ⁇ is shifted to 0 GHz, 10 GHz, and 20 GHz.
  • the first interference fringe has extremely small influence of scattering by atmospheric molecules as compared with the aerosol. Therefore, it can be seen that when the intensity of the scattered light by the aerosol increases, the first interference fringe monotonically increases, and by measuring this, the intensity of the scattered light by the aerosol can be measured.
  • the magnitude of the first interference fringe can be expressed using the difference between the maximum value and the minimum value of the interferogram signal.
  • wavelength spectrum data may be obtained by performing Fourier transform using an interferogram obtained by interpolating a part other than the measured first interference fringe peripheral signal with zero, and expressing the wavelength spectrum data using the maximum value.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a calculation result of the dependence of the interferogram generated by the measuring apparatus 100 according to the present embodiment on the shift amount of the wavelength spectrum of the multi-laser light.
  • the upper graph is a scattered light spectrum
  • the middle graph is an interferogram generated
  • the lower graph is a spectrum after Fourier transform of the interferogram. Is represented.
  • the horizontal axis represents the frequency difference df
  • the vertical axis represents the intensity.
  • the frequency difference df corresponds to the wavelength spectrum difference d ⁇ .
  • the horizontal axis represents the optical path difference dx of the interferometer 10
  • the vertical axis represents the intensity.
  • An interferogram is generated by setting dx2 to ⁇ 0.1 mm, 0 mm, and 0.1 mm and the number N of measurement points to 3 for each deviation amount.
  • the signal after Fourier transform based on the acquired interferogram does not change in signal intensity at any shift amount, and a signal change corresponding to the shift amount is obtained.
  • An interferogram is generated by setting dx2 to ⁇ 0.1 mm, 0 mm, and 0.1 mm and the number N of measurement points to 3 for each deviation amount.
  • the signal after Fourier transform based on the acquired interferogram does not change in signal intensity at any shift amount, and a signal change corresponding to the shift amount is obtained.
  • FIG. 10 is an example of a calculation result of the dependence of the interferogram generated when spectroscopy is performed by the interferometer 10 according to the embodiment of the present disclosure on the number of measurement points.
  • parts (a) to (e) of FIG. 10 show the cases where the number N of measurement points is 1, 2, 3, 9, and 21, respectively.
  • the spectrum after the Fourier transform in the portion (a) of FIG. 10 is shown by enlarging the vertical axis by 10 times as compared with the spectrum after the Fourier transform in the portions (b) to (e) of FIG. I have.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a calculation result of the dependence of the interferogram generated by the measurement device according to the embodiment of the present disclosure on the mode interval LW2 of the multi-laser light source 1.
  • the mode interval LW2 of the multi-laser light source 1 is changed to 1.5 GHz, 3 GHz, 4 GHz, 5 GHz, 6 GHz, and 12 GHz is shown in FIG. 11 (a) and FIG. b), part (c) of FIG. 11, part (d) of FIG. 11, part (e) of FIG. 11, and part (f) of FIG.
  • the mode interval LW2 that is, the spectral interval MW2 of the scattered light is different from the full width at half maximum RW (3.4 GHz) of Rayleigh scattering by atmospheric constituent molecules.
  • the wavelength spectrum of the reflection intensity due to Rayleigh scattering approaches flat.
  • the light component due to Rayleigh scattering is concentrated near the zeroth interference fringe, and the first interference fringe approaches only the light component due to Mie scattering.
  • One embodiment of the present disclosure provides a technique for extracting an aerosol signal from a difference in full width at half maximum between Rayleigh scattering and Mie scattering.
  • the light emitted from the multi-laser light source 1 is a light having a plurality of peaks at equal frequency intervals and less than the full width at half maximum of the peak in the frequency spectrum of the Rayleigh scattered light of the atmospheric constituent molecules.
  • the intensity of the light component due to Mie scattering increases due to the intensity of the light component due to Rayleigh scattering. Is removed. Therefore, only the Mie scattered light component can be detected with high accuracy.
  • FIG. 12 illustrates an example of a calculation result of the dependence of the signal ratio after Fourier transform of the interferogram generated when spectroscopy is performed by the interferometer 10 according to the embodiment of the present disclosure on the mode interval LW2 of the multi-laser light source 1.
  • FIG. 12 illustrates an example of a calculation result of the dependence of the signal ratio after Fourier transform of the interferogram generated when spectroscopy is performed by the interferometer 10 according to the embodiment of the present disclosure on the mode interval LW2 of the multi-laser light source 1.
  • the horizontal axis indicates the mode interval LW2
  • the vertical axis indicates the signal ratio after Fourier transform at each mode interval.
  • the signal ratio shows the ratio between the case where the scattered light intensity I due to the aerosol is 0 and the case where the scattered light intensity Im due to atmospheric constituent molecules is 6 times.
  • the signal ratio exceeds 1000, illustration is omitted.
  • the respective dependencies when the number N of measurement points is changed to 2, 3, and 11 are illustrated. Although there is no dependency on the number N of measurement points, the signal ratio decreases as the mode interval LW2 increases.
  • an atmospheric scatter signal can be neglected because one significant digit is required and the signal ratio needs to be 10 or more.
  • the mode interval LW2 according to the embodiment of the present disclosure has an effect of removing the atmospheric scattering signal when the mode interval LW2 is 5 GHz or less.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining the dependency of the interference fringe frequency interval by the Michelson interferometer when only atmospheric scattering is considered without scattering by aerosol.
  • the horizontal axis represents dx
  • the vertical axis represents signal strength.
  • the frequency interval LW2 of the emitted light is 2.4 GHz, 3.0 GHz, 3.6 GHz, 3.7 GHz, 3.8 GHz, 3.9 GHz, 4 GHz, 5 GHz, and 6 GHz, respectively.
  • 10 GHz, 15 GHz, and 30 GHz show calculation results of interferograms.
  • the mode interval LW2 ie, the frequency interval LW2
  • the frequency interval LW2 is 2.4 GHz
  • the frequency interval LW2 is in the range of 3.0 GHz to 4 GHz
  • the zeroth interference fringe and the first interference fringe appear, and the second or more interference fringes do not appear.
  • the frequency interval LW2 is 5 GHz
  • the second interference fringe appears in addition to the zeroth interference fringe and the first interference fringe.
  • a range where the first interference fringe or more appears is indicated by a broken-line frame.
  • the appearance of the second or higher interference fringe when only atmospheric scattering is taken into account means that interference is caused only by Rayleigh scattered light. That is, it means that when Rayleigh scattered light is incident on the interferometer 10, the Rayleigh scattered light is transmitted. Therefore, if the frequency interval LW2 is equal to or less than 3.9 GHz, the first interference fringe becomes small, and the transmission of Rayleigh scattered light is suppressed.
  • the size of the first interference fringe when the frequency interval LW2 is 3.9 GHz is 50% or less of the size of the first interference fringe when the frequency interval LW2 is 5 GHz. For this reason, since the first interference fringe is small, it is possible to suppress the Rayleigh scattered light from passing through the interferometer 10.
  • the Rayleigh scattered light can be efficiently removed from the scattered light by setting the frequency interval LW2 to 3.9 GHz or less.
  • the frequency interval of the multi-laser light source 1 is 5 GHz or less, the Rayleigh scattered light component based on atmospheric scattering can be effectively removed, and the aerosol can be accurately detected based on the Mie scattered light component. it can. Further, when the frequency interval of the multi-laser light source 1 is 3.9 GHz or less, the Mie scattered light component can be detected with higher accuracy, so that the aerosol detection accuracy can be further improved.
  • the multi-laser light source 1 is an example of a light source that emits a laser beam having a frequency spectrum including a plurality of peaks spaced at equal frequency intervals to a scatterer in the atmosphere.
  • the multi-laser light source 1 is an example of a light source that emits laser light having a plurality of oscillation frequencies having different wavelengths at equal wavelength intervals to a scatterer in the atmosphere.
  • the frequency interval is less than the full width at half maximum of the peak in the frequency spectrum of Rayleigh scattered light of atmospheric constituent molecules. Specifically, as shown in FIGS. 3 and 4, the frequency interval LW2 is smaller than the full width at half maximum RW of the peak of the Rayleigh scattered light component by the atmospheric constituent molecules.
  • the multi-laser light source 1 is realized by, for example, a multi-mode laser. Further, a multiple interference filter such as an etalon may be used in front of the laser light source. Both can have a periodic spectrum peak in the wavelength region, and a sharp waveform with a narrow full width at half maximum can be obtained. Further, a plurality of lasers prepared to have a periodic spectrum peak may be used.
  • the interferometer 10 causes the scattered light generated by scattering of the laser light emitted from the multi-laser light source 1 by the scatterer to interfere. Specifically, the interferometer 10 splits the scattered light into a first scattered light and a second scattered light having an optical path different from the first scattered light, and the first scattered light and the second scattered light are separated from each other. An interference light is generated by changing an optical path difference from the scattered light and causing the first scattered light and the second scattered light to interfere with each other. The interferometer 10 obtains an interferogram by causing the first scattered light and the second scattered light to interfere with each other.
  • Interferometer 10 is a Michelson interferometer as shown in FIG. 1
  • Interferometer 10 may be, for example, a Mach-Zehnder interferometer, a Fabry-Perot interferometer, or the like.
  • the interferometer 10 includes a first movable mirror plate 11, a half mirror plate 12, and a second movable mirror plate 13.
