信号処理装置およびレーザ計測装置
【課題】少ない計算量かつ簡単な装置構成で受光信号から所望の信号成分を高い精度で検出することができる信号処理装置およびレーザ計測装置を提供することにある。
【解決手段】受光信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換部と、Ａ／Ｄ変換部で変換された受光信号のデジタルデータを１フレーム分取得し、取得した１フレーム分のデジタルデータを、変調周波数を整数倍した周波数である指定周波数および指定周波数を中心として周波数がステップ周波数の整数倍分異なる周波数のそれぞれで離散フーリエ変換し、指定周波数および指定周波数を中心として周波数がステップ周波数の整数倍分異なる周波数のそれぞれでＤＦＴ成分を算出するＤＦＴ計算部と、ＤＦＴ計算部で算出した前記ＤＦＴ成分に対して畳み込み計算する畳み込み計算部と、畳み込み計算部で計算した結果に対し逆離散フーリエ変換を行い、スペクトル信号を生成する逆ＤＦＴ計算部と、を有する。
【解決手段】受光信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換部と、Ａ／Ｄ変換部で変換された受光信号のデジタルデータを１フレーム分取得し、取得した１フレーム分のデジタルデータを、変調周波数を整数倍した周波数である指定周波数および指定周波数を中心として周波数がステップ周波数の整数倍分異なる周波数のそれぞれで離散フーリエ変換し、指定周波数および指定周波数を中心として周波数がステップ周波数の整数倍分異なる周波数のそれぞれでＤＦＴ成分を算出するＤＦＴ計算部と、ＤＦＴ計算部で算出した前記ＤＦＴ成分に対して畳み込み計算する畳み込み計算部と、畳み込み計算部で計算した結果に対し逆離散フーリエ変換を行い、スペクトル信号を生成する逆ＤＦＴ計算部と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ吸収分光法により測定対象のガスの物理量を算出するレーザ計測に用いる信号処理装置およびレーザ計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
管路内を流れるガス（気体）を分析する方法として、レーザ光を測定光として用いる方法がある。例えば、特許文献１には、一定電流に重畳された第１の交流成分を有する電流で変調され、温度に応じて波長が変化するレーザ光を発振するレーザと、検知雰囲気通過後のレーザ光の強度を電圧に変換する光強度電圧変換器と、該光強度電圧変換器の出力電圧を位相敏感検波する２つの位相敏感検波器と、一方の位相敏感検波器から得られる１次の位相敏感検波信号と他方の位相敏感検波器から得られる２次の位相敏感検波信号とに基づいて検知雰囲気の濃度を検知するガス検知装置が記載されている。
【０００３】
また、特許文献２には、レーザ光を出射するレーザ素子と、レーザ光を基本波で周波数変調する周波数変調部と、周波数変調されたレーザ光を検出する光検出部と、光検出部にて検出されたレーザ光から基本波成分を検出する基本波成分検出部と、光検出部にて検出されたレーザ光から２倍波成分を検出する２倍波成分検出部と、光検出部にて検出された基本波成分と２倍波成分との振幅比に基づいて測定対象ガスの濃度を算出するガス濃度算出部と、を有するガス濃度測定装置が記載されている。また、当該ガス濃度測定装置は、レーザ光から検出された基本波成分と２倍波成分との振幅比を算出する振幅比算出部と、基本波成分と２倍波成分との振幅比に基づいてレーザ素子の温度を設定する温度設定部と、吸収ピーク波長からシフトされた波長を基準とする波長変調を行った時の基本波成分と２倍波成分との振幅比に基づいてレーザ素子の駆動電流を制御する駆動電流制御部とを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２７９６６４９号明細書
【特許文献２】特開２００８−１４７５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１および特許文献２に記載されているように、測定光として波長変調を行いつつ出力したレーザ光を用い、当該レーザ光の吸収を計測することで、測定対象物質の濃度等の物理量を計測することができる。レーザ光を用いてガス濃度を計測することで高い応答性でガス濃度を計測することができる。
【０００６】
ここで、受光部がレーザ光を受光して生成する受光信号には、種々のノイズが含まれる。そのため、受光信号からノイズを除去し、必要な成分（例えば波長変調を行う変調周波数に対応する信号成分）を抽出するために各種信号処理を行う。この信号処理としては、ロックインアンプで、ロックイン処理およびローパス処理を行い特定のスペクトル信号を抽出する方法がある。しかしながら、検出対象の信号はノイズに対して出力が小さいため、高精度な検出を行う場合は、ロックインアンプによる処理前にＦＩＲフィルタ等を設け、ロックインアンプの処理対象の周波数成分を抽出する、つまりロックインアンプの処理対象の周波数以外の周波数成分を低減させる処理を行う。
【０００７】
ここで、ＦＩＲフィルタを用いた処理では、直前の多数（例えば１０２４次）のデータを用いて特定の周波数成分を抽出する。このように、ＦＩＲフィルタは、受光信号から対象の成分を抽出するために、直前の多数の検出結果を記憶・処理して検出した値を使用する。このため、記憶・処理する計算量が多く計算負荷が大きくなってしまう。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、少ない計算量かつ簡単な装置構成で受光信号から所望の信号成分を高い精度で検出することができる信号処理装置およびレーザ計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、流体が流れる計測セルと、測定対象のガスに固有な吸収波長を含む波長域のレーザ光を変調周波数で波長を変調しつつ出力し、前記計測セルに入射させる発光部と、前記入射部から入射され、前記計測セルを通過し、前記出射部から出射された前記レーザ光を受光し、受光した光量を受光信号として出力する受光部と、を有し、前記受光信号に基づいて前記計測セルを流れる測定対象のガスの物理量を算出するレーザ計測装置に適用され、前記受光部が受光した受光信号を処理し、前記計測セルを流れる測定対象のガスの物理量の算出に用いるスペクトル信号を出力する信号処理装置であって、前記受光信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換部と、前記Ａ／Ｄ変換部で変換された前記受光信号の１フレーム分のデジタルデータを取得し、取得した１フレーム分のデジタルデータを、前記変調周波数を整数倍した周波数である指定周波数および前記指定周波数を中心として周波数がステップ周波数の整数倍分異なる周波数のそれぞれで離散フーリエ変換（Discrete Fourier Transform）し、前記指定周波数および指定周波数を中心として周波数がステップ周波数の整数倍分異なる周波数のそれぞれでＤＦＴ成分を算出するＤＦＴ計算部と、ＤＦＴ計算部で算出した前記ＤＦＴ成分に対して畳み込み計算する畳み込み計算部と、前記畳み込み計算部で計算した結果に対し逆離散フーリエ変換を行い、スペクトル信号を生成する逆ＤＦＴ計算部と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
ここで、前記ステップ周波数は、前記受光信号の検出間隔と１フレーム分の個数との乗算で算出される周波数であることが好ましい。
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明はレーザ計測装置であって、上記のいずれかに記載の信号処理装置と、流体を流す流路と連結可能な主管、前記主管に連結し、光が通過可能な窓部が形成された入射部、前記主管に連結し光が通過可能な窓部が形成された出射部と、を含む計測セルと、測定対象のガスに固有な吸収波長を含む波長域のレーザ光を変調周波数で波長を変調しつつ出力し、前記入射部に入射させる発光部と、前記入射部から入射され、前記計測セルを通過し、前記出射部から出射された前記レーザ光を受光し、受光した光量を受光信号として出力する受光部と、前記スペクトル信号に基づいて、前記計測セルを流れる測定対象のガスの物理量を算出する物理量算出部と、各部の動作を制御する制御部と、を有することを特徴とする。
【００１２】
また、前記発光部は、変調周波数よりも低い周波数の掃引周波数で波長を掃引しつつレーザ光出力することが好ましい。
【００１３】
また、前記ＤＦＴ計算部は、前記掃引周波数の１周期分のデジタルデータを１フレーム分のデータとして取得することが好ましい。
【００１４】
また、前記ステップ周波数は、掃引周波数であることが好ましい。
【００１５】
また、前記ＤＦＴ計算部は、前記指定周波数を中心として周波数がステップ周波数の整数倍分異なる周波数として、ステップ周波数の偶数の整数倍分または奇数の整数倍分異なる周波数のみを用いることが好ましい。
【００１６】
また、前記物理量算出部が算出する物理量は、前記測定対象のガスの濃度であることが好ましい。
【００１７】
また、前記物理量算出部は、前記発光部から出力したレーザ光の強度と、前記受光部で受光したレーザ光の強度とに基づいて、前記測定対象のガスの濃度を算出することが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明にかかる信号処理装置およびレーザ計測装置は、少ない計算量かつ簡単な装置構成で受光信号から所望の信号成分を高い精度で検出することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の信号処理装置を有するレーザ計測装置の一実施形態の概略構成を示す模式図である。
【図２】図２は、図１に示すレーザ計測装置の信号処理部の概略構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、信号処理部の処理を説明するための説明図である。
【図４】図４は、信号処理部の処理を説明するための説明図である。
【図５Ａ】図５Ａは、受光信号の検出波形を示すグラフである。
【図５Ｂ】図５Ｂは、スペクトル信号の出力波形を示すグラフである。
【図５Ｃ】図５Ｃは、ロックインアンプを用いて算出したスペクトル信号の出力波形を示すグラフである。
【図６Ａ】図６Ａは、受光信号の検出波形を示すグラフである。