  • the initial distance between the second movable mirror plate 13 and the half mirror plate 12 be 1 / ⁇ L.
  • the measurement is performed by sweeping the second movable mirror plate 13 in a range of 1/2 ⁇ L ⁇ dx2.
  • the first movable mirror plate 11 having a long movable length and being fixed during the measurement and the second movable mirror plate 13 having a short movable length and being movable during the measurement are movable.
  • the division can be divided. As a result, it is possible to perform small and highly accurate spectroscopy.
  • two types of movable mirror plates are used for each moving distance.
  • the second movable mirror plate 13 may be fixed during the measurement, and the first movable mirror plate 11 may be moved during the measurement.
  • the light receiver 6 receives the Mie scattered light included in the scattered light that has been interfered. Specifically, the light receiver 6 receives the interference light output from the interferometer 10 and outputs a signal corresponding to the intensity of the interference light. That is, the light receiver 6 converts the interferogram acquired by the interferometer 10 into a signal.
  • the photodetector 6 uses, for example, a PMT (PhotoMultiplier @ Tube), but is not limited to this.
  • the light receiver 6 may have a configuration including a PMT and a photon counter. Further, the light receiver 6 may have a configuration having an APD (Avalanche @ PhotoDiode).
  • the signal processing unit 7 performs signal processing on a signal obtained by the light receiver 6. Specifically, the signal processing unit 7 detects the amount of Mie scattered light from the signal output from the light receiver 6. For example, the signal processing unit 7 detects a signal component corresponding to Mie scattered light included in the scattered light by generating an interferogram of the interference light from the signal.
  • the components of the signal processing unit 7 may be configured by a computer, one or a plurality of electronic circuits. Each of the one or more electronic circuits may be a general-purpose circuit or a dedicated circuit.
  • the one or more electronic circuits may include, for example, a semiconductor device, an integrated circuit (IC), or a large scale integration (LSI).
  • the IC or LSI may be integrated on one chip, or may be integrated on a plurality of chips.
  • the term is referred to as an IC or an LSI, but the term varies depending on the degree of integration, and may be called a system LSI, a VLSI (Very Large Scale Integration), or a ULSI (Ultra Large Scale Integration).
  • an FPGA Field Programmable Gate Array programmed after manufacturing the LSI can be used for the same purpose.
  • the light collecting unit 50 is an optical component that collects scattered light from the scatterer that is the measurement target 2.
  • the light collecting unit 50 is, for example, at least one light collecting lens, at least one reflecting mirror, or a combination thereof.
  • the light collecting unit 50 may include a lens group including a light collecting lens and a collimating lens. The light condensed by the condenser lens is converted into parallel light by the collimator lens and emitted. Thus, the scattered light collected by the light collecting unit 50 is incident on the mirror plate 3.
  • the light collecting unit 50 may include a pinhole.
  • the light collecting unit 50 is disposed on the optical path between the scatterer and the interferometer 10.
  • the light collector 50 is arranged between the scatterer and the mirror plate 3.
  • the light collecting unit 50 may not be provided. That is, as shown in FIG. 14, the measuring device does not need to include the light collecting unit 50.
  • the measuring device 200 shown in FIG. 14 is a modified example of the measuring device 100, and is the same as the measuring device 100 except that the measuring device 200 does not include the light collecting unit 50.
  • FIG. 15A and FIG. 15B are diagrams showing a purification system 300 including the measuring device 100 according to the present embodiment.
  • the purification system 300 includes the measuring device 100 and the purification device 310. Note that the purification system 300 may include the measuring device 200 shown in FIG.
  • Purification device 310 is a device that purifies aerosol.
  • purifying the aerosol means reducing the aerosol detected in the detection area. Thereby, the occurrence of health damage due to the aerosol can be suppressed.
  • purifying the aerosol also means detoxifying the virus contained in the aerosol and / or simply discharging the aerosol from the target space.
  • the purifying device 310 is, for example, a spray device that sprays a chemical solution 311 for rendering the aerosol harmless.
  • the chemical solution 311 is, for example, hypochlorous acid water or ozone water. Alternatively, the chemical solution 311 may be an alcohol solution.
  • the chemical solution 311 has a function of removing bacteria or viruses.
  • the purifying device 310 atomizes and sprays the chemical solution 311, for example. At this time, the purifying device 310 may spray the mist of the chemical solution 311 in a spiral shape.
  • the purifier 310 may be an airflow generator that generates an airflow.
  • the airflow is, for example, an airflow pushed out in a direction away from the purification device 310 and / or an airflow sucked in a direction approaching the purification device 310.
  • Purification device 310 purifies aerosol based on the measurement result by measurement device 100. Specifically, as shown in FIG. 15A, the measuring apparatus 100 detects the aerosol contained in the scatterer by emitting the laser light 320 toward the scatterer and receiving the scattered light from the scatterer. I do. For example, by scanning the emission direction of the laser light in the space, the measurement device 100 can generate a distribution indicating the presence / absence and / or concentration of the aerosol in the space. As shown in FIG. 15B, based on the distribution generated by the measurement device 100, the purification device 310 moves the chemical solution toward a position where the aerosol exists and / or a position where the concentration of the aerosol exceeds a predetermined threshold. Spray 311.
  • the chemical solution 311 can be released toward the aerosol by using the measurement result of the measurement device 100.
  • the chemical solution 311 is effectively used for detoxifying the aerosol, and thus the aerosol can be purified efficiently.
  • the aerosol can be pushed out of the detection area by generating an airflow in a direction to push the aerosol toward the aerosol, and the aerosol can be purified.
  • the purifying device 310 may purify the aerosol by inhaling the aerosol.
  • the purification system 300 by using the position of the aerosol, it is possible to suppress the aerosol from being diffused by the airflow, so that the aerosol can be efficiently purified.
  • the present disclosure can be used as a measurement device and a measurement method for observing the distribution of aerosol in the atmosphere, and can be used, for example, for outdoor weather observation and indoor harmful particle measurement.

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Abstract

本開示の一態様に係る計測装置は、互いに等しい周波数間隔で離れた複数の発振周波数を有するレーザ光を大気中の散乱体へ出射する光源と、レーザ光が散乱体で散乱することにより生じた散乱光を干渉させる干渉計と、干渉された散乱光中に含まれるミー散乱光を受光する受光器と、受光器の信号からミー散乱光の量を検出する信号処理部と、を備える。前記周波数間隔は、大気を構成する分子によって生じるレイリー散乱光の周波数スペクトルにおけるピークの半値全幅未満である。

Description

計測装置及び計測方法
　本開示は、例えば大気中のエアロゾルの分布の観測を行う計測装置及び計測方法に関するものである。
　計測装置の一例として、ライダー（ＬＩＤＡＲ：Light Detection and Ranging）技術を用いたライダー装置が知られている。ライダーは、観測領域の大気中に短パルスのレーザ光を照射し、その散乱光を信号として測定し、解析することにより黄砂、花粉、埃、又は微小水滴などの空気中を浮遊する計測対象物、すなわち、エアロゾルの状態を観測する技術である。散乱光にはミー散乱光成分とレイリー散乱光成分とが含まれる。ミー散乱は、計測対象物による散乱現象であり、レーザ光の波長と同等以上の粒径の微粒子によって起こる散乱現象である。レイリー散乱は、レーザ光の波長よりも小さな微粒子によって起こる散乱現象である。散乱光からレイリー散乱光成分を分離することでミー散乱光成分を得ることができる。
　従来、単一縦モードのレーザ光を用いたエアロゾルによるミー散乱と、大気構成分子によるレイリー散乱とが含まれる散乱光をフィルタで分光分離する方法が知られている。例えば、特許文献１にはその方法が開示されている。
　エアロゾルによるミー散乱の半値全幅は、照射されたレーザ光の半値全幅にほぼ等しい。大気構成分子によるレイリー散乱の半値全幅は、大気構成分子の熱運動によるドップラー効果で、半値全幅は広がる。特許文献１に記載された方法は、これらのことを利用して分光分離する方法である。
　この方法においては、レーザの狭帯域化及びその波長と分光素子の吸収スペクトル又はバンドパススペクトルとを合わせる必要があり、その制御は容易ではなく、長期間の連続観測を困難とすることが考えられる。
　また、マルチ縦モードレーザを用いて、エアロゾルによるミー散乱と大気構成分子によるレイリー散乱とが含まれる散乱光を分光により検出し、これらを分離する方法が知られている。例えば、特許文献２にはその方法が開示されている。
　特許文献２に記載された技術では、マルチ縦モードレーザのスペクトルモード間隔が一定であることを利用し、これと同じスペクトル間隔の光を選択的に透過させる干渉計を用いて分光する。レイリー散乱光成分は、レーザ光のスペクトルモード間隔の間を埋めるようなスペクトルを持つ。特許文献２に記載された技術では、ミー散乱光成分を干渉計により除去し、レイリー散乱信号を得る。
国際公開第２００３／０７３１２７号 特許第６２４３０８８号公報
　しかしながら、これらの上記従来技術では、レーザ光のピークの位置が変化した場合に、光路差をレーザ光の１波長分掃引させながら同調する必要がある。
　そこで、本開示は、レーザの波長と分光素子のスペクトルとを同調させる必要なく、簡易な方法でミー散乱を分離検出することができる計測装置及び計測方法を提供する。
　本開示の一態様に係る計測装置は、互いに等しい周波数間隔で離れた複数の発振周波数を有するレーザ光を大気中の散乱体へ出射する光源と、前記レーザ光が前記散乱体で散乱することにより生じた散乱光を干渉させる干渉計と、前記干渉計により干渉された散乱光中に含まれるミー散乱光を受光する受光器と、前記受光器の信号から前記ミー散乱光の量を検出する信号処理部と、を備える。前記周波数間隔は、前記大気を構成する分子によって生じるレイリー散乱光の周波数スペクトルにおけるピークの半値全幅未満である。
　また、本開示の別の一態様に係る計測装置は、互いに等しい周波数間隔で離れた複数の発振周波数を有するレーザ光を大気中の散乱体へ出射する光源と、前記レーザ光が前記散乱体で散乱することにより生じた散乱光を、第１の散乱光と、前記第１の散乱光と光路が異なる第２の散乱光とに分岐し、前記第１の散乱光と前記第２の散乱光とを干渉させることによりインターフェログラムを取得する干渉計と、前記インターフェログラムを信号に変換する受光器と、前記受光器によって得られた前記信号を信号処理する信号処理部と、前記干渉計に、前記第１の散乱光と前記第２の散乱光との光路差を掃引させる制御部と、を備える。前記信号処理部は、前記インターフェログラムの信号成分から、前記光路差が前記周波数間隔に対応する波長間隔であるときに生じる第１の干渉フリンジを含む信号成分を抽出することにより、前記散乱光に含まれるミー散乱光に相当する信号成分を取得する。