【図６Ｂ】図６Ｂは、スペクトル信号の出力波形を示すグラフである。
【図６Ｃ】図６Ｃは、スペクトル信号の出力波形を示すグラフである。
【図６Ｄ】図６Ｄは、スペクトル信号の出力波形を示すグラフである。
【図７Ａ】図７Ａは、スペクトル信号の出力波形を示すグラフである。
【図７Ｂ】図７Ｂは、スペクトル信号の出力波形を示すグラフである。
【図７Ｃ】図７Ｃは、スペクトル信号の出力波形を示すグラフである。
【図７Ｄ】図７Ｄは、スペクトル信号の出力波形を示すグラフである。
【図７Ｅ】図７Ｅは、スペクトル信号の出力波形を示すグラフである。
【図７Ｆ】図７Ｆは、スペクトル信号の出力波形を示すグラフである。
【図７Ｇ】図７Ｇは、スペクトル信号の出力波形を示すグラフである。
【図８】図８は、スペクトル信号の出力波形を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明にかかる信号処理装置およびレーザ計測装置の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。なお、レーザ計測装置は、流路を流れる種々の気体（ガス）等の流体に含まれる測定対象の物質（ガス、特定の成分）の物理量（濃度、量）を計測することができる。レーザ計測装置は、例えば、ディーゼルエンジンに取付、ディーゼルエンジンから排出される排ガスに含まれる窒素酸化物、硫化酸化物、一酸化炭素、二酸化炭素、アンモニア等の濃度等を計測してもよい。なお、測定対象のガスを排出（供給）する装置は、これに限定されず、ガソリンエンジンや、ガスタービン等種々の内燃機関に用いることができる。また、内燃機関を有する装置としては、車両、船舶、発電機等種々の装置が例示される。さらに、レーザ計測装置は、ゴミ焼却炉、ボイラ等の燃焼機器から排出される排ガスに含まれる測定対象の物質の濃度等を計測することもできる。なお、以下の実施形態では、配管を流れる排ガスに含まれる測定物質の濃度を計測する場合として説明する。
【００２１】
図１は、本発明の信号処理装置を有するレーザ計測装置の一実施形態の概略構成を示す模式図である。図１に示すようにレーザ計測装置１０は、計測セル１２と、計測手段１４と、を有する。ここで、レーザ計測装置１０は、排ガスＡが流れる配管６と配管８との間に設けられている。また、排ガスＡは、配管６の上流側から供給され、配管６、レーザ計測装置１０、配管８を通過し、配管８よりも下流に排出される。なお、配管６の上流側には、排ガスの発生装置（供給装置）が配置されている。
【００２２】
計測セル１２は、基本的に主管２０と、入射管２２と、出射管２４とを有する。また、入射管２２には、窓２６が設けられており、出射管２４には、窓２８が設けられている。主管２０は、筒状の管状部材であり、一方の端部が配管６と連結され、他方の端部が配管８と連結されている。つまり、主管２０は、排ガスＡが流れる流路の一部となる位置に配置されている。これにより、排ガスＡは、配管６、主管２０、配管８の順に流れる。また、配管６を流れる排ガスＡは、基本的に全て主管２０を流れる。
【００２３】
入射管２２は、管状部材であり、一方の端部が主管２０に連結されている。また、主管２０は、入射管２２との連結部が、入射管２２の開口（端部の開口）と略同一形状の開口となっている。つまり、入射管２２は、主管２０と、空気の流通が可能な状態で連結されている。また、入射管２２の他方の端部には、窓２６が設けられており、窓２６により封止されている。なお、窓２６は、光を透過する部材、例えば、透明なガラス、樹脂等で構成されている。これにより、入射管２２は、窓２６が設けられている端部が、空気が流通しない状態で、かつ、光が透過できる状態となる。
【００２４】
入射管２２は、図１に示すように、窓２６側の端部の開口（つまり、窓２６により塞がれている開口）の面積と、主管２０側の端部（つまり、主管２０と連結している部分の開口）の面積とが実質的に同一の円筒形状である。なお、入射管２２の形状は円筒形状に限定されず、空気および光を通過させる筒型の形状であればよく、種々の形状とすることができる。例えば、断面が四角、多角形、楕円、非対称曲面となる形状としてもよい。また筒形状の断面の形状、径が位置によって変化する形状でもよい。
【００２５】
出射管２４は、入射管２２と略同一形状の管状部材であり、一方の端部が主管２０に連結され、出射管２４の他方の端部には、窓２８が設けられている。出射管２４も、主管２０と空気が流通可能な状態で、窓２８が設けられている端部が、空気が流通しない状態で、かつ、光が透過できる状態となる。また、出射管２４は、中心軸が入射管２２の中心軸と略同一となる位置に配置されている。つまり、入射管２２と出射管２４とは、主管２０の対向する位置に配置されている。
【００２６】
また、出射管２４も、窓２８側の端部の開口（つまり、窓２８により塞がれている開口）の面積と、主管２０側の端部（つまり、主管２０と連結している部分の開口）の面積とが実質的に同一の円筒形状である。なお、出射管２４も形状は円筒形状に限定されず、空気および光を通過させる筒型の形状であればよく、種々の形状とすることができる。例えば、断面が四角、多角形、楕円、非対称曲面となる形状としてもよい。また筒形状の断面の形状、径が位置によって変化する形状でもよい。なお、出射管２４も、後述するパージガスが安定して流れる形状とすることが好ましい。
【００２７】
次に、計測手段１４は、発光部４０と、光ファイバ４２と、受光部４４と、光源ドライバ４６と、信号処理部（信号処理装置）４７と、物理量算出部４８と、制御部５０と、を有する。なお、本実施形態では、信号処理部４７と、物理量算出部４８と、を別々に設けたが一体で（１つの処理部として）設けてもよい。また、光源ドライバ４６と、信号処理部４７と、物理量算出部４８と、制御部５０と、を一体で（１つの処理部として）設けてもよい。
【００２８】
発光部４０は、所定波長のレーザ光を出力（発光）させる発光素子を有する。なお、発光部４０の発光素子は、出力するレーザ光の出力波長（周波数）を所定の波長幅（周波数幅）で変化させることができる発光素子である。発光素子としては、波長可変の半導体レーザ素子（ＬＤ：Laser Diode）を用いることができる。発光部４０は、測定対象の物質が吸収する近赤外波長域を含む波長域のレーザ光を出力する。例えば、計測対象が一酸化窒素の場合、発光部４０は、一酸化窒素を吸収する近赤外波長域を含む波長域のレーザ光を出力する。また、計測対象が二酸化窒素の場合、発光部４０は、二酸化窒素を吸収する近赤外波長域の波長域を含むレーザ光を出力する。また、計測対象が亜酸化窒素の場合、発光部４０は、亜酸化窒素を吸収する近赤外波長域の波長域を含むレーザ光を出力する。なお、測定対象が複数の物質である場合、発光部４０は、夫々の物質が吸収する波長域の光を発光する発光素子を複数備え、それぞれの波長域の光を出力するようにしてもよい。光ファイバ４２は、発光部４０から出力されたレーザ光を案内し、窓２６から計測セル１２内に入射させる。
【００２９】
受光部４４は、計測セル１２の主管２０の内部を通過し、出射管２４の窓２８から出力されたレーザ光を受光する受光部である。なお、受光部４４は、例えば、フォトダイオード（ＰＤ、Photodiode）等の光検出器を備え、光検出器によってレーザ光を受光し、その光の強度を検出する。受光部４４は、受光したレーザ光の強度（光量）を受光信号として、信号処理部４７に送る。
【００３０】
光源ドライバ４６は、発光部４０を駆動する機能を有し、発光部４０に供給する電流、電圧を調整することで、発光部４０から出力されるレーザ光の波長、強度を調整する。光源ドライバ４６は、発振器であり、電流、電圧を所定の波形で発光部４０に供給することで時間により波長が変化するレーザ光を出力させる。本実施形態の光源ドライバ４６は、設定された変調周波数（例えば、１００ｋＨｚ、１５０ｋＨｚ）でレーザ光の波長を振動させ、変調周波数よりも低い周波数である掃引周波数（０．１ｋＨｚ、１ｋＨｚ）でレーザ光の波長を掃引する。これにより、発光部４０から出力されるレーザ光は、変調周波数で振動する振動の中心が、掃引周波数に基づいて変化するレーザ光となる。光源ドライバ４６は、制御部５０を介して物理量算出部４８に、発光部４０から出力しているレーザ光の強度の情報を出力する。
【００３１】
信号処理部４７は、受光部４４がレーザ光を受光することで生成した信号（受光信号）を処理する。具体的には、信号処理部４７は、受光信号に含まれるノイズ成分を除去し、発光部４０から出力され受光部４４に到達したレーザ光の成分を抽出する。なお、抽出して生成される信号を以下スペクトル信号という。また、信号処理部４７の処理については後述する。
【００３２】
物理量算出部４８は、信号処理部４７から出力されたスペクトル信号に基づいて、計測セル１２を流れる排ガスの濃度を算出する。物理量算出部４８は、信号処理部４７から出力されたスペクトル信号と、制御部５０により光源ドライバ４６を駆動させている条件とに基づいて、計測対象の物質の濃度を算出する。具体的には、物理量算出部４８は、制御部５０により光源ドライバ４６を駆動させている条件に基づいて発光部４０から出力されるレーザ光の強度を算出し、信号処理部４７で生成されたスペクトル信号に基づいて受光したレーザ光の強度を算出する。物理量算出部４８は、この発光したレーザ光の強度と受光したレーザ光の強度と比較し、排ガスＡに含まれる測定対象の物質の濃度を算出する。
【００３３】
具体的には、発光部４０から出力された近赤外の波長域のレーザ光Ｌは、光ファイバ４２から計測セル１２の所定経路、具体的には、窓２６、入射管２２、主管２０、出射管２４、窓２８を通過した後、受光部４４に到達する。このとき、計測セル１２内の排ガスＡ中に測定対象の物質が含まれていると、計測セル１２を通過するレーザ光Ｌが吸収される。そのため、レーザ光Ｌは、排ガスＡ中の測定対象の物質の濃度によって、受光部４４に到達するレーザ光の出力が変化する。受光部４４は、受光したレーザ光を受光信号に変換する。受光部４４で生成された受光信号は、信号処理部４７で処理されスペクトル信号として物理量算出部４８に入力される。また、制御部５０および光源ドライバ４６は、発光部４０から出力したレーザ光Ｌの強度を物理量算出部４８に出力する。物理量算出部４８は、発光部４０から出力した光の強度と、スペクトル信号から算出される強度とを比較し、その減少割合から計測セル１２内を流れる排ガスＡの測定対象の物質の濃度を算出する。このように計測手段１４は、いわゆるＴＤＬＡＳ方式（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy：可変波長ダイオードレーザー分光法）を用いることで、出力したレーザ光の強度と、受光部４４で検出した受光信号とに基づいて主管２０内の所定位置、つまり、測定位置を通過する排ガスＡ中の測定対象の物質の濃度を、算出および／または計測することができる。また、計測手段１４は、連続的に測定対象の物質の濃度を、算出および／または計測することができる。なお、レーザ計測装置１０は、発光部４０から出力されるレーザ光の強度を一定として、スペクトル信号のみ基づいて排ガスＡに含まれる測定対象の物質の濃度を算出してもよい。