　また、本開示の一態様に係る計測方法は、互いに等しい周波数間隔で離れた複数の発振周波数を有するレーザ光を大気中の散乱体へ出射することと、前記レーザ光が前記散乱体で散乱することにより生じた散乱光を干渉させることと、前記干渉計により干渉された散乱光中に含まれるミー散乱光を受光することと、前記受光により得られた信号から前記ミー散乱光の量を検出することと、を含む。前記周波数間隔は、前記大気を構成する分子によって生じるレイリー散乱光の周波数スペクトルにおけるピークの半値全幅未満である。
　また、本開示の別の一態様に係る計測方法は、互いに等しい周波数間隔で離れた複数の発振周波数を有するレーザ光を大気中の散乱体へ出射することと、前記レーザ光が前記散乱体で散乱することにより生じた散乱光を、第１の散乱光と、前記第１の散乱光と光路が異なる第２の散乱光とに分岐し、前記第１の散乱光と前記第２の散乱光とを干渉させることによりインターフェログラムを取得することと、前記インターフェログラムを信号に変換することと、前記信号を信号処理することと、前記第１の散乱光と前記第２の散乱光との光路差を掃引させることと、を含む。前記信号処理することでは、前記インターフェログラムの信号成分から、前記光路差が前記周波数間隔に対応する波長間隔であるときに生じる第１の干渉フリンジを含む信号成分を抽出することにより、前記散乱光に含まれるミー散乱光に相当する信号成分を取得する。
　また、本開示の一態様は、上記計測方法をコンピュータに実行させるプログラムとして実現することができる。あるいは、本開示の一態様は、当該プログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な非一時的な記録媒体として実現することもできる。
　本開示によれば、マルチレーザの波長と分光素子のスペクトルとを同調させる必要なく、簡易な方法でミー散乱を分離検出することができる計測装置及び計測方法を提供することができる。
図１は、本開示の実施の形態に係る計測装置の概略構成を示す図である。 図２Ａは、本開示の計測処理の一例を示すフローチャートである。 図２Ｂは、本開示の計測処理の別の一例を示すフローチャートである。 図３は、本開示の実施の形態に係るマルチレーザ光のスペクトルの一例及びその拡大を示す図である。 図４は、本開示の実施の形態に係るマルチレーザ光が照射された場合に大気及びエアロゾルから散乱した散乱光のスペクトルの一例及びその拡大を示す図である。 図５は、本開示の実施の形態に係るマルチレーザ光による大気及びエアロゾルから散乱した散乱光のスペクトルを干渉計で分光した際に生じるインターフェログラムの計算結果の一例を示す図である。 図６は、本開示の実施の形態に係るマルチレーザ光による大気及びエアロゾルから散乱した散乱光のスペクトルを干渉計で分光した際に生じるインターフェログラムの計算結果の一例及びその拡大を示す図である。 図７は、本開示の実施の形態に係る計測装置が生成するインターフェログラムの、大気及びエアロゾルによる散乱光強度Ｉに対する依存性の計算結果の一例を示す図である。 図８は、本開示の実施の形態に係る信号強度の、第２の可動ミラー板の駆動量に対する依存性を示す図である。 図９は、本開示の実施の形態に係る計測装置が生成するインターフェログラムの、マルチレーザ光の波長スペクトルのずれ量に対する依存性の計算結果の一例を示す図である。 図１０は、本開示の実施の形態に係る計測装置が生成するインターフェログラムの、測定箇所数に対する依存性の計算結果の一例を示す図である。 図１１は、本開示の実施の形態に係る計測装置が生成するインターフェログラムの、マルチレーザ光源のモード間隔ＬＷ２に対する依存性の計算結果の一例を示す図である。 図１２は、本開示の実施の形態に係るフーリエ変換後の信号比の、マルチレーザ光源のモード間隔ＬＷ２に対する依存性の計算結果の一例を示す図である。 図１３は、エアロゾルによる散乱がなく、大気散乱だけを考慮した場合のマイケルソン干渉計による干渉フリンジの周波数間隔の依存性を説明するための図である。 図１４は、本開示の実施の形態の変形例に係る計測装置の概略構成を示す図である。 図１５Ａは、本開示の実施の形態又は変形例に係る計測装置を備える浄化システムを示す図である。 図１５Ｂは、本開示の実施の形態又は変形例に係る計測装置を備える浄化システムを示す図である。
　（本開示の概要）
　本開示に係る計測装置と計測方法の態様は、以下である。
　本開示の一態様の計測装置は、互いに等しい周波数間隔で離れた複数の発振周波数を有するレーザ光を大気中の散乱体へ出射する光源と、前記レーザ光が前記散乱体で散乱することにより生じた散乱光を干渉させる干渉計と、前記干渉計により干渉された散乱光中に含まれるミー散乱光を受光する受光器と、前記受光器の信号から前記ミー散乱光の量を検出する信号処理部と、を備える。前記周波数間隔は、前記大気を構成する分子によって生じるレイリー散乱光の周波数スペクトルにおけるピークの半値全幅未満である。
　これにより、大気構成分子によるレイリー散乱光と、エアロゾルによるミー散乱光との周波数スペクトルの差を利用することができるので、マルチレーザの波長と分光素子のスペクトルとを同調させる必要なく、簡易な方法でミー散乱を分離検出することができる。
　また、本開示の一態様の計測装置において、前記干渉計は、前記散乱光を、第１の散乱光と、前記第１の散乱光と光路が異なる第２の散乱光とに分岐し、前記第１の散乱光と前記第２の散乱光との光路差を変化させ、かつ前記第１の散乱光と前記第２の散乱光とを干渉させることにより干渉光を生成してもよい。
　これにより、大気構成分子によるレイリー散乱光と、エアロゾルによるミー散乱光との周波数スペクトルの差を利用することができるので、マルチレーザの波長と分光素子のスペクトルとを同調させる必要なく、簡易な方法でミー散乱を分離検出することができる。
　また、本開示の別の一態様の計測装置では、前記周波数間隔は、３．９ＧＨｚ以下であってもよい。
　これにより、散乱光に含まれるミー散乱光成分をより高い精度で検出することができる。
　また、本開示の別の一態様の計測装置は、互いに等しい周波数間隔で離れた複数の発振周波数を有するレーザ光を大気中の散乱体へ出射する光源と、前記レーザ光が前記散乱体で散乱することにより生じた散乱光を、第１の散乱光と、前記第１の散乱光と光路が異なる第２の散乱光とに分岐し、前記第１の散乱光と前記第２の散乱光とを干渉させることによりインターフェログラムを取得する干渉計と、前記インターフェログラムを信号に変換する受光器と、前記受光器によって得られた前記信号を信号処理する信号処理部と、前記干渉計に、前記第１の散乱光と前記第２の散乱光との光路差を掃引させる制御部と、を備える。前記信号処理部は、前記インターフェログラムの信号成分から、前記光路差が前記周波数間隔に対応する波長間隔であるときに生じる第１の干渉フリンジを含む信号成分を抽出することにより、前記散乱光に含まれるミー散乱光に相当する信号成分を取得する。
　これにより、大気構成分子によるレイリー散乱光と、エアロゾルによるミー散乱光との周波数スペクトルの差を利用することができるので、マルチレーザの波長と分光素子のスペクトルとを同調させる必要なく、簡易な方法でミー散乱を分離検出することができる。
　また、本開示の別の一態様の計測装置では、前記インターフェログラムは、複数の干渉フリンジを含み、前記制御部は、前記レーザ光の中心波長の１／４より大きく、前記複数の干渉フリンジ間の間隔の１／２より小さい範囲の光路差を掃引してもよい。
　これにより、散乱光に含まれるミー散乱光成分を高い精度で検出することができる。
　また、本開示の別の一態様の計測装置では、前記信号処理部は、前記第１の干渉フリンジを含む前記信号成分を基に、フーリエ変換を行ってもよい。
　これにより、受信信号の強度の大きさを一意に決めることができ、ミー散乱光の強度に基づいてエアロゾルを精度良く検出することができる。
　また、本開示の別の一態様の計測装置では、前記干渉計は、第１の可動ミラーと第２の可動ミラーとを含んでもよい。
　これにより、分岐させた２つの散乱光の光路差を簡単な構成で変化させることができる。
　また、本開示の別の一態様の計測装置では、前記複数のピークの周波数間隔は、５ＧＨｚ以下であってもよい。
　これにより、散乱光に含まれるレイリー散乱光を有効に除去することができ、ミー散乱光成分を精度良く検出することができる。
　また、本開示の別の一態様の計測装置では、前記複数のピークの周波数間隔は、３．９ＧＨｚ以下であってもよい。
　これにより、散乱光に含まれるミー散乱光成分をより高い精度で検出することができる。
　また、本開示の別の一態様の計測装置は、前記散乱体と前記干渉計との間の光路上に、前記散乱光を集光する集光部をさらに備えてもよい。
　これにより、散乱光の強度が弱い場合であっても、集光部が散乱光を集光することで、ミー散乱光の分離検出を精度良く行うことができる。
　本開示の一態様の計測方法は、互いに等しい周波数間隔で離れた複数の発振周波数を有するレーザ光を大気中の散乱体へ出射することと、前記レーザ光が前記散乱体で散乱することにより生じた散乱光を干渉させることと、前記干渉計により干渉された散乱光中に含まれるミー散乱光を受光することと、前記受光により得られた信号から前記ミー散乱光の量を検出することと、を含む。前記周波数間隔は、前記大気を構成する分子によって生じるレイリー散乱光の周波数スペクトルにおけるピークの半値全幅未満である。
　これにより、大気構成分子によるレイリー散乱光と、エアロゾルによるミー散乱光との周波数スペクトルの差を利用することができるので、マルチレーザの波長と分光素子のスペクトルとを同調させる必要なく、簡易な方法でミー散乱を分離検出することができる。
　また、本開示の別の一態様の計測方法は、互いに等しい周波数間隔で離れた複数の発振周波数を有するレーザ光を大気中の散乱体へ出射することと、前記レーザ光が前記散乱体で散乱することにより生じた散乱光を、第１の散乱光と、前記第１の散乱光と光路が異なる第２の散乱光とに分岐し、前記第１の散乱光と前記第２の散乱光とを干渉させることによりインターフェログラムを取得することと、前記インターフェログラムを信号に変換することと、前記信号を信号処理することと、前記第１の散乱光と前記第２の散乱光との光路差を掃引させることと、を含む。前記信号処理することでは、前記インターフェログラムの信号成分から、前記光路差が前記周波数間隔に対応する波長間隔であるときに生じる第１の干渉フリンジを含む信号成分を抽出することにより、前記散乱光に含まれるミー散乱光に相当する信号成分を取得する。
　これにより、大気構成分子によるレイリー散乱光と、エアロゾルによるミー散乱光との周波数スペクトルの差を利用することができるので、マルチレーザの波長と分光素子のスペクトルとを同調させる必要なく、簡易な方法でミー散乱を分離検出することができる。
　また、本開示の別の態様の計測方法では、前記干渉計は、前記レーザ光源の中心波長の１／４より大きく、干渉フリンジ間隔Δｘの１／２より小さい前記光路差を掃引してもよい。
　また、本開示の一態様は、上記計測方法をコンピュータに実行させるプログラムとして実現することができる。あるいは、本開示の一態様は、当該プログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な非一時的な記録媒体として実現することもできる。
　本開示において、回路、ユニット、装置、部材又は部の全部又は一部、あるいはブロック図における機能ブロックの全部又は一部は、例えば、半導体装置、半導体集積回路（ＩＣ）、又はＬＳＩ（ｌａｒｇｅ　ｓｃａｌｅ　ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）を含む１つ又は複数の電子回路によって実行され得る。ＬＳＩ又はＩＣは、１つのチップに集積されてもよいし、複数のチップを組み合わせて構成されてもよい。例えば、記憶素子以外の機能ブロックは、１つのチップに集積されてもよい。ここでは、ＬＳＩ又はＩＣと呼んでいるが、集積の度合いによって呼び方が変わり、システムＬＳＩ、ＶＬＳＩ（ｖｅｒｙ　ｌａｒｇｅ　ｓｃａｌｅ　ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）、又はＵＬＳＩ（ｕｌｔｒａ　ｌａｒｇｅ　ｓｃａｌｅ　ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）と呼ばれるものであってもよい。ＬＳＩの製造後にプログラムされる、Ｆｉｅｌｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ（ＦＰＧＡ）、又はＬＳＩ内部の接合関係の再構成若しくはＬＳＩ内部の回路区画のセットアップができるｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ　ｌｏｇｉｃ　ｄｅｖｉｃｅも同じ目的で使うことができる。
　さらに、回路、ユニット、装置、部材又は部の全部又は一部の機能又は操作は、ソフトウェア処理によって実行することが可能である。この場合、ソフトウェアは１つ又は複数のＲＯＭ、光学ディスク、ハードディスクドライブなどの非一時的記録媒体に記録され、ソフトウェアが処理装置（ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）によって実行されたときに、そのソフトウェアで特定された機能が処理装置（ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）及び周辺装置によって実行される。システムまたは装置は、ソフトウェアが記録されている１つまたは複数の非一時的記録媒体、処理装置（ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、及び必要とされるハードウェアデバイス、例えばインタフェースを備えていてもよい。
　以下では、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
　また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
　（実施の形態）
　［１．概要］
　まず、本実施の形態に係る計測装置１００について、図１を用いて説明する。図１は、本開示の実施の形態に係る計測装置１００の概略構成を示す図である。
　本実施の形態に係る計測装置１００は、空間に対し所定の方向に向けてレーザ光線を照射し、測定対象物である計測対象物２から反射された後方散乱光を受光し、受光信号を光学的処理及び数値処理することでノイズを削減し、エアロゾルの濃度、及び、空間内のエアロゾル分布情報を検出する。
　図１に示されるように、本実施の形態に係る計測装置１００は、マルチレーザ光源１と、ミラー板３と、集光部５０と、干渉計１０と、受光器６と、信号処理部７とを備える。干渉計１０は、第１の可動ミラー板１１、ハーフミラー板１２、及び、第２の可動ミラー板１３を備える。
　干渉計１０では、ハーフミラー板１２により散乱光は２つの光路に分岐される。干渉計１０は、第１の可動ミラー板１１、及び、第２の可動ミラー板１３を備えている。２つの光路の光路差は、第１の可動ミラー板１１及び第２の可動ミラー板１３により形成される。
　次に、本実施の形態に係る計測装置１００が適用される計測空間及び対象物について説明する。
　計測空間は、例えば、住居、オフィス、介護施設又は病院などの建物の一部屋である。計測空間は、例えば、壁、窓、ドア、床及び天井などで仕切られた空間であり、閉じられた空間であるが、これに限らない。計測空間は、屋外の開放された空間であってもよい。また、計測空間は、バス又は飛行機などの移動体の内部空間であってもよい。
　計測装置１００による検出の対象となる計測対象物２は、計測空間内に存在している。計測対象物２はエアロゾル等であり、具体的には、計測空間内を浮遊している塵若しくは埃などの粉塵、ＰＭ２．５などの浮遊粒子状物質、花粉などの生物系粒子、又は、微小水滴が含まれる。生物系粒子には、空中に浮遊するカビ又はダニなども含まれる。また、計測対象物２には、咳又はくしゃみなどの人体から動的に発生する物質、及び微小水滴が含まれてもよい。
　［２．動作］
　まず、本開示に係る計測装置１００が行う計測処理の一例について、図２Ａを用いて説明する。
　図２Ａは、本開示の計測処理の一例を示すフローチャートである。図２Ａに示されるように、まず、マルチレーザ光源１が、レーザ光を大気中の散乱体へ出射する（Ｓ１）。散乱体は、計測対象物２に含まれる。次に、干渉計１０が、レーザ光が散乱体で散乱することにより生じた散乱光を干渉させる（Ｓ２）。次に、干渉計１０により干渉された散乱光中に含まれるミー散乱光を、受光器６が受光する（Ｓ３）。受光器６は、ミー散乱光の強度に応じた信号を出力する。次に、信号処理部７が、受光器６の信号からミー散乱光の量を検出する（Ｓ４）。
　次に、本開示の計測装置１００が行う計測処理のより具体的な動作について、図２Ｂを用いて説明する。
　図２Ｂは、本開示の計測処理の別の一例を示すフローチャートである。図２Ｂに示されるように、まず、第１の可動ミラー板１１の位置を設定する（Ｓ１０）。具体的には、第１の可動ミラー板１１を所定の位置に配置する。その後、マルチレーザ光源１から、モード間隔ＬＷ２のマルチレーザ光を照射する（Ｓ２０）。モード間隔ＬＷ２は、マルチレーザ光が有する複数本のピークの周波数間隔、すなわちマルチレーザ光の複数の発振周波数の周波数間隔に相当する。照射したレーザ光は計測対象物２により散乱される。散乱光には、計測対象物２及び大気構成分子によるものが含まれる。これらの散乱光をレンズ等の集光部５０で集光する（Ｓ２１）。図１に示されるように、集光部５０は、計測対象物２とミラー板３との間に配置される。なお、集光部５０は、ミラー板３とハーフミラー板１２との間に配置されていてもよい。
　次に、干渉計１０において、集光された散乱光を、光路が異なる２つの光に分岐させて、当該２つの光を干渉させる（Ｓ２２）。具体的には、集光された散乱光は、干渉計１０にて２つの光路に分岐される。具体的には、散乱光は、ハーフミラー板１２によって、第１の散乱光と、当該第１の散乱光とは光路が異なる第２の散乱光とに分岐される。第１の散乱光は、第１の可動ミラー板１１で反射され、第１の反射光としてハーフミラー板１２に戻る。第２の散乱光は、第２の可動ミラー板１３で反射され、第２の反射光としてハーフミラー板１２に戻る。第１の可動ミラー板１１からの第１の反射光と第２の可動ミラー板１３からの第２の反射光とにより生じた干渉光を生成する。
　生成した干渉光は、受光器６にて受光され、信号処理部７に送信される（Ｓ２３）。信号処理部７にて、第２の可動ミラー板１３の駆動量を確認する。第２の可動ミラー板１３の駆動量が所定値に達して、第２の可動ミラー板１３の駆動が完了の場合（Ｓ２４でＹｅｓ）はステップＳ２５に進む。第２の可動ミラー板１３の駆動が未完了の場合（Ｓ２４でＮｏ）は、制御部３０は、干渉計１０の第２の可動ミラー板１３の位置を変更する（Ｓ３０）。具体的には、制御部３０は、アクチュエータ３１を制御することで、第２の可動ミラー板１３を所定量動かし、ステップＳ２０に戻る。
　第２の可動ミラー板１３の駆動が完了した場合（Ｓ２４でＹｅｓ）は、信号処理部７にて受光器６で得られた信号より、インターフェログラムが形成される。インターフェログラムとは２つの光路に分岐した光がその光路差により干渉を起こし、生成される干渉フリンジのことである。信号処理部７は、インターフェログラムを用いてミー散乱光成分を算出する（Ｓ２５）。
　ここで、第２の可動ミラー板１３の駆動量について図１を用いて説明する。なお、第２の可動ミラー板１３の駆動量とは、第２の可動ミラー板１３の移動量ｄｘ２に相当する。
　光路Ｌ２は、第２の散乱光の光路である。光路Ｌ２は、具体的には、ハーフミラー板１２と第２の可動ミラー板１３との距離の２倍である。光路Ｌ１は、第１の散乱光の光路である。光路Ｌ１は、具体的には、ハーフミラー板１２と第１の可動ミラー板１１との距離の２倍である。
　受光器６は、光路Ｌ１を通る第１の散乱光と光路Ｌ２を通る第２の散乱光との両方の散乱光を受光する。第２の可動ミラー板１３を移動させた場合、光路Ｌ２が変化し、光路Ｌ１と光路Ｌ２との光路差の散乱光を受光できる。第２の可動ミラー板１３を移動（具体的には、掃引）させるのは、第２の可動ミラー板１３に接続されたアクチュエータ３１で行う。制御部３０は、アクチュエータ３１を動かし光路差を掃引させて、インターフェログラムを生成する。受光器６により、生成したインターフェログラムを信号に変換し、変換された信号を信号処理部７で取得する。