【００３４】
制御部５０は、各部の動作を制御する制御機能を有し、必要に応じて、各部の動作を制御する。なお、制御部５０は、計測手段１４の制御のみならず、レーザ計測装置１０の全体の動作を制御する。つまり、制御部５０は、レーザ計測装置１０の動作を制御する制御部である。
【００３５】
次に、レーザ計測装置１０の信号処理部４７の構成を説明し、信号処理部４７による受光信号の処理について説明する。ここで、図２は、図１に示すレーザ計測装置の信号処理部の概略構成を示すブロック図である。図２に示すように、信号処理部４７は、受光部４４から送られた受光信号を処理してスペクトル信号を生成し、生成したスペクトル信号を物理量算出部４８に送る。信号処理部４７は、増幅Ａ／Ｄ変換部（増幅アナログデジタル変換部）６２と、ＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）計算部６４と、一時記憶部６５と、畳み込み計算部６６と、逆ＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）計算部６８と、を有する。
【００３６】
増幅Ａ／Ｄ変換部６２は、アナログの受光信号をデジタルの受光信号に変換し、さらにその出力を増幅する。増幅Ａ／Ｄ変換部６２は、増幅したデジタルの受光信号をＤＦＴ計算部６４に送る。
【００３７】
ＤＦＴ計算部６４は、増幅Ａ／Ｄ変換部６２で変換された前記受光信号のデジタルデータを１フレーム分取得し、取得した１フレーム分のデジタルデータを、離散フーリエ変換（ＤＦＴ、Discrete Fourier Transform）し、変調周波数を整数倍した周波数である指定周波数および当該指定周波数を中心として周波数がステップ周波数の整数倍分異なる周波数のそれぞれについてのＤＦＴ成分（フーリエ係数）を算出する。なお、ステップ周波数とは、予め設定した数値であり、ＤＦＴおよび後述する畳み込み処理に用いる周波数成分の間隔を決定する値である。つまり、指定周波数をαとし、ステップ周波数をβとし、ｎを０以上の整数とした場合、ＤＦＴ成分を算出する周波数は、α±ｎβとなる。なお、ｎの最大値は、設定により調整することができる値である。
【００３８】
これにより、ＤＦＴ計算部６４は、離散フーリエ変換により１フレーム分のデジタルデータから指定周波数のＤＦＴ成分（フーリエ係数）を算出しかつ指定周波数を中心として周波数がステップ周波数の整数倍分異なる周波数のそれぞれのＤＦＴ成分（フーリエ係数）を算出する。このようにＤＦＴ計算部６４は、デジタルの受光信号であるｆ（ｔ）に対して離散フーリエ変換を行い、指定周波数を中心とした各周波数のＤＦＴ成分Ｆ（ω）を算出する。なお、ＤＦＴ成分Ｆ（ω）のωはα±ｎβである。また、参照正弦波（指定周波数の正弦波）の信号であるｇ（ｔ）に対して離散フーリエ変換を行い、参照正弦波のＤＦＴ成分Ｇ（ω）を算出する。なお、Ｇ（ω）は予め算出しておき、畳み込み計算部６６に設定しておいてもよい。また、ＤＦＴ計算部６４は、畳み込み計算部６８で必要となるため、指定周波数及び指定周波数を中心として周波数がステップ周波数の整数倍分異なる周波数に対応するマイナス周波数のＤＦＴ成分（Ｆ（ω）、Ｇ（ω））も算出する。なお、離散フーリエ変換では、マイナス周波数のＤＦＴ成分はＦ（−ｋ）＝Ｆ＊（ｋ）となるため、正周波数の複素共役で算出することができる。
【００３９】
一時記憶部６５は、ＤＦＴ計算部６４で算出された算出結果（各周波数におけるＤＦＴ成分）を記憶する記憶部である。なお、一時記憶部６５は、畳み込み計算部６６の必要な算出結果を一時的に記憶するバッファとして機能する。一時記憶部６５は、ＤＦＴ計算部６４により算出された算出結果が書き込まれ、畳み込み計算部６６により記憶した算出結果が読み出される。また、一時記憶部６５に記憶された算出結果は、自身、ＤＦＴ計算部６４または畳み込み計算部６６により上書き処理や削除処理により順次一時記憶部６５から消去される。
【００４０】
畳み込み計算部６６は、一時記憶部６５に記憶されたＤＦＴ算出部６４で算出したＤＦＴ成分に対して畳み込み計算する。具体的には、一時記憶部６５に記憶した指定周波数を中心とした各周波数のＤＦＴ成分Ｆ（ω）と、参照正弦波のＤＦＴ成分Ｇ（ω）とを用いて、下記式（１）の畳み込み計算を実行する。
【００４１】
【数１】
【００４２】
ここで、（式１）の畳み込み計算は、下記式（２）に示すように展開することができる。本実施形態のΔはステップ周波数の整数倍の値ｎβ（なおｎは０を含む）である。
【００４３】
【数２】
【００４４】
ここで、本実施形態の畳み込み計算において、Ｇ（ｆ）はｆの絶対値が指定周波数である正負の２周波数の場合以外に値が０となる。このため、（式２）の畳み込み計算で計算する対象は、指定周波数ｆと−ｆの周波数成分となる。また、Δはステップ周波数の整数倍の値ｎβであるため、２ｎ＋１個のΔに対して各１個のＨ（Δ）が算出される。
【００４５】
以下、具体例を用いて、信号処理部４７の畳み込み処理を説明する。ここで、図３および図４は、それぞれ信号処理部の処理を説明するための説明図である。なお、図３は、受光信号（ＬＤ信号）を離散フーリエ変換した結果Ｆ（ω）と、参照正弦波を離散フーリエ変換した結果Ｇ（ω）を示す説明図である。また、図３は、縦軸が強度（大きさ）であり、横軸が周波数軸である。
【００４６】
図３および図４に示す具体例では、指定周波数を２５０ｋＨｚとし、ステップ周波数を１ｋＨｚとし、整数倍の係数ｎの最大値を２とした。また、サンプリング周波数は４ＭＨｚでありサンプリング周期Δｔは２．５Ｅ−７秒である。また、１／２Δｔは、サンプリング周波数の半分の値（周波数）に相当する。なお、レーザ計測装置１０は、変調周波数を１２５ｋＨｚとし、掃引周波数を１ｋＨｚとしてレーザ光を出力した。以上の条件で、受光信号（ＬＤ信号）を離散フーリエ変換すると、Ｆ（ω）として、図３に示すように、変調周波数１２５ｋＨｚの倍の周波数である２５０ｋＨｚの周辺（周波数２４８ｋＨｚから２５２ｋＨｚ）に出力９２が算出される。また、畳み込み計算で必要となる、対応するマイナス周波数（周波数−２５２ｋＨｚから−２４８ｋＨｚ）の出力９４も算出される。また、同様に、参照正弦波を離散フーリエ変換すると、Ｇ（ω）は、図３に示すように、参照正弦波の周波数である２５０ｋＨｚの周辺に出力９６が算出される。また、離散フーリエ変換では、対応するマイナス周波数の出力９８も算出される。
【００４７】
畳み込み計算部６６は、図３に示すように算出することができるＦ（ω）のうち、変調周波数を２倍した指定周波数２５０ｋＨｚ及びその近傍の成分を解析対象とする。なお、畳み込み計算では、指定周波数に対応するマイナス周波数も必要となるため、周波数−２５０ｋＨｚ及びその近傍の成分も解析対象とする。つまり、畳み込み計算部６６は、領域１００に囲われた出力成分から必要なＤＦＴ成分を出力する。ここで、本実施形態では、指定周波数を２５０ｋＨｚとし、ステップ周波数を１ｋＨｚとし、整数倍の係数ｎの最大値が２であるため、Ｈ（Δ）の算出には、Ｆ（±２４８）、Ｆ（±２４９）、Ｆ（±２５０）、Ｆ（±２５１）、Ｆ（±２５２）と、Ｇ（±２５０）と、を用いる。畳み込み計算部６６は、上記ＤＦＴ成分を用いて、Δ＝０、±１、±２ｋＨｚのＨ（Δ）を算出する。つまり、Ｈ（−２）、Ｈ（−１）、Ｈ（０）、Ｈ（１）、Ｈ（２）を算出する。例えば、Ｈ（０）は、下記式（３）を用いて、算出する。
【００４８】
【数３】
【００４９】
つまり、図４に示すように、Δ＝０の場合は、Ｆ（２５０）の成分とＧ（−２５０）の成分とを乗算し、Ｆ（−２５０）の成分とＧ（２５０）の成分とを乗算して算出する。また、この算出した結果を合計することで、Ｈ（０）を算出する。また、Ｈ（１）は、下記式（４）を用いて、算出する。
【００５０】
【数４】
【００５１】
図４に示すように、Δ＝１の場合は、Ｆ（２５１）の成分とＧ（−２５０）の成分とを乗算し、Ｆ（−２４９）の成分とＧ（２５０）の成分とを乗算して算出する。また、この算出した結果を合計することで、Ｈ（１）を算出する。また、Ｈ（−１）は、下記式（５）の計算式で算出する。
【００５２】
【数５】
【００５３】
さらに、式は示さないがＨ（２）、（−２）も同様に上記式（２）を用いて計算を行う。畳み込み計算部６６は、以上のようにして、条件に基づいて、複数のＤＦＴ成分のＨ（Δ）を算出する。
【００５４】
逆ＤＦＴ計算部６８は、畳み込み計算部６６で計算した結果に対し、逆離散フーリエ変換を行い、スペクトル信号を生成する。具体的には、逆ＤＦＴ計算部６８は、畳み込み計算部６６で畳み込み計算されて算出されたＤＦＴ成分のＨ（Δ）と、周波数Δの正弦波の数値生成ルーチンを用いて、逆離散フーリエ変換を行い、スペクトル信号（所定のスペクトル成分を抽出した信号）を出力する。
【００５５】
次に、具体的な処理例について説明する。ここで、図５Ａは、受光信号の検出波形を示すグラフである。図５Ｂは、スペクトル信号の出力波形を示すグラフである。図５Ｃは、ロックインアンプを用いて算出したスペクトル信号の出力波形を示すグラフである。なお、図５Ａから図５Ｃは、ともに縦軸を強度とし、横軸を時間とした。なお、図５Ａは、縦軸の強度が受光信号の強度であり、図５Ｂおよび図５Ｃは、縦軸の強度が算出されたスペクトル信号の強度である。また、図５Ａおよび図５Ｃは、横軸の時間の単位がｍｓであり、図５Ｂは、横軸の時間の単位がｓである。ここで、レーザ計測装置１０は、図５Ａから図５Ｃに示す計測において、変調周波数を１２５ｋＨｚとし、掃引周波数を１ｋＨｚとして発光部４０からレーザ光を出力した。この条件で、発光部４０から出力された測定対象の排ガスを通過したレーザ光の受光信号は、図５Ａに示す波形となる。図５に示すように、レーザ光は、掃引周波数が１ｋＨｚであるため、１ｍｓを１周期として受光強度が大きく振幅し、さらに、変調周波数が１２５ｋＨｚであるため、０．００８ｍｓを１周期として掃引周波数による振幅よりも小さい振幅で受光強度が振動している。なお、レーザ光の波長（周波数）と強度とは相関関係がある。