　信号処理部７は、上記光路差を掃引させて得られるインターフェログラムの信号成分から、マルチレーザ光源１が出射するレーザ光の波長間隔に対応した第１の干渉フリンジ近傍の信号成分を抽出し、信号成分を用いてミー散乱光に相当する信号成分を取得する。
　なお、本実施の形態では、制御部３０と信号処理部７と別々に構成したが、制御部３０と信号処理部７とを１つのＬＳＩなどの電子回路で構成してもよい。
　その結果、生成される干渉フリンジにより、ミー散乱光成分が強調され、レイリー散乱光成分が除去される。
　従って、ミー散乱光成分のみ、高精度で検出することができる。
　以下、詳細に説明する。
　図３は、本開示の実施の形態に係るマルチレーザ光のスペクトル及びその拡大図の一例である。図３では、横軸はスペクトル差、縦軸は各スペクトルでのレーザ光の信号の強度を図示している。図３の部分（ａ）では、例えば、マルチレーザ光の複数の波長スペクトルの中心値λが４００ｎｍ、モード間隔ＬＷ２が６ＧＨｚである。モード間隔ＬＷ２は、マルチレーザ光に含まれる複数本のピークの周波数間隔である。
　図３の部分（ｂ）は、図３の部分（ａ）のマルチレーザ光に含まれる複数のピークの１つの拡大図である。マルチレーザ光の１つのピークの半値全幅ＬＷ１は、例えば、３６０ＭＨｚである。マルチレーザ光源１は、例えば、半値全幅ＬＷ１が３６０ＭＨｚのピークを４１本含むマルチレーザ光を出射する。
　一般に干渉計１０で２つの波面の差を計測するとき、干渉フリンジは波長の差に対応する。マルチレーザ光では、レーザ光のモード間隔ＬＷ２に対応した干渉フリンジによるインターフェログラムが生成され、図６に示すように干渉フリンジの間隔Δｘは以下の式１にて、求められる。ここで、Ｃは、光速（３×１０８ｍ／ｓ）である。
　Δｘ＝Ｃ／ＬＷ２　（式１）
　干渉フリンジの間隔Δｘについて説明すると、例えば、複数の波長スペクトルの中心値λが４００ｎｍ、スペクトルの間隔ＬＷ２が６ＧＨｚの時、式１により計算し、干渉フリンジの間隔Δｘは５０ｍｍとなる。
　また、マルチレーザ光の複数の波長スペクトルの中心値λが４００ｎｍ、スペクトルの間隔ＬＷ２が３ＧＨｚの時、式１により計算し、干渉フリンジの間隔Δｘは１００ｍｍとなる。
　図４は、本開示の実施の形態に係るマルチレーザ光が照射された場合に大気及びエアロゾルから散乱した散乱光のスペクトルの一例及びその拡大図である。図４では、横軸はスペクトル差、縦軸は各スペクトルでの大気及びエアロゾルから散乱した散乱光の信号の強度を図示している。図４の部分（ｂ）は、図４の部分（ａ）の拡大を図示している。以下、図４から図６は、大気散乱の信号強度Ｉｍとエアロゾルの信号強度Ｉの比率を３：１として計算を行っている。ここで、散乱光のスペクトル間隔ＭＷ２は、レーザモード間隔ＬＷ２に等しい。また、エアロゾルによるミー散乱光の周波数スペクトルにおけるピークの半値全幅ＭＷ１は、マルチレーザ光の周波数スペクトルにおけるピークの半値全幅ＬＷ１に等しい。
　一方、大気構成分子によるレイリー散乱光のピークの半値全幅ＲＷは熱運動により広がる。実測でのレイリー散乱光のピークの半値全幅ＲＷは３．４ＧＨｚから３．９ＧＨｚ程度であることが知られている。半値全幅ＲＷはこれを考慮し３．６ＧＨｚ（１．９ｐｍ）として計算している。
　本開示の一態様は、この半値全幅の違いからエアロゾル信号を抽出する技術を提供する。
　図５は、本開示の実施の形態に係るマルチレーザ光による大気及びエアロゾルから散乱した散乱光のスペクトルを干渉計１０で分光した際に生じるインターフェログラムの計算結果の一例である。図５では、横軸は干渉計１０の光路差、縦軸は干渉計１０からの出力信号の強度を図示している。周波数スペクトルの間隔ＬＷ２を６ＧＨｚとして計算した一例である。なお、周波数スペクトルの間隔ＬＷ２を波長間隔に換算すると、周波数間隔ＬＷ２に相当する波長間隔は、３．２ｐｍになる。
　図６は、図５を拡大したものである。図６では、横軸は干渉計１０の光路差ｄｘ、縦軸は干渉計１０からの出力信号の強度を図示している。
　以下、ｄｘ＝０での干渉フリンジを第０の干渉フリンジ、ｄｘ＝Δｘでの干渉フリンジを第１の干渉フリンジ、ｄｘ＝ｎ×Δｘでの干渉フリンジを第ｎの干渉フリンジと定義する。本開示の一態様は、干渉計１０において第２の可動ミラー板１３を掃引することで波長間隔に対応した第１の干渉フリンジ近傍の信号を取得し、レイリー散乱光を除去し、ミー散乱光を選択的に得ることを特徴とする。
　測定は、例えば以下の条件で行われる。具体的には、第１の可動ミラー板１１の位置（１／２×ｄｘ１）に対して、ｄｘ１を５０ｍｍに設定する。第２の可動ミラー板１３の位置（１／２×ｄｘ２）に対して、ｄｘ２を－０．１ｍｍ、０ｍｍ、０．１ｍｍの各々に設定する。すなわち、一例として、測定箇所数Ｎを３とする。この条件において、インターフェログラムを生成する。測定範囲ｓｘは、以下のように表せる。
　測定範囲ｓｘ＝０．１×（Ｎ－１）
　測定範囲ｓｘは、マルチレーザ光の中心波長λの１／４波長より大きく、干渉フリンジ間隔Δｘの１／２より小さく設定する。
　図７は、本開示の実施の形態に係る干渉計１０で分光した際に生じるインターフェログラムの、大気及びエアロゾルによる散乱光強度Ｉに対する依存性の計算結果の一例である。
　図７では、横軸は干渉計１０の光路差ｄｘ、縦軸は干渉計１０からの出力信号の強度を図示している。インターフェログラムに現れる干渉フリンジの内、第１の干渉フリンジに対応して、第１の可動ミラー板１１の位置（１／２×ｄｘ１）に対して、ｄｘ１を５０ｍｍに設定し、第２の可動ミラー板１３の位置（１／２×ｄｘ２）に対して、ｄｘ２を－１、－０．９、・・・、１ｍｍと測定箇所数Ｎを２１として、インターフェログラムを生成する。インターフェログラムは、計算した第１の干渉フリンジ周辺信号以外の部分をゼロで補間して図示している。図７の部分（ａ）から（ｄ）はそれぞれ、大気構成分子による散乱光強度Ｉｍを一定とし、エアロゾルによる散乱光強度Ｉを散乱光強度Ｉｍの０倍、１倍、２倍、４倍にそれぞれ変えて計算した場合の計算結果を表している。
　図７の部分（ａ）に示すように、エアロゾルによる散乱光の信号がゼロの場合、インターフェログラムの信号強度は、ほぼゼロであり、大気構成分子による散乱光が本開示の一態様によりほぼ除去できていることがわかる。また、図７の部分（ｂ）から（ｄ）を比較して分かるように、エアロゾルの散乱光強度に比例して、インターフェログラムの信号強度が増加していることがわかる。
　第２の可動ミラー板１３の駆動量は、マルチレーザ光の中心波長λの１／４波長より大きく、干渉フリンジ間隔Δｘの１／２より小さく設定する。
　図８は、本開示の実施の形態に係る信号強度の、第２の可動ミラー板１３の駆動量に対する依存性を示す図である。図８では、横軸は駆動量、縦軸は信号強度を図示している。
　図８では、複数の波長スペクトルの中心値λが４００ｎｍ、モード間隔ＬＷ２が３ＧＨｚ、測定箇所数Ｎが１１の条件での計算結果を図示している。また、中心値λを０ＧＨｚ、１０ＧＨｚ、２０ＧＨｚとずらしたときの、信号強度ばらつきの駆動量依存性の計算結果を図示している。
　図８では、波長λの１／４以下にあたる駆動量が１０－４ｍｍ（＝１００ｎｍ）以下で急激にばらつきが大きくなる。これは波長λの１／４以下では、中心値のわずかなズレの情報を得ることができないためである。
　図８では、フリンジ間隔Δｘの１／２以上にあたる駆動量が５０ｍｍ以上では、信号強度が低下する。これはフリンジ間隔Δｘの１／２近傍では、干渉フリンジの情報がなくなるためである。従って、第２の可動ミラー板１３の駆動量は、マルチレーザ光の中心波長λの１／４波長より大きく、フリンジ間隔Δｘの１／２より小さく設定することで、中心値のズレに対応でき、さらに信号強度が大きい結果が得られる。
　すなわち、第１の干渉フリンジは、大気分子による散乱の影響はエアロゾルと比較して、きわめて小さい。よって、エアロゾルによる散乱光強度が増加すると、第１の干渉フリンジが単調に増加し、これを計測することで、エアロゾルによる散乱光強度を測定できることがわかる。
　従って、干渉計１０を掃引することで波長間隔に対応した第１の干渉フリンジ近傍の信号を取得し、それによりレイリー散乱光を除去し、ミー散乱光を選択的に得ることができる。
　第１の干渉フリンジの大きさは、インターフェログラム信号の最大値と最小値との差を用いて、表すことができる。
　また、測定した第１の干渉フリンジ周辺信号以外の部分をゼロで補間したインターフェログラムを用いて、フーリエ変換することにより、波長スペクトルデータを求め、その最大値を用いて表してもよい。
　これにより、受信信号の強度の大きさを一意に決めることができる。
　以下、図９から図１３は、大気散乱の後方散乱係数とエアロゾルの後方散乱係数との比率を１：１として計算を行っている。
　図９は、本実施の形態に係る計測装置１００が生成するインターフェログラムの、マルチレーザ光の波長スペクトルのずれ量に対する依存性の計算結果の一例を示す図である。図９では、複数の波長スペクトルの中心値λ（＝４００ｎｍ）が、ずれ量（ｓｈｉｆｔ）０ＧＨｚ、２ＧＨｚ、４ＧＨｚの各々に対応する波長分ずれた場合をそれぞれ図９の部分（ａ）、図９の部分（ｂ）、図９の部分（ｃ）に示している。
　また、図９の部分（ａ）から（ｃ）の各々において、上段のグラフが散乱光スペクトル、中段のグラフが生成されたインターフェログラム、下段のグラフが、インターフェログラムをフーリエ変換後のスペクトルを表している。また、散乱光スペクトル及びフーリエ変換後のスペクトルについては、横軸が周波数差ｄｆで、縦軸が強度を表している。なお、周波数差ｄｆは、波長スペクトルの差ｄλに対応している。インターフェログラムについては、横軸が干渉計１０の光路差ｄｘで、縦軸が強度を表している。これらは、後述する図１０及び図１１についても同様である。
　それぞれのずれ量に対して、ｄｘ２を－０．１ｍｍ、０ｍｍ、０．１ｍｍと測定箇所数Ｎを３として、インターフェログラムを生成する。取得したインターフェログラムをもとにフーリエ変換後の信号はどのずれ量でも、信号強度は変わらず、またずれ量に対応した信号変化が得られる。
　それぞれのずれ量に対して、ｄｘ２を－０．１ｍｍ、０ｍｍ、０．１ｍｍと測定箇所数Ｎを３として、インターフェログラムを生成する。取得したインターフェログラムをもとにフーリエ変換後の信号はどのずれ量でも、信号強度は変わらず、またずれ量に対応した信号変化が得られる。
　このことより、本開示の実施の形態ではマルチレーザ光の波長スペクトルがずれても、マルチレーザ光源１と干渉計１０を同調することなく信号を受信できる。
　図１０は、本開示の実施の形態に係る干渉計１０で分光した際に生じるインターフェログラムの、測定箇所数に対する依存性の計算結果の一例である。具体的には、図１０の部分（ａ）から（ｅ）はそれぞれ、測定箇所数Ｎが１、２、３、９、２１の場合を示している。なお、図１０の部分（ａ）におけるフーリエ変換後のスペクトルは、図１０の部分（ｂ）から（ｅ）のフーリエ変換後のスペクトルと比較して、縦軸を１０倍に拡大して示している。また、図１０では、複数の波長スペクトルの中心値λ（＝４００ｎｍ）のずれ量を４ＧＨｚと固定して計算を行っている。
　図１０に示されるように、測定箇所数Ｎが増えた場合、フーリエ変換後の信号の信号強度が増加する。
　図１１は、本開示の実施の形態に係る計測装置が生成するインターフェログラムの、マルチレーザ光源１のモード間隔ＬＷ２に対する依存性の計算結果の一例を示す図である。具体的には、図１１では、マルチレーザ光源１のモード間隔ＬＷ２が１．５ＧＨｚ、３ＧＨｚ、４ＧＨｚ、５ＧＨｚ、６ＧＨｚ、１２ＧＨｚと変えた場合をそれぞれ図１１の部分（ａ）、図１１の部分（ｂ）、図１１の部分（ｃ）、図１１の部分（ｄ）、図１１の部分（ｅ）、図１１の部分（ｆ）に示している。
　また、図１１の部分（ａ）から（ｆ）の上段のグラフに示すように、モード間隔ＬＷ２、すなわち、散乱光のスペクトル間隔ＭＷ２が、大気構成分子によるレイリー散乱の半値全幅ＲＷ（３．４ＧＨｚから３．９ＧＨｚ程度）に近づいた場合、レイリー散乱による反射強度の波長スペクトルは、平坦に近づく。これにより、レイリー散乱による光成分は、第０の干渉フリンジ近傍に集中し、第１の干渉フリンジは、ミー散乱による光成分のみに近づく。本開示の一態様は、このレイリー散乱とミー散乱との半値全幅の違いからエアロゾル信号を抽出する技術を提供する。
　つまり、マルチレーザ光源１の出射光を、等しい周波数間隔で、かつ、大気構成分子のレイリー散乱光の周波数スペクトルにおけるピークの半値全幅未満の周波数間隔の複数本のピークを有する光とする。そのことにより、散乱体の散乱光で生成される干渉フリンジにおいて、レイリー散乱による光成分の強度により、ミー散乱による光成分の強度が増加するので、ミー散乱光成分が強調され、レイリー散乱光成分が除去される。従って、ミー散乱光成分のみ、高精度で検出することができる。
　図１２は、本開示の実施の形態に係る干渉計１０で分光した際に生じるインターフェログラムのフーリエ変換後の信号比の、マルチレーザ光源１のモード間隔ＬＷ２に対する依存性の計算結果の一例を示す図である。
　図１２では、横軸はモード間隔ＬＷ２、縦軸は各モード間隔でのフーリエ変換後の信号比を図示している。信号比は、エアロゾルによる散乱光強度Ｉが０の場合と、大気構成分子による散乱光強度Ｉｍの６倍の場合との比率を図示している。図１２では信号比が１０００を超えた場合は図示を省略している。また、測定箇所数Ｎが２、３、１１と変えたときのそれぞれの依存性を図示している。測定箇所数Ｎの依存性がないのに対して、モード間隔ＬＷ２が大きくなるほど、信号比は低下する。
　一般に、大気散乱信号を無視できるのは、有効数字１桁が必要であり、信号比が１０以上である必要がある。
　図１２では、本開示の実施の形態に係るモード間隔ＬＷ２が５ＧＨｚ以下で大気散乱信号を除去する効果があることがわかる。
　図１３は、エアロゾルによる散乱がなく、大気散乱だけを考慮した場合のマイケルソン干渉計による干渉フリンジの周波数間隔の依存性を説明するための図である。図１３の部分（ａ）から（ｌ）ではそれぞれ、横軸がｄｘを表し、縦軸が信号強度を表している。図１３の部分（ａ）から（ｌ）はそれぞれ、出射光の周波数間隔ＬＷ２が２．４ＧＨｚ、３．０ＧＨｚ、３．６ＧＨｚ、３．７ＧＨｚ、３．８ＧＨｚ、３．９ＧＨｚ、４ＧＨｚ、５ＧＨｚ、６ＧＨｚ、１０ＧＨｚ、１５ＧＨｚ、３０ＧＨｚの場合のインターフェログラムの計算結果を表している。
　図１３に示されるように、モード間隔ＬＷ２（すなわち、周波数間隔ＬＷ２）が大きくなるにつれて、出現する干渉フリンジの個数が増加し、かつ、出現する干渉フリンジの信号強度が大きくなっている。例えば、周波数間隔ＬＷ２が２．４ＧＨｚの場合は、実質的に第０の干渉フリンジのみが出現しており、第１以上の干渉フリンジが出現していない。周波数間隔ＬＷ２が３．０ＧＨｚから４ＧＨｚの範囲では、第０の干渉フリンジと第１の干渉フリンジとが出現しており、第２以上の干渉フリンジが出現していない。周波数間隔ＬＷ２が５ＧＨｚの場合には、第０の干渉フリンジ及び第１の干渉フリンジに加えて、第２の干渉フリンジが出現している。図１３では、第１の干渉フリンジ以上が現れている範囲を破線の枠で表している。
　大気散乱だけを考慮に入れた場合に第２以上の干渉フリンジが現れているということは、レイリー散乱光のみによる干渉が起きていることを意味する。すなわち、干渉計１０にレイリー散乱光を入射させた場合に、レイリー散乱光が透過することを意味する。したがって、周波数間隔ＬＷ２は３．９ＧＨｚ以下であれば、第１の干渉フリンジが小さくなるので、レイリー散乱光の透過が抑制される。
　すなわち、周波数間隔ＬＷ２が３．９ＧＨｚの場合の第１の干渉フリンジの大きさは、周波数間隔ＬＷ２が５ＧＨｚの場合の第１の干渉フリンジの大きさの５０％以下になっている。このため、第１の干渉フリンジが小さくなっているので、レイリー散乱光が干渉計１０を透過するのを抑制することができる。
　以上のことから、周波数間隔ＬＷ２は３．９ＧＨｚ以下であることで、散乱光からレイリー散乱光を効率良く除去することができる。
　このように、マルチレーザ光源１の周波数間隔が５ＧＨｚ以下の場合には、大気散乱に基づくレイリー散乱光成分を有効に除去することができ、ミー散乱光成分に基づきエアロゾルを精度良く検出することができる。さらに、マルチレーザ光源１の周波数間隔が３．９ＧＨｚ以下の場合には、ミー散乱光成分をより高い精度で検出することができるので、エアロゾルの検出精度をさらに高めることができる。
　［３．構成］
　以下では、計測装置１００の構成要素の詳細について、図１を適宜参照しながら説明する。
　［３－１．マルチレーザ光源］
　マルチレーザ光源１は、互いに等しい周波数間隔で離れた複数本のピークを含む周波数スペクトルを示すレーザ光を大気中の散乱体へ出射する光源の一例である。言い換えると、マルチレーザ光源１は、等しい波長間隔で互いに波長が異なる複数の発振周波数を有するレーザ光を大気中の散乱体へ出射する光源の一例である。
　周波数間隔は、大気構成分子のレイリー散乱光の周波数スペクトルにおけるピークの半値全幅未満である。具体的には、図３及び図４に示されるように、周波数間隔ＬＷ２が、大気構成分子によるレイリー散乱光成分のピークの半値全幅ＲＷ未満である。
　本実施の形態に係るシステムにおいてマルチレーザ光源１は例えば、マルチモードレーザによって実現される。また、レーザ光源の前方にエタロン等の多重干渉フィルタを用いてもよい。どちらも波長領域において、周期的なスペクトルピークを持つことができ、半値全幅の狭い鋭い波形が得られる。また、周期的なスペクトルピークを持つように準備された複数のレーザを用いてもよい。
　［３－２．干渉計］
　干渉計１０は、マルチレーザ光源１が出射したレーザ光が散乱体で散乱することにより生じた散乱光を干渉させる。具体的には、干渉計１０は、散乱光を、第１の散乱光と、当該第１の散乱光と光路が異なる第２の散乱光とに分岐し、第１の散乱光と第２の散乱光との光路差を変化させ、かつ、第１の散乱光と第２の散乱光とを干渉させることにより干渉光を生成する。干渉計１０は、第１の散乱光と第２の散乱光とを干渉させることによりインターフェログラムを取得する。
　本実施の形態では、図１に示すように、干渉計１０がマイケルソン干渉計である場合について説明したが、これに限らない。干渉計１０は、例えばマッハツェンダー干渉計、ファブリペロー干渉計、等であってもよい。
　干渉計１０は、第１の可動ミラー板１１と、ハーフミラー板１２と、第２の可動ミラー板１３とを備える。
　第２の可動ミラー板１３とハーフミラー板１２との初期の距離を１／２×Ｌとする。第１の可動ミラー板１１とハーフミラー板１２との距離は、当該初期の距離に、干渉フリンジの間隔Δｘに対応した距離ｄｘ１（＝Δｘ）の半分を加えた距離（すなわち、１／２×Ｌ＋１／２×ｄｘ１）に、第１の可動ミラー板１１を動かして設定する。第２の可動ミラー板１３を、１／２×Ｌ±ｄｘ２の範囲で掃引して計測を行う。これにより、第１の可動ミラー板１１で反射される第１散乱光と、第２の可動ミラー板で反射される第２散乱光との光路差は、以下のように算出される。
　光路差＝２×（１／２×Ｌ＋１／２×ｄｘ１）－２×（１／２×Ｌ±１／２×ｄｘ２）
　　　　＝ｄｘ１±ｄｘ２
　２つの可動ミラー板を用いることで、可動長が長く、測定中は固定となる第１の可動ミラー板１１と、可動長が短く、測定中も可動する第２の可動ミラー板１３とで可動域を分担させることができる。これにより、小型で精度が高い分光を行うことができる。
　ここでは、移動距離別に２種類の可動ミラー板を用いたが、例えば可動ミラー板と固定ミラー板を用いて実現することもできる。また、第２の可動ミラー板１３が測定中は固定であり、第１の可動ミラー板１１が測定中に可動させてもよい。
　［３－３．受光器］
　受光器６は、干渉された散乱光中に含まれるミー散乱光を受光する。具体的には、受光器６は、干渉計１０から出力される干渉光を受光し、干渉光の強度に対応する信号を出力する。つまり、受光器６は、干渉計１０が取得したインターフェログラムを信号に変換する。
　受光器６は、例えば、ＰＭＴ（PhotoMultiplier Tube）を用いるがこれに限らない。受光器６は、ＰＭＴとフォトンカウンタとを有した構成であってもよい。また、受光器６は、ＡＰＤ（Avalanche PhotoDiode）を有する構成であってもよい。
　［３－４．信号処理部］
　信号処理部７は、受光器６によって得られた信号を信号処理する。具体的には、信号処理部７は、受光器６が出力する信号からミー散乱光の量を検出する。例えば、信号処理部７は、信号から干渉光のインターフェログラムを生成することにより、散乱光に含まれるミー散乱光に相当する信号成分を検出する。
　信号処理部７の構成要素は、コンピュータ、１つ又は複数の電子回路で構成されてもよい。１つ又は複数の電子回路は、それぞれ、汎用的な回路でもよいし、専用の回路でもよい。