【００５６】
具体例のレーザ計測装置１０は、図５Ａに示す受光信号を上述した図３および図４と同様の条件、つまり、指定周波数を２５０ｋＨｚとし、ステップ周波数を１ｋＨｚとし、整数倍の係数ｎの最大値を３１で処理し、スペクトル信号を出力した。出力したスペクトル信号を図５Ｂに示す。また、比較のために、図５Ａに示す受光信号を従来のロックインアンプを用いた方式で処理し、出力したスペクトル信号を図５Ｃに示す。なお、図５Ｃに示す計測結果は、参照正弦波の周波数を２５０ｋＨｚとして算出した。
【００５７】
図５Ｂおよび図５Ｃに示すように、本実施形態のレーザ計測装置１０を用いた場合でも、従来のロックインアンプを用いた方式と同様の波形を検出することができる。また、検出対象の成分を限定しているため、検出結果の波形の振動も抑制することができる。なお、スペクトル信号の出力と測定対象の物質の濃度との関係は、装置の使用前に対応関係を算出する試験を行うことで、対応付ける。また、検出強度の絶対値は、出力強度等を調整することで調整することもできる。
【００５８】
このように、レーザ計測装置１０は、デジタル化した受光信号に離散フーリエ変換処理を行い、変調周波数を整数倍した周波数である指定周波数および指定周波数を中心として周波数がステップ周波数の整数倍分異なる周波数のそれぞれのＤＦＴ成分を算出し、そのＤＦＴ成分と、参照正弦波（指定周波数の正弦波）のＤＦＴ成分とで、畳み込み処理を行い、その算出結果に逆離散フーリエ変換処理を行ってスペクトル信号を算出（検出）することで、少ない計算量で受光信号から吸収スペクトルの信号成分を抽出することができる。つまり、レーザ計測装置１０は、少ない計算量で、測定対象の物質の物理量の算出に必要な信号成分を抽出することができる。必要な計算が少なくなり、計算対象も少なくなるため、信号処理部４７の構成も簡単にすることができるため、装置構成を簡単にすることができ、制御基板（制御回路）の構成も簡単にすることができる。
【００５９】
具体的には、比較例で用いたロックインアンプを用いた信号処理では、ＦＩＲフィルタで１つの信号の処理を行うために直前の多数のフレーム分のデータを記憶・処理して移動平均を算出する必要がある。これに対して、本実施形態は、１フレーム分のデータに対して離散フーリエ変換を行い、設定された周波数毎のＤＦＴ成分（フーリエ係数）を算出し、算出した複数のＤＦＴ成分を組み合わせ計算する畳み込み処理を行い、その結果を逆離散フーリエ変換することで、スペクトル信号を算出することができる。これにより、計算量を少なくすることができ、かつ、処理対象の信号成分が飛躍的に少なくすることができる。
【００６０】
また、ＤＦＴ計算部６４は、離散フーリエ変換で必要な周波数のＤＦＴ成分のみを算出すればよいため、離散フーリエ変換の計算量も少なくすることができる。また、測定対象の周波数およびその周辺の周波数成分のスペクトル信号を抽出すればよいため、１つの指定周波数およびその周辺の周波数（ステップ周波数の整数倍分ずれた周波数）に対して、離散フーリエ変換および畳み込み処理を行えばよい。このため、処理対象の周波数成分を絞り込むことができ、計算量の増加も抑制できる。なお、上記実施形態では、一例として、指定周波数として変調周波数の２倍の周波数としたが、これに限定されない。指定周波数は、変調周波数の整数倍の周波数を用いることができる。なお、指定周波数は、本実施形態のように、変調周波数の２倍の周波数とすることが好ましい。これにより、測定対象の物質による光の吸収で生じる強度の変動をより大きい値で検出することができる。つまり、スペクトル信号をより大きい値（Ｓ／Ｎ比が高い値）で検出することができる。
【００６１】
次に、図６を用いて、レーザ計測装置１０の信号処理部４７の処理の他の実施形態について説明する。ここで、図６Ａは、受光信号の検出波形を示すグラフである。図６Ｂから図６Ｄは、それぞれスペクトル信号の出力波形を示すグラフである。なお、図６Ａから図６Ｄは、ともに縦軸を強度とし、横軸を時間とした。なお、図６Ａは、縦軸の強度が受光信号の強度であり、図６Ｂから図６Ｄは、縦軸の強度が算出されたスペクトル信号の強度である。また、図６Ａから図６Ｄは、横軸の時間の単位がｓである。
【００６２】
図６Ａから図６Ｄに示す計測において、レーザ計測装置１０は、変調周波数を１００ｋＨｚとし、掃引周波数を０．１ｋＨｚとして発光部４０からレーザ光を出力した。この条件で、発光部４０から出力され測定対象の排ガスを通過したレーザ光の受光信号は、図６Ａに示す波形となる。図６Ａに示すように、レーザ光は、掃引周波数が０．１ｋＨｚであるため、１０ｍｓが掃引の１周期となり、さらに、変調周波数が１００ｋＨｚであるため、０．０１ｍｓが変調の１周期となる。
【００６３】
この図６Ａに示す受光信号を、レーザ計測装置１０の信号処理部４７が、指定周波数を２００ｋＨｚとし、ステップ周波数を０．１ｋＨｚとし、整数倍の係数ｎの最大値を４とした設定で処理してスペクトル信号を出力した。つまり、２００ｋＨｚの成分と、２００±０．１ｋＨｚ、２００±０．２ｋＨｚ、２００±０．３ｋＨｚ、２００±０．４ｋＨｚの成分を用いて、畳み込み処理を行った。出力結果を図６Ｂに示す。図６Ｂに示すように、変調周波数が１００ｋＨｚの場合は、変調周波数を２００ｋＨｚとすることで上記実施形態と同様に対象の周波数の出力（スペクトル信号）を検出することができる。
【００６４】
次に、図６Ａに示す受光信号を、レーザ計測装置１０の信号処理部４７が、指定周波数を２００ｋＨｚとし、ステップ周波数を０．１ｋＨｚとし、整数倍の係数ｎを、最大値が４でかつ偶数（つまり、整数倍の係数２Ｎで、かつＮの最大値２の整数）とした設定で処理してスペクトル信号を出力した。つまり、２００ｋＨｚの成分と、２００±０．２ｋＨｚ、２００±０．４ｋＨｚの成分を用いて、畳み込み処理を行った。出力結果を図６Ｃに示す。
【００６５】
図６Ｃに示すように、ステップ周波数を整数倍する係数に偶数のみを用いることで、信号成分に含まれる歪み成分を除去した吸収スペクトル（測定に反応している成分）の強度をスペクトル信号として算出することができる。これにより、所望のスペクトル信号成分の検出精度を維持または向上させることができる。ステップ周波数を整数倍する係数に奇数を用いないことで、計算対象の周波数を少なくすることができる。
【００６６】
図６Ａに示す受光信号を、レーザ計測装置１０の信号処理部４７が、指定周波数を２００ｋＨｚとし、ステップ周波数を０．１ｋＨｚとし、整数倍の係数ｎを、最大値が４でかつ奇数（つまり、整数倍の係数２Ｎ−１で、かつＮの最大値２の整数）とした設定で処理してスペクトル信号を出力した。つまり、２００ｋＨｚの成分と、２００±０．１ｋＨｚ、２００±０．３ｋＨｚの成分を用いて、畳み込み処理を行った。出力結果を図６Ｄに示す。
【００６７】
図６Ｄに示すように、ステップ周波数を整数倍する係数に奇数のみを用いることで、信号成分に含まれる歪み成分の強度を算出することができる。ここで、歪み成分は、測定対象の物質の吸収の影響を受けない。このため、レーザ計測装置１０は、歪み成分を装置の補正処理、キャリブレーション等に用いることができる。レーザ計測装置１０は、信号処理部４７でステップ周波数を整数倍する係数に奇数のみを用いることで、信号成分に含まれる歪み成分の強度を算出し、その結果と基準値等を比較し、各種条件を調整することで、計測精度をより向上させることができる。なお、レーザ計測装置１０は、ステップ周波数を整数倍する係数に奇数のみを用いるモードと、ステップ周波数を整数倍する係数に偶数のみ（または全ての整数）を用いるモードと、を切り換えるまたは２つのモードを並列で処理することで、補正処理と、濃度の計測処理の両方を行うことができる。
【００６８】
また、信号処理部４７の処理対象の周波数、つまり、指定周波数をαとし、ステップ周波数をβとし、ｎを０以上の整数とした場合のα±ｎβに用いるｎの最大値は任意の値とすることができる。つまり、畳み込み処理に用いるＤＦＴ成分の数は、２ｎ＋１個数とすることができる。ここで、図７Ａから図７Ｇは、それぞれスペクトル信号の出力波形を示すグラフである。図７Ａから図７Ｇは、それぞれ縦軸の強度が算出されたスペクトル信号の強度であり、横軸が単位をｓの時間である。なお、図７Ａから図７Ｇは、図５Ａに示す受光信号を、ｎの最大値をそれぞれの値として信号処理部４７で処理した結果を示すグラフである。また、図７Ａから図７Ｇは、指定周波数を２５０ｋＨｚとし、ステップ周波数を１ｋＨｚとし、係数ｎとして偶数のみを用いて計算を実行した結果である。
【００６９】
ここで、図７Ａは、解析対象の周波数を、偶数次の５点（指定周波数とその周辺のステップ周波数の整数倍分ずれた４つの周波数）、つまり±２５０±２Ｎ（Ｎは２以下の整数）ｋＨｚとした場合の出力である。したがって、図７Ａは、±２４６ｋＨｚ、±２４８ｋＨｚ、±２５０ｋＨｚ、±２５２ｋＨｚ、±２５４ｋＨｚの５つの周波数を解析対象としている。また、図７Ｂは、解析対象の周波数を偶数次の７点、つまり±２５０±２Ｎ（Ｎは３以下の整数）ｋＨｚとした場合の出力である。図７Ｃは、解析対象の周波数を偶数次の９点、つまり±２５０±２Ｎ（Ｎは４以下の整数）ｋＨｚとした場合の出力である。図７Ｄは、解析対象の周波数を偶数次の１１点、つまり±２５０±２Ｎ（Ｎは５以下の整数）ｋＨｚとした場合の出力である。図７Ｅは、解析対象の周波数を偶数次の１５点、つまり±２５０±２Ｎ（Ｎは７以下の整数）ｋＨｚとした場合の出力である。図７Ｆは、解析対象の周波数を偶数次の２１点、つまり±２５０±２Ｎ（Ｎは１０以下の整数）ｋＨｚとした場合の出力である。図７Ｇは、解析対象の周波数を偶数次の３１点、つまり±２５０±２Ｎ（Ｎは１５以下の整数）ｋＨｚとした場合の出力である。
【００７０】
図７Ａから図７Ｇに示すように、解析対象の周波数の個数を種々の設定とすることで、種々のスペクトル信号を検出することができる。またいずれのスペクトル信号としても、スペクトル信号の最大値と最小値に基づいて吸収により生じるスペクトル変化を検出することができるため、好適に測定対象物質の濃度を計測することができる。なお、レーザ計測装置１０は、解析対象の周波数の個数を増加させることで、ロックインアンプのローパスフィルタのカットオフ周波数を増加させることと同様の効果を得ることができる。
【００７１】