　１つ又は複数の電子回路には、例えば、半導体装置、ＩＣ（Integrated Circuit）又はＬＳＩ（Large Scale Integration）などが含まれてもよい。ＩＣ又はＬＳＩは、１つのチップに集積されてもよく、複数のチップに集積されてもよい。ここでは、ＩＣ又はＬＳＩと呼んでいるが、集積の度合いによって呼び方が変わり、システムＬＳＩ、ＶＬＳＩ（Very Large Scale Integration）、又は、ＵＬＳＩ（Ultra Large Scale Integration）と呼ばれるかもしれない。また、ＬＳＩの製造後にプログラムされるＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）も同じ目的で使うことができる。
　［３－５．集光部］
　集光部５０は、計測対象物２である散乱体からの散乱光を集光する光学部品である。集光部５０は、例えば、少なくとも１つの集光レンズ、若しくは、少なくとも１つの反射鏡、又は、これらの組み合わせである。例えば、集光部５０は、集光レンズと、コリメートレンズとを含むレンズ群を含んでもよい。集光レンズで集光された光が、コリメートレンズによって平行光に変換されて出射される。これにより、集光部５０によって集光された散乱光は、ミラー板３に入射される。集光部５０は、ピンホールを含んでもよい。
　集光部５０は、散乱体と干渉計１０との間の光路上に配置されている。例えば、図１に示す例では、集光部５０は、散乱体とミラー板３との間に配置されている。
　なお、散乱光の強度が強い場合には、集光部５０が配置されなくてもよい。つまり、図１４に示されるように、計測装置は、集光部５０を備えなくてもよい。なお、図１４に示される計測装置２００は、計測装置１００の変形例であり、集光部５０を備えない点を除いて、計測装置１００と同じである。
　［４．計測装置の適用例］
　続いて、本実施の形態に係る計測装置１００の適用例について、図１５Ａ及び図１５Ｂを用いて説明する。図１５Ａ及び図１５Ｂは、本実施の形態に係る計測装置１００を備える浄化システム３００を示す図である。
　図１５Ａ及び図１５Ｂに示されるように、浄化システム３００は、計測装置１００と、浄化装置３１０とを備える。なお、浄化システム３００は、計測装置１００の代わりに、図１４に示される計測装置２００を備えてもよい。
　浄化装置３１０は、エアロゾルを浄化する装置である。なお、本実施の形態において、エアロゾルの浄化とは、検知領域内で検出されるエアロゾルを減らすことを意味する。これにより、エアロゾルによる健康被害の発生を抑制することができる。また、エアロゾルの浄化とは、エアロゾルに含まれるウイルスを無害化すること、及び／又は、エアロゾルを対象空間から単に排出することも意味する。
　浄化装置３１０は、例えば、エアロゾルを無害化する薬液３１１を噴霧する噴霧装置である。薬液３１１は、例えば、次亜塩素酸水又はオゾン水である。あるいは、薬液３１１は、アルコール溶液であってもよい。薬液３１１は、菌又はウイルスを除菌する機能を有する。浄化装置３１０は、例えば、薬液３１１をミスト化して噴霧する。このとき、浄化装置３１０は、ミスト化した薬液３１１を、渦輪状にして噴霧してもよい。
　また、浄化装置３１０は、気流を生成する気流生成装置であってもよい。気流は、例えば、浄化装置３１０から離れる方向に押し出す気流、及び／又は、浄化装置３１０に近づく方向に吸い込む気流である。
　浄化装置３１０は、計測装置１００による計測結果に基づいてエアロゾルを浄化する。具体的には、図１５Ａに示されるように、計測装置１００は、レーザ光３２０を散乱体に向けて出射し、散乱体からの散乱光を受光することにより、散乱体に含まれるエアロゾルを検出する。例えば、レーザ光の出射方向を空間内で走査することにより、計測装置１００は、空間内におけるエアロゾルの有無及び／又は濃度を示す分布を生成することができる。図１５Ｂに示すように、浄化装置３１０は、計測装置１００が生成した分布に基づいて、エアロゾルが存在する位置、及び／又は、エアロゾルの濃度が所定の閾値を超えている位置に向けて、薬液３１１を噴霧する。
　このように、浄化システム３００では、計測装置１００の計測結果を用いることで、エアロゾルに向けて薬液３１１を放出することができる。これにより、浄化システム３００では、薬液３１１がエアロゾルの無害化に有効に利用されるので、エアロゾルを効率良く浄化させることができる。
　また、浄化装置３１０が気流生成装置である場合は、エアロゾルに向けて押し出す方向に気流を生成することで、エアロゾルを検知領域から押し出すことができ、エアロゾルを浄化することができる。あるいは、浄化装置３１０は、エアロゾルを吸い込むことで、エアロゾルを浄化してもよい。浄化システム３００では、エアロゾルの位置を利用することで、エアロゾルが気流によって拡散されるのを抑制することができるので、エアロゾルを効率良く浄化することができる。
　（他の実施の形態）
　以上、１つ又は複数の態様に係る計測装置及び計測方法について説明したが、本開示は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本開示の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したもの、及び、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の範囲内に含まれる。
　また、上記の各実施の形態は、特許請求の範囲又はその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
　本開示は、大気中のエアロゾルの分布の観測を行う計測装置及び計測方法などとして利用でき、例えば、屋外での気象観測、及び屋内での有害微粒子計測に利用できる。
１　マルチレーザ光源
２　計測対象物
３　ミラー板
６　受光器
７　信号処理部
１０　干渉計
１１　第１の可動ミラー板
１２　ハーフミラー板
１３　第２の可動ミラー板
３０　制御部
３１　アクチュエータ
５０　集光部
１００、２００　計測装置
３００　浄化システム
３１０　浄化装置
３１１　薬液
３２０　レーザ光

Claims (12)

  1. 　互いに等しい周波数間隔で離れた複数の発振周波数を有するレーザ光を大気中の散乱体へ出射する光源と、
    　前記レーザ光が前記散乱体で散乱することにより生じた散乱光を干渉させる干渉計と、
    　前記干渉計により干渉された散乱光中に含まれるミー散乱光を受光する受光器と、
    　前記受光器の信号から前記ミー散乱光の量を検出する信号処理部と、を備え、
    　前記周波数間隔は、前記大気を構成する分子によって生じるレイリー散乱光の周波数スペクトルにおけるピークの半値全幅未満である、
    　計測装置。
  2. 　前記干渉計は、前記散乱光を、第１の散乱光と、前記第１の散乱光と光路が異なる第２の散乱光とに分岐し、前記第１の散乱光と前記第２の散乱光との光路差を変化させ、かつ前記第１の散乱光と前記第２の散乱光とを干渉させることにより干渉光を生成する、
    　請求項１に記載の計測装置。
  3. 　前記周波数間隔は、３．９ＧＨｚ以下である、
    　請求項１又は２に記載の計測装置。
  4. 　互いに等しい周波数間隔で離れた複数の発振周波数を有するレーザ光を大気中の散乱体へ出射する光源と、
    　前記レーザ光が前記散乱体で散乱することにより生じた散乱光を、第１の散乱光と、前記第１の散乱光と光路が異なる第２の散乱光とに分岐し、前記第１の散乱光と前記第２の散乱光とを干渉させることによりインターフェログラムを取得する干渉計と、
    　前記インターフェログラムを信号に変換する受光器と、
    　前記受光器によって得られた前記信号を信号処理する信号処理部と、
    　前記干渉計に、前記第１の散乱光と前記第２の散乱光との光路差を掃引させる制御部と、を備え、
    　前記信号処理部は、
    　前記インターフェログラムの信号成分から、前記光路差が前記周波数間隔に対応する波長間隔であるときに生じる第１の干渉フリンジを含む信号成分を抽出することにより、前記散乱光に含まれるミー散乱光に相当する信号成分を取得する、
    　計測装置。
  5. 　前記インターフェログラムは、複数の干渉フリンジを含み、
    　前記制御部は、前記レーザ光の中心波長の１／４より大きく、前記複数の干渉フリンジ間の間隔の１／２より小さい範囲の光路差を掃引する、
    　請求項４に記載の計測装置。
  6. 　前記信号処理部は、前記第１の干渉フリンジを含む前記信号成分を基に、フーリエ変換を行う、
    　請求項４又は５に記載の計測装置。
  7. 　前記干渉計は、第１の可動ミラーと第２の可動ミラーとを含む、
    　請求項４から６のいずれか１項に記載の計測装置。
  8. 　前記複数のピークの周波数間隔は、５ＧＨｚ以下である、
    　請求項４から７のいずれか１項に記載の計測装置。
  9. 　前記複数のピークの周波数間隔は、３．９ＧＨｚ以下である、
    　請求項４から７のいずれか１項に記載の計測装置。
  10. 　前記散乱体と前記干渉計との間の光路上に、前記散乱光を集光する集光部をさらに備える、
    　請求項１から９のいずれか１項に記載の計測装置。
  11. 　互いに等しい周波数間隔で離れた複数の発振周波数を有するレーザ光を大気中の散乱体へ出射することと、
    　前記レーザ光が前記散乱体で散乱することにより生じた散乱光を干渉させることと、
    　前記干渉計により干渉された散乱光中に含まれるミー散乱光を受光することと、
    　前記受光により得られた信号から前記ミー散乱光の量を検出することと、を含み、
    　前記周波数間隔は、前記大気を構成する分子によって生じるレイリー散乱光の周波数スペクトルにおけるピークの半値全幅未満である、
    　計測方法。
  12. 　互いに等しい周波数間隔で離れた複数の発振周波数を有するレーザ光を大気中の散乱体へ出射することと、
    　前記レーザ光が前記散乱体で散乱することにより生じた散乱光を、第１の散乱光と、前記第１の散乱光と光路が異なる第２の散乱光とに分岐し、前記第１の散乱光と前記第２の散乱光とを干渉させることによりインターフェログラムを取得することと、
    　前記インターフェログラムを信号に変換することと、
    　前記信号を信号処理することと、
    　前記第１の散乱光と前記第２の散乱光との光路差を掃引させることと、を含み、
    　前記信号処理することでは、
    　前記インターフェログラムの信号成分から、前記光路差が前記周波数間隔に対応する波長間隔であるときに生じる第１の干渉フリンジを含む信号成分を抽出することにより、前記散乱光に含まれるミー散乱光に相当する信号成分を取得する、
    　計測方法。
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