また、上述したように、指定周波数は、変調周波数の整数倍の種々の値とすることができる。ここで、図８は、スペクトル信号の出力波形を示すグラフである。図８は、縦軸が出力であり、横軸が単位をｓとした時間である。なお、図８は、図５Ａに示す受光信号を、指定周波数を５００ｋＨｚとし、ステップ周波数を１ｋＨｚとし、係数ｎとして偶数のみを用いて計算を実行した結果である。また、図８は、解析対象の周波数を偶数次の３１点としている。図８に示すように、指定周波数として、変調周波数の４倍の周波数を用いても、変調周波数に含まれる吸収スペクトル（検出対象のスペクトル）の変化を検出することができる。なお、指定周波数として、変調周波数の４倍の周波数を用いて解析を行うとスペクトルの４次微分波形が検出される。このように変調周波数の２倍以外の周波数を用いることで、変調周波数の２倍の周波数にノイズ成分がある場合も吸収スペクトル（検出対象のスペクトル）の変化を検出することができる。また、変調周波数の４倍等、２倍より周波数の高い周波数は、信号強度が小さいため吸収スペクトル（検出対象のスペクトル）を検出しにくいが、レーザ計測装置１０は、対象のスペクトルを高精度に検出できるため好適に吸収スペクトル（検出対象のスペクトル）を検出することができる。
【００７２】
また、レーザ計測装置１０は、本実施形態のようにステップ周波数を、掃引周波数と同一周波数とすることが好ましい。ステップ周波数を掃引周波数と同一とすることで、より好適に変調周波数に含まれる吸収スペクトル（検出対象のスペクトル）の変化を検出することができる。
【００７３】
なお、ステップ周波数は、受光信号の検出間隔と１フレーム分の個数との乗算で算出される周波数とすることが好ましい。つまり、ステップ周波数は、１フレーム分の受光信号を取得するのに要する時間が１周期となる周波数とすることが好ましい。１フレームが４０００点で、受光信号の検出間隔（サンプリング周期）が４ＭＨｚの場合は、ステップ周波数を１ｋＨｚとすることが好ましい。これにより、スペクトル信号をより高精度で検出することができる。
【００７４】
また、レーザ計測装置１０は、掃引周波数の１周期で取得できるデータ数の整数倍を、受光信号の１フレーム分のデータ数とすることが好ましい。これにより、掃引周波数で波長を掃引している場合により高い精度でスペクトル信号を検出することができる。
【符号の説明】
【００７５】
６、８ 配管
１０ レーザ計測装置
１２ 計測セル
１４ 計測手段
２０ 主管
２２ 入射管
２４ 出射管
２６、２８ 窓
４０ 発光部
４２ 光ファイバ
４４ 受光部
４６ 光源ドライバ
４７ 信号処理部
４８ 物理量算出部
５０ 制御部
６２ 増幅Ａ／Ｄ変換部
６４ ＤＦＴ計算部
６５ 一時記憶部
６６ 畳み込み計算部
６８ 逆ＤＦＴ計算部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ吸収分光法により測定対象のガスの物理量を算出するレーザ計測に用いる信号処理装置およびレーザ計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
管路内を流れるガス（気体）を分析する方法として、レーザ光を測定光として用いる方法がある。例えば、特許文献１には、一定電流に重畳された第１の交流成分を有する電流で変調され、温度に応じて波長が変化するレーザ光を発振するレーザと、検知雰囲気通過後のレーザ光の強度を電圧に変換する光強度電圧変換器と、該光強度電圧変換器の出力電圧を位相敏感検波する２つの位相敏感検波器と、一方の位相敏感検波器から得られる１次の位相敏感検波信号と他方の位相敏感検波器から得られる２次の位相敏感検波信号とに基づいて検知雰囲気の濃度を検知するガス検知装置が記載されている。
【０００３】
また、特許文献２には、レーザ光を出射するレーザ素子と、レーザ光を基本波で周波数変調する周波数変調部と、周波数変調されたレーザ光を検出する光検出部と、光検出部にて検出されたレーザ光から基本波成分を検出する基本波成分検出部と、光検出部にて検出されたレーザ光から２倍波成分を検出する２倍波成分検出部と、光検出部にて検出された基本波成分と２倍波成分との振幅比に基づいて測定対象ガスの濃度を算出するガス濃度算出部と、を有するガス濃度測定装置が記載されている。また、当該ガス濃度測定装置は、レーザ光から検出された基本波成分と２倍波成分との振幅比を算出する振幅比算出部と、基本波成分と２倍波成分との振幅比に基づいてレーザ素子の温度を設定する温度設定部と、吸収ピーク波長からシフトされた波長を基準とする波長変調を行った時の基本波成分と２倍波成分との振幅比に基づいてレーザ素子の駆動電流を制御する駆動電流制御部とを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２７９６６４９号明細書
【特許文献２】特開２００８−１４７５５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１および特許文献２に記載されているように、測定光として波長変調を行いつつ出力したレーザ光を用い、当該レーザ光の吸収を計測することで、測定対象物質の濃度等の物理量を計測することができる。レーザ光を用いてガス濃度を計測することで高い応答性でガス濃度を計測することができる。
【０００６】
ここで、受光部がレーザ光を受光して生成する受光信号には、種々のノイズが含まれる。そのため、受光信号からノイズを除去し、必要な成分（例えば波長変調を行う変調周波数に対応する信号成分）を抽出するために各種信号処理を行う。この信号処理としては、ロックインアンプで、ロックイン処理およびローパス処理を行い特定のスペクトル信号を抽出する方法がある。しかしながら、検出対象の信号はノイズに対して出力が小さいため、高精度な検出を行う場合は、ロックインアンプによる処理前にＦＩＲフィルタ等を設け、ロックインアンプの処理対象の周波数成分を抽出する、つまりロックインアンプの処理対象の周波数以外の周波数成分を低減させる処理を行う。
【０００７】
ここで、ＦＩＲフィルタを用いた処理では、直前の多数（例えば１０２４次）のデータを用いて特定の周波数成分を抽出する。このように、ＦＩＲフィルタは、受光信号から対象の成分を抽出するために、直前の多数の検出結果を記憶・処理して検出した値を使用する。このため、記憶・処理する計算量が多く計算負荷が大きくなってしまう。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、少ない計算量かつ簡単な装置構成で受光信号から所望の信号成分を高い精度で検出することができる信号処理装置およびレーザ計測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、流体が流れる計測セルと、測定対象のガスに固有な吸収波長を含む波長域のレーザ光を変調周波数で波長を変調しつつ出力し、前記計測セルに入射させる発光部と、前記入射部から入射され、前記計測セルを通過し、前記出射部から出射された前記レーザ光を受光し、受光した光量を受光信号として出力する受光部と、を有し、前記受光信号に基づいて前記計測セルを流れる測定対象のガスの物理量を算出するレーザ計測装置に適用され、前記受光部が受光した受光信号を処理し、前記計測セルを流れる測定対象のガスの物理量の算出に用いるスペクトル信号を出力する信号処理装置であって、前記受光信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換部と、前記Ａ／Ｄ変換部で変換された前記受光信号の１フレーム分のデジタルデータを取得し、取得した１フレーム分のデジタルデータを、前記変調周波数を整数倍した周波数である指定周波数および前記指定周波数を中心として周波数がステップ周波数の整数倍分異なる周波数のそれぞれで離散フーリエ変換（Discrete Fourier Transform）し、前記指定周波数および指定周波数を中心として周波数がステップ周波数の整数倍分異なる周波数のそれぞれでＤＦＴ成分を算出するＤＦＴ計算部と、ＤＦＴ計算部で算出した前記ＤＦＴ成分に対して畳み込み計算する畳み込み計算部と、前記畳み込み計算部で計算した結果に対し逆離散フーリエ変換を行い、スペクトル信号を生成する逆ＤＦＴ計算部と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
ここで、前記ステップ周波数は、前記受光信号の検出間隔と１フレーム分の個数との乗算で算出される周波数であることが好ましい。
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明はレーザ計測装置であって、上記のいずれかに記載の信号処理装置と、流体を流す流路と連結可能な主管、前記主管に連結し、光が通過可能な窓部が形成された入射部、前記主管に連結し光が通過可能な窓部が形成された出射部と、を含む計測セルと、測定対象のガスに固有な吸収波長を含む波長域のレーザ光を変調周波数で波長を変調しつつ出力し、前記入射部に入射させる発光部と、前記入射部から入射され、前記計測セルを通過し、前記出射部から出射された前記レーザ光を受光し、受光した光量を受光信号として出力する受光部と、前記スペクトル信号に基づいて、前記計測セルを流れる測定対象のガスの物理量を算出する物理量算出部と、各部の動作を制御する制御部と、を有することを特徴とする。
【００１２】
また、前記発光部は、変調周波数よりも低い周波数の掃引周波数で波長を掃引しつつレーザ光出力することが好ましい。
【００１３】
また、前記ＤＦＴ計算部は、前記掃引周波数の１周期分のデジタルデータを１フレーム分のデータとして取得することが好ましい。
【００１４】
また、前記ステップ周波数は、掃引周波数であることが好ましい。
【００１５】
また、前記ＤＦＴ計算部は、前記指定周波数を中心として周波数がステップ周波数の整数倍分異なる周波数として、ステップ周波数の偶数の整数倍分または奇数の整数倍分異なる周波数のみを用いることが好ましい。
【００１６】
また、前記物理量算出部が算出する物理量は、前記測定対象のガスの濃度であることが好ましい。
【００１７】
また、前記物理量算出部は、前記発光部から出力したレーザ光の強度と、前記受光部で受光したレーザ光の強度とに基づいて、前記測定対象のガスの濃度を算出することが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明にかかる信号処理装置およびレーザ計測装置は、少ない計算量かつ簡単な装置構成で受光信号から所望の信号成分を高い精度で検出することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の信号処理装置を有するレーザ計測装置の一実施形態の概略構成を示す模式図である。
【図２】図２は、図１に示すレーザ計測装置の信号処理部の概略構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、信号処理部の処理を説明するための説明図である。
【図４】図４は、信号処理部の処理を説明するための説明図である。
【図５Ａ】図５Ａは、受光信号の検出波形を示すグラフである。
【図５Ｂ】図５Ｂは、スペクトル信号の出力波形を示すグラフである。
【図５Ｃ】図５Ｃは、ロックインアンプを用いて算出したスペクトル信号の出力波形を示すグラフである。
【図６Ａ】図６Ａは、受光信号の検出波形を示すグラフである。
【図６Ｂ】図６Ｂは、スペクトル信号の出力波形を示すグラフである。
【図６Ｃ】図６Ｃは、スペクトル信号の出力波形を示すグラフである。
【図６Ｄ】図６Ｄは、スペクトル信号の出力波形を示すグラフである。
【図７Ａ】図７Ａは、スペクトル信号の出力波形を示すグラフである。
【図７Ｂ】図７Ｂは、スペクトル信号の出力波形を示すグラフである。
【図７Ｃ】図７Ｃは、スペクトル信号の出力波形を示すグラフである。
【図７Ｄ】図７Ｄは、スペクトル信号の出力波形を示すグラフである。
【図７Ｅ】図７Ｅは、スペクトル信号の出力波形を示すグラフである。
【図７Ｆ】図７Ｆは、スペクトル信号の出力波形を示すグラフである。
【図７Ｇ】図７Ｇは、スペクトル信号の出力波形を示すグラフである。
【図８】図８は、スペクトル信号の出力波形を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に、本発明にかかる信号処理装置およびレーザ計測装置の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。なお、レーザ計測装置は、流路を流れる種々の気体（ガス）等の流体に含まれる測定対象の物質（ガス、特定の成分）の物理量（濃度、量）を計測することができる。レーザ計測装置は、例えば、ディーゼルエンジンに取付、ディーゼルエンジンから排出される排ガスに含まれる窒素酸化物、硫化酸化物、一酸化炭素、二酸化炭素、アンモニア等の濃度等を計測してもよい。なお、測定対象のガスを排出（供給）する装置は、これに限定されず、ガソリンエンジンや、ガスタービン等種々の内燃機関に用いることができる。また、内燃機関を有する装置としては、車両、船舶、発電機等種々の装置が例示される。さらに、レーザ計測装置は、ゴミ焼却炉、ボイラ等の燃焼機器から排出される排ガスに含まれる測定対象の物質の濃度等を計測することもできる。なお、以下の実施形態では、配管を流れる排ガスに含まれる測定物質の濃度を計測する場合として説明する。
【００２１】
図１は、本発明の信号処理装置を有するレーザ計測装置の一実施形態の概略構成を示す模式図である。図１に示すようにレーザ計測装置１０は、計測セル１２と、計測手段１４と、を有する。ここで、レーザ計測装置１０は、排ガスＡが流れる配管６と配管８との間に設けられている。また、排ガスＡは、配管６の上流側から供給され、配管６、レーザ計測装置１０、配管８を通過し、配管８よりも下流に排出される。なお、配管６の上流側には、排ガスの発生装置（供給装置）が配置されている。
【００２２】
計測セル１２は、基本的に主管２０と、入射管２２と、出射管２４とを有する。また、入射管２２には、窓２６が設けられており、出射管２４には、窓２８が設けられている。主管２０は、筒状の管状部材であり、一方の端部が配管６と連結され、他方の端部が配管８と連結されている。つまり、主管２０は、排ガスＡが流れる流路の一部となる位置に配置されている。これにより、排ガスＡは、配管６、主管２０、配管８の順に流れる。また、配管６を流れる排ガスＡは、基本的に全て主管２０を流れる。
【００２３】
入射管２２は、管状部材であり、一方の端部が主管２０に連結されている。また、主管２０は、入射管２２との連結部が、入射管２２の開口（端部の開口）と略同一形状の開口となっている。つまり、入射管２２は、主管２０と、空気の流通が可能な状態で連結されている。また、入射管２２の他方の端部には、窓２６が設けられており、窓２６により封止されている。なお、窓２６は、光を透過する部材、例えば、透明なガラス、樹脂等で構成されている。これにより、入射管２２は、窓２６が設けられている端部が、空気が流通しない状態で、かつ、光が透過できる状態となる。
【００２４】
入射管２２は、図１に示すように、窓２６側の端部の開口（つまり、窓２６により塞がれている開口）の面積と、主管２０側の端部（つまり、主管２０と連結している部分の開口）の面積とが実質的に同一の円筒形状である。なお、入射管２２の形状は円筒形状に限定されず、空気および光を通過させる筒型の形状であればよく、種々の形状とすることができる。例えば、断面が四角、多角形、楕円、非対称曲面となる形状としてもよい。また筒形状の断面の形状、径が位置によって変化する形状でもよい。
【００２５】
出射管２４は、入射管２２と略同一形状の管状部材であり、一方の端部が主管２０に連結され、出射管２４の他方の端部には、窓２８が設けられている。出射管２４も、主管２０と空気が流通可能な状態で、窓２８が設けられている端部が、空気が流通しない状態で、かつ、光が透過できる状態となる。また、出射管２４は、中心軸が入射管２２の中心軸と略同一となる位置に配置されている。つまり、入射管２２と出射管２４とは、主管２０の対向する位置に配置されている。
【００２６】
また、出射管２４も、窓２８側の端部の開口（つまり、窓２８により塞がれている開口）の面積と、主管２０側の端部（つまり、主管２０と連結している部分の開口）の面積とが実質的に同一の円筒形状である。なお、出射管２４も形状は円筒形状に限定されず、空気および光を通過させる筒型の形状であればよく、種々の形状とすることができる。例えば、断面が四角、多角形、楕円、非対称曲面となる形状としてもよい。また筒形状の断面の形状、径が位置によって変化する形状でもよい。なお、出射管２４も、後述するパージガスが安定して流れる形状とすることが好ましい。
【００２７】
次に、計測手段１４は、発光部４０と、光ファイバ４２と、受光部４４と、光源ドライバ４６と、信号処理部（信号処理装置）４７と、物理量算出部４８と、制御部５０と、を有する。なお、本実施形態では、信号処理部４７と、物理量算出部４８と、を別々に設けたが一体で（１つの処理部として）設けてもよい。また、光源ドライバ４６と、信号処理部４７と、物理量算出部４８と、制御部５０と、を一体で（１つの処理部として）設けてもよい。
【００２８】
発光部４０は、所定波長のレーザ光を出力（発光）させる発光素子を有する。なお、発光部４０の発光素子は、出力するレーザ光の出力波長（周波数）を所定の波長幅（周波数幅）で変化させることができる発光素子である。発光素子としては、波長可変の半導体レーザ素子（ＬＤ：Laser Diode）を用いることができる。発光部４０は、測定対象の物質が吸収する近赤外波長域を含む波長域のレーザ光を出力する。例えば、計測対象が一酸化窒素の場合、発光部４０は、一酸化窒素を吸収する近赤外波長域を含む波長域のレーザ光を出力する。また、計測対象が二酸化窒素の場合、発光部４０は、二酸化窒素を吸収する近赤外波長域の波長域を含むレーザ光を出力する。また、計測対象が亜酸化窒素の場合、発光部４０は、亜酸化窒素を吸収する近赤外波長域の波長域を含むレーザ光を出力する。なお、測定対象が複数の物質である場合、発光部４０は、夫々の物質が吸収する波長域の光を発光する発光素子を複数備え、それぞれの波長域の光を出力するようにしてもよい。光ファイバ４２は、発光部４０から出力されたレーザ光を案内し、窓２６から計測セル１２内に入射させる。
【００２９】
受光部４４は、計測セル１２の主管２０の内部を通過し、出射管２４の窓２８から出力されたレーザ光を受光する受光部である。なお、受光部４４は、例えば、フォトダイオード（ＰＤ、Photodiode）等の光検出器を備え、光検出器によってレーザ光を受光し、その光の強度を検出する。受光部４４は、受光したレーザ光の強度（光量）を受光信号として、信号処理部４７に送る。
【００３０】
光源ドライバ４６は、発光部４０を駆動する機能を有し、発光部４０に供給する電流、電圧を調整することで、発光部４０から出力されるレーザ光の波長、強度を調整する。光源ドライバ４６は、発振器であり、電流、電圧を所定の波形で発光部４０に供給することで時間により波長が変化するレーザ光を出力させる。本実施形態の光源ドライバ４６は、設定された変調周波数（例えば、１００ｋＨｚ、１５０ｋＨｚ）でレーザ光の波長を振動させ、変調周波数よりも低い周波数である掃引周波数（０．１ｋＨｚ、１ｋＨｚ）でレーザ光の波長を掃引する。これにより、発光部４０から出力されるレーザ光は、変調周波数で振動する振動の中心が、掃引周波数に基づいて変化するレーザ光となる。光源ドライバ４６は、制御部５０を介して物理量算出部４８に、発光部４０から出力しているレーザ光の強度の情報を出力する。
【００３１】
信号処理部４７は、受光部４４がレーザ光を受光することで生成した信号（受光信号）を処理する。具体的には、信号処理部４７は、受光信号に含まれるノイズ成分を除去し、発光部４０から出力され受光部４４に到達したレーザ光の成分を抽出する。なお、抽出して生成される信号を以下スペクトル信号という。また、信号処理部４７の処理については後述する。
【００３２】
物理量算出部４８は、信号処理部４７から出力されたスペクトル信号に基づいて、計測セル１２を流れる排ガスの濃度を算出する。物理量算出部４８は、信号処理部４７から出力されたスペクトル信号と、制御部５０により光源ドライバ４６を駆動させている条件とに基づいて、計測対象の物質の濃度を算出する。具体的には、物理量算出部４８は、制御部５０により光源ドライバ４６を駆動させている条件に基づいて発光部４０から出力されるレーザ光の強度を算出し、信号処理部４７で生成されたスペクトル信号に基づいて受光したレーザ光の強度を算出する。物理量算出部４８は、この発光したレーザ光の強度と受光したレーザ光の強度と比較し、排ガスＡに含まれる測定対象の物質の濃度を算出する。
【００３３】
具体的には、発光部４０から出力された近赤外の波長域のレーザ光Ｌは、光ファイバ４２から計測セル１２の所定経路、具体的には、窓２６、入射管２２、主管２０、出射管２４、窓２８を通過した後、受光部４４に到達する。このとき、計測セル１２内の排ガスＡ中に測定対象の物質が含まれていると、計測セル１２を通過するレーザ光Ｌが吸収される。そのため、レーザ光Ｌは、排ガスＡ中の測定対象の物質の濃度によって、受光部４４に到達するレーザ光の出力が変化する。受光部４４は、受光したレーザ光を受光信号に変換する。受光部４４で生成された受光信号は、信号処理部４７で処理されスペクトル信号として物理量算出部４８に入力される。また、制御部５０および光源ドライバ４６は、発光部４０から出力したレーザ光Ｌの強度を物理量算出部４８に出力する。物理量算出部４８は、発光部４０から出力した光の強度と、スペクトル信号から算出される強度とを比較し、その減少割合から計測セル１２内を流れる排ガスＡの測定対象の物質の濃度を算出する。このように計測手段１４は、いわゆるＴＤＬＡＳ方式（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy：可変波長ダイオードレーザー分光法）を用いることで、出力したレーザ光の強度と、受光部４４で検出した受光信号とに基づいて主管２０内の所定位置、つまり、測定位置を通過する排ガスＡ中の測定対象の物質の濃度を、算出および／または計測することができる。また、計測手段１４は、連続的に測定対象の物質の濃度を、算出および／または計測することができる。なお、レーザ計測装置１０は、発光部４０から出力されるレーザ光の強度を一定として、スペクトル信号のみ基づいて排ガスＡに含まれる測定対象の物質の濃度を算出してもよい。
【００３４】
制御部５０は、各部の動作を制御する制御機能を有し、必要に応じて、各部の動作を制御する。なお、制御部５０は、計測手段１４の制御のみならず、レーザ計測装置１０の全体の動作を制御する。つまり、制御部５０は、レーザ計測装置１０の動作を制御する制御部である。
【００３５】
次に、レーザ計測装置１０の信号処理部４７の構成を説明し、信号処理部４７による受光信号の処理について説明する。ここで、図２は、図１に示すレーザ計測装置の信号処理部の概略構成を示すブロック図である。図２に示すように、信号処理部４７は、受光部４４から送られた受光信号を処理してスペクトル信号を生成し、生成したスペクトル信号を物理量算出部４８に送る。信号処理部４７は、増幅Ａ／Ｄ変換部（増幅アナログデジタル変換部）６２と、ＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）計算部６４と、一時記憶部６５と、畳み込み計算部６６と、逆ＤＦＴ（Discrete Fourier Transform）計算部６８と、を有する。
【００３６】
増幅Ａ／Ｄ変換部６２は、アナログの受光信号をデジタルの受光信号に変換し、さらにその出力を増幅する。増幅Ａ／Ｄ変換部６２は、増幅したデジタルの受光信号をＤＦＴ計算部６４に送る。
【００３７】
ＤＦＴ計算部６４は、増幅Ａ／Ｄ変換部６２で変換された前記受光信号のデジタルデータを１フレーム分取得し、取得した１フレーム分のデジタルデータを、離散フーリエ変換（ＤＦＴ、Discrete Fourier Transform）し、変調周波数を整数倍した周波数である指定周波数および当該指定周波数を中心として周波数がステップ周波数の整数倍分異なる周波数のそれぞれについてのＤＦＴ成分（フーリエ係数）を算出する。なお、ステップ周波数とは、予め設定した数値であり、ＤＦＴおよび後述する畳み込み処理に用いる周波数成分の間隔を決定する値である。つまり、指定周波数をαとし、ステップ周波数をβとし、ｎを０以上の整数とした場合、ＤＦＴ成分を算出する周波数は、α±ｎβとなる。なお、ｎの最大値は、設定により調整することができる値である。
【００３８】
これにより、ＤＦＴ計算部６４は、離散フーリエ変換により１フレーム分のデジタルデータから指定周波数のＤＦＴ成分（フーリエ係数）を算出しかつ指定周波数を中心として周波数がステップ周波数の整数倍分異なる周波数のそれぞれのＤＦＴ成分（フーリエ係数）を算出する。このようにＤＦＴ計算部６４は、デジタルの受光信号であるｆ（ｔ）に対して離散フーリエ変換を行い、指定周波数を中心とした各周波数のＤＦＴ成分Ｆ（ω）を算出する。なお、ＤＦＴ成分Ｆ（ω）のωはα±ｎβである。また、参照正弦波（指定周波数の正弦波）の信号であるｇ（ｔ）に対して離散フーリエ変換を行い、参照正弦波のＤＦＴ成分Ｇ（ω）を算出する。なお、Ｇ（ω）は予め算出しておき、畳み込み計算部６６に設定しておいてもよい。また、ＤＦＴ計算部６４は、畳み込み計算部６８で必要となるため、指定周波数及び指定周波数を中心として周波数がステップ周波数の整数倍分異なる周波数に対応するマイナス周波数のＤＦＴ成分（Ｆ（ω）、Ｇ（ω））も算出する。なお、離散フーリエ変換では、マイナス周波数のＤＦＴ成分はＦ（−ｋ）＝Ｆ＊（ｋ）となるため、正周波数の複素共役で算出することができる。
【００３９】
一時記憶部６５は、ＤＦＴ計算部６４で算出された算出結果（各周波数におけるＤＦＴ成分）を記憶する記憶部である。なお、一時記憶部６５は、畳み込み計算部６６の必要な算出結果を一時的に記憶するバッファとして機能する。一時記憶部６５は、ＤＦＴ計算部６４により算出された算出結果が書き込まれ、畳み込み計算部６６により記憶した算出結果が読み出される。また、一時記憶部６５に記憶された算出結果は、自身、ＤＦＴ計算部６４または畳み込み計算部６６により上書き処理や削除処理により順次一時記憶部６５から消去される。
【００４０】
畳み込み計算部６６は、一時記憶部６５に記憶されたＤＦＴ算出部６４で算出したＤＦＴ成分に対して畳み込み計算する。具体的には、一時記憶部６５に記憶した指定周波数を中心とした各周波数のＤＦＴ成分Ｆ（ω）と、参照正弦波のＤＦＴ成分Ｇ（ω）とを用いて、下記式（１）の畳み込み計算を実行する。
【００４１】
【数１】
【００４２】
ここで、（式１）の畳み込み計算は、下記式（２）に示すように展開することができる。本実施形態のΔはステップ周波数の整数倍の値ｎβ（なおｎは０を含む）である。
【００４３】
【数２】
【００４４】
ここで、本実施形態の畳み込み計算において、Ｇ（ｆ）はｆの絶対値が指定周波数である正負の２周波数の場合以外に値が０となる。このため、（式２）の畳み込み計算で計算する対象は、指定周波数ｆと−ｆの周波数成分となる。また、Δはステップ周波数の整数倍の値ｎβであるため、２ｎ＋１個のΔに対して各１個のＨ（Δ）が算出される。
【００４５】
以下、具体例を用いて、信号処理部４７の畳み込み処理を説明する。ここで、図３および図４は、それぞれ信号処理部の処理を説明するための説明図である。なお、図３は、受光信号（ＬＤ信号）を離散フーリエ変換した結果Ｆ（ω）と、参照正弦波を離散フーリエ変換した結果Ｇ（ω）を示す説明図である。また、図３は、縦軸が強度（大きさ）であり、横軸が周波数軸である。
【００４６】
図３および図４に示す具体例では、指定周波数を２５０ｋＨｚとし、ステップ周波数を１ｋＨｚとし、整数倍の係数ｎの最大値を２とした。また、サンプリング周波数は４ＭＨｚでありサンプリング周期Δｔは２．５Ｅ−７秒である。また、１／２Δｔは、サンプリング周波数の半分の値（周波数）に相当する。なお、レーザ計測装置１０は、変調周波数を１２５ｋＨｚとし、掃引周波数を１ｋＨｚとしてレーザ光を出力した。以上の条件で、受光信号（ＬＤ信号）を離散フーリエ変換すると、Ｆ（ω）として、図３に示すように、変調周波数１２５ｋＨｚの倍の周波数である２５０ｋＨｚの周辺（周波数２４８ｋＨｚから２５２ｋＨｚ）に出力９２が算出される。また、畳み込み計算で必要となる、対応するマイナス周波数（周波数−２５２ｋＨｚから−２４８ｋＨｚ）の出力９４も算出される。また、同様に、参照正弦波を離散フーリエ変換すると、Ｇ（ω）は、図３に示すように、参照正弦波の周波数である２５０ｋＨｚの周辺に出力９６が算出される。また、離散フーリエ変換では、対応するマイナス周波数の出力９８も算出される。
【００４７】
畳み込み計算部６６は、図３に示すように算出することができるＦ（ω）のうち、変調周波数を２倍した指定周波数２５０ｋＨｚ及びその近傍の成分を解析対象とする。なお、畳み込み計算では、指定周波数に対応するマイナス周波数も必要となるため、周波数−２５０ｋＨｚ及びその近傍の成分も解析対象とする。つまり、畳み込み計算部６６は、領域１００に囲われた出力成分から必要なＤＦＴ成分を出力する。ここで、本実施形態では、指定周波数を２５０ｋＨｚとし、ステップ周波数を１ｋＨｚとし、整数倍の係数ｎの最大値が２であるため、Ｈ（Δ）の算出には、Ｆ（±２４８）、Ｆ（±２４９）、Ｆ（±２５０）、Ｆ（±２５１）、Ｆ（±２５２）と、Ｇ（±２５０）と、を用いる。畳み込み計算部６６は、上記ＤＦＴ成分を用いて、Δ＝０、±１、±２ｋＨｚのＨ（Δ）を算出する。つまり、Ｈ（−２）、Ｈ（−１）、Ｈ（０）、Ｈ（１）、Ｈ（２）を算出する。例えば、Ｈ（０）は、下記式（３）を用いて、算出する。
【００４８】
【数３】
【００４９】
つまり、図４に示すように、Δ＝０の場合は、Ｆ（２５０）の成分とＧ（−２５０）の成分とを乗算し、Ｆ（−２５０）の成分とＧ（２５０）の成分とを乗算して算出する。また、この算出した結果を合計することで、Ｈ（０）を算出する。また、Ｈ（１）は、下記式（４）を用いて、算出する。
【００５０】
【数４】
【００５１】
図４に示すように、Δ＝１の場合は、Ｆ（２５１）の成分とＧ（−２５０）の成分とを乗算し、Ｆ（−２４９）の成分とＧ（２５０）の成分とを乗算して算出する。また、この算出した結果を合計することで、Ｈ（１）を算出する。また、Ｈ（−１）は、下記式（５）の計算式で算出する。
【００５２】
【数５】
【００５３】
さらに、式は示さないがＨ（２）、（−２）も同様に上記式（２）を用いて計算を行う。畳み込み計算部６６は、以上のようにして、条件に基づいて、複数のＤＦＴ成分のＨ（Δ）を算出する。
【００５４】
逆ＤＦＴ計算部６８は、畳み込み計算部６６で計算した結果に対し、逆離散フーリエ変換を行い、スペクトル信号を生成する。具体的には、逆ＤＦＴ計算部６８は、畳み込み計算部６６で畳み込み計算されて算出されたＤＦＴ成分のＨ（Δ）と、周波数Δの正弦波の数値生成ルーチンを用いて、逆離散フーリエ変換を行い、スペクトル信号（所定のスペクトル成分を抽出した信号）を出力する。
【００５５】
次に、具体的な処理例について説明する。ここで、図５Ａは、受光信号の検出波形を示すグラフである。図５Ｂは、スペクトル信号の出力波形を示すグラフである。図５Ｃは、ロックインアンプを用いて算出したスペクトル信号の出力波形を示すグラフである。なお、図５Ａから図５Ｃは、ともに縦軸を強度とし、横軸を時間とした。なお、図５Ａは、縦軸の強度が受光信号の強度であり、図５Ｂおよび図５Ｃは、縦軸の強度が算出されたスペクトル信号の強度である。また、図５Ａおよび図５Ｃは、横軸の時間の単位がｍｓであり、図５Ｂは、横軸の時間の単位がｓである。ここで、レーザ計測装置１０は、図５Ａから図５Ｃに示す計測において、変調周波数を１２５ｋＨｚとし、掃引周波数を１ｋＨｚとして発光部４０からレーザ光を出力した。この条件で、発光部４０から出力された測定対象の排ガスを通過したレーザ光の受光信号は、図５Ａに示す波形となる。図５に示すように、レーザ光は、掃引周波数が１ｋＨｚであるため、１ｍｓを１周期として受光強度が大きく振幅し、さらに、変調周波数が１２５ｋＨｚであるため、０．００８ｍｓを１周期として掃引周波数による振幅よりも小さい振幅で受光強度が振動している。なお、レーザ光の波長（周波数）と強度とは相関関係がある。
【００５６】
具体例のレーザ計測装置１０は、図５Ａに示す受光信号を上述した図３および図４と同様の条件、つまり、指定周波数を２５０ｋＨｚとし、ステップ周波数を１ｋＨｚとし、整数倍の係数ｎの最大値を３１で処理し、スペクトル信号を出力した。出力したスペクトル信号を図５Ｂに示す。また、比較のために、図５Ａに示す受光信号を従来のロックインアンプを用いた方式で処理し、出力したスペクトル信号を図５Ｃに示す。なお、図５Ｃに示す計測結果は、参照正弦波の周波数を２５０ｋＨｚとして算出した。
【００５７】
図５Ｂおよび図５Ｃに示すように、本実施形態のレーザ計測装置１０を用いた場合でも、従来のロックインアンプを用いた方式と同様の波形を検出することができる。また、検出対象の成分を限定しているため、検出結果の波形の振動も抑制することができる。なお、スペクトル信号の出力と測定対象の物質の濃度との関係は、装置の使用前に対応関係を算出する試験を行うことで、対応付ける。また、検出強度の絶対値は、出力強度等を調整することで調整することもできる。
【００５８】
このように、レーザ計測装置１０は、デジタル化した受光信号に離散フーリエ変換処理を行い、変調周波数を整数倍した周波数である指定周波数および指定周波数を中心として周波数がステップ周波数の整数倍分異なる周波数のそれぞれのＤＦＴ成分を算出し、そのＤＦＴ成分と、参照正弦波（指定周波数の正弦波）のＤＦＴ成分とで、畳み込み処理を行い、その算出結果に逆離散フーリエ変換処理を行ってスペクトル信号を算出（検出）することで、少ない計算量で受光信号から吸収スペクトルの信号成分を抽出することができる。つまり、レーザ計測装置１０は、少ない計算量で、測定対象の物質の物理量の算出に必要な信号成分を抽出することができる。必要な計算が少なくなり、計算対象も少なくなるため、信号処理部４７の構成も簡単にすることができるため、装置構成を簡単にすることができ、制御基板（制御回路）の構成も簡単にすることができる。
【００５９】
具体的には、比較例で用いたロックインアンプを用いた信号処理では、ＦＩＲフィルタで１つの信号の処理を行うために直前の多数のフレーム分のデータを記憶・処理して移動平均を算出する必要がある。これに対して、本実施形態は、１フレーム分のデータに対して離散フーリエ変換を行い、設定された周波数毎のＤＦＴ成分（フーリエ係数）を算出し、算出した複数のＤＦＴ成分を組み合わせ計算する畳み込み処理を行い、その結果を逆離散フーリエ変換することで、スペクトル信号を算出することができる。これにより、計算量を少なくすることができ、かつ、処理対象の信号成分が飛躍的に少なくすることができる。
【００６０】
また、ＤＦＴ計算部６４は、離散フーリエ変換で必要な周波数のＤＦＴ成分のみを算出すればよいため、離散フーリエ変換の計算量も少なくすることができる。また、測定対象の周波数およびその周辺の周波数成分のスペクトル信号を抽出すればよいため、１つの指定周波数およびその周辺の周波数（ステップ周波数の整数倍分ずれた周波数）に対して、離散フーリエ変換および畳み込み処理を行えばよい。このため、処理対象の周波数成分を絞り込むことができ、計算量の増加も抑制できる。なお、上記実施形態では、一例として、指定周波数として変調周波数の２倍の周波数としたが、これに限定されない。指定周波数は、変調周波数の整数倍の周波数を用いることができる。なお、指定周波数は、本実施形態のように、変調周波数の２倍の周波数とすることが好ましい。これにより、測定対象の物質による光の吸収で生じる強度の変動をより大きい値で検出することができる。つまり、スペクトル信号をより大きい値（Ｓ／Ｎ比が高い値）で検出することができる。
【００６１】
次に、図６を用いて、レーザ計測装置１０の信号処理部４７の処理の他の実施形態について説明する。ここで、図６Ａは、受光信号の検出波形を示すグラフである。図６Ｂから図６Ｄは、それぞれスペクトル信号の出力波形を示すグラフである。なお、図６Ａから図６Ｄは、ともに縦軸を強度とし、横軸を時間とした。なお、図６Ａは、縦軸の強度が受光信号の強度であり、図６Ｂから図６Ｄは、縦軸の強度が算出されたスペクトル信号の強度である。また、図６Ａから図６Ｄは、横軸の時間の単位がｓである。
【００６２】
図６Ａから図６Ｄに示す計測において、レーザ計測装置１０は、変調周波数を１００ｋＨｚとし、掃引周波数を０．１ｋＨｚとして発光部４０からレーザ光を出力した。この条件で、発光部４０から出力され測定対象の排ガスを通過したレーザ光の受光信号は、図６Ａに示す波形となる。図６Ａに示すように、レーザ光は、掃引周波数が０．１ｋＨｚであるため、１０ｍｓが掃引の１周期となり、さらに、変調周波数が１００ｋＨｚであるため、０．０１ｍｓが変調の１周期となる。
【００６３】
この図６Ａに示す受光信号を、レーザ計測装置１０の信号処理部４７が、指定周波数を２００ｋＨｚとし、ステップ周波数を０．１ｋＨｚとし、整数倍の係数ｎの最大値を４とした設定で処理してスペクトル信号を出力した。つまり、２００ｋＨｚの成分と、２００±０．１ｋＨｚ、２００±０．２ｋＨｚ、２００±０．３ｋＨｚ、２００±０．４ｋＨｚの成分を用いて、畳み込み処理を行った。出力結果を図６Ｂに示す。図６Ｂに示すように、変調周波数が１００ｋＨｚの場合は、変調周波数を２００ｋＨｚとすることで上記実施形態と同様に対象の周波数の出力（スペクトル信号）を検出することができる。
【００６４】
次に、図６Ａに示す受光信号を、レーザ計測装置１０の信号処理部４７が、指定周波数を２００ｋＨｚとし、ステップ周波数を０．１ｋＨｚとし、整数倍の係数ｎを、最大値が４でかつ偶数（つまり、整数倍の係数２Ｎで、かつＮの最大値２の整数）とした設定で処理してスペクトル信号を出力した。つまり、２００ｋＨｚの成分と、２００±０．２ｋＨｚ、２００±０．４ｋＨｚの成分を用いて、畳み込み処理を行った。出力結果を図６Ｃに示す。
【００６５】
図６Ｃに示すように、ステップ周波数を整数倍する係数に偶数のみを用いることで、信号成分に含まれる歪み成分を除去した吸収スペクトル（測定に反応している成分）の強度をスペクトル信号として算出することができる。これにより、所望のスペクトル信号成分の検出精度を維持または向上させることができる。ステップ周波数を整数倍する係数に奇数を用いないことで、計算対象の周波数を少なくすることができる。
【００６６】
図６Ａに示す受光信号を、レーザ計測装置１０の信号処理部４７が、指定周波数を２００ｋＨｚとし、ステップ周波数を０．１ｋＨｚとし、整数倍の係数ｎを、最大値が４でかつ奇数（つまり、整数倍の係数２Ｎ−１で、かつＮの最大値２の整数）とした設定で処理してスペクトル信号を出力した。つまり、２００ｋＨｚの成分と、２００±０．１ｋＨｚ、２００±０．３ｋＨｚの成分を用いて、畳み込み処理を行った。出力結果を図６Ｄに示す。
【００６７】
図６Ｄに示すように、ステップ周波数を整数倍する係数に奇数のみを用いることで、信号成分に含まれる歪み成分の強度を算出することができる。ここで、歪み成分は、測定対象の物質の吸収の影響を受けない。このため、レーザ計測装置１０は、歪み成分を装置の補正処理、キャリブレーション等に用いることができる。レーザ計測装置１０は、信号処理部４７でステップ周波数を整数倍する係数に奇数のみを用いることで、信号成分に含まれる歪み成分の強度を算出し、その結果と基準値等を比較し、各種条件を調整することで、計測精度をより向上させることができる。なお、レーザ計測装置１０は、ステップ周波数を整数倍する係数に奇数のみを用いるモードと、ステップ周波数を整数倍する係数に偶数のみ（または全ての整数）を用いるモードと、を切り換えるまたは２つのモードを並列で処理することで、補正処理と、濃度の計測処理の両方を行うことができる。
【００６８】
また、信号処理部４７の処理対象の周波数、つまり、指定周波数をαとし、ステップ周波数をβとし、ｎを０以上の整数とした場合のα±ｎβに用いるｎの最大値は任意の値とすることができる。つまり、畳み込み処理に用いるＤＦＴ成分の数は、２ｎ＋１個数とすることができる。ここで、図７Ａから図７Ｇは、それぞれスペクトル信号の出力波形を示すグラフである。図７Ａから図７Ｇは、それぞれ縦軸の強度が算出されたスペクトル信号の強度であり、横軸が単位をｓの時間である。なお、図７Ａから図７Ｇは、図５Ａに示す受光信号を、ｎの最大値をそれぞれの値として信号処理部４７で処理した結果を示すグラフである。また、図７Ａから図７Ｇは、指定周波数を２５０ｋＨｚとし、ステップ周波数を１ｋＨｚとし、係数ｎとして偶数のみを用いて計算を実行した結果である。
【００６９】
ここで、図７Ａは、解析対象の周波数を、偶数次の５点（指定周波数とその周辺のステップ周波数の整数倍分ずれた４つの周波数）、つまり±２５０±２Ｎ（Ｎは２以下の整数）ｋＨｚとした場合の出力である。したがって、図７Ａは、±２４６ｋＨｚ、±２４８ｋＨｚ、±２５０ｋＨｚ、±２５２ｋＨｚ、±２５４ｋＨｚの５つの周波数を解析対象としている。また、図７Ｂは、解析対象の周波数を偶数次の７点、つまり±２５０±２Ｎ（Ｎは３以下の整数）ｋＨｚとした場合の出力である。図７Ｃは、解析対象の周波数を偶数次の９点、つまり±２５０±２Ｎ（Ｎは４以下の整数）ｋＨｚとした場合の出力である。図７Ｄは、解析対象の周波数を偶数次の１１点、つまり±２５０±２Ｎ（Ｎは５以下の整数）ｋＨｚとした場合の出力である。図７Ｅは、解析対象の周波数を偶数次の１５点、つまり±２５０±２Ｎ（Ｎは７以下の整数）ｋＨｚとした場合の出力である。図７Ｆは、解析対象の周波数を偶数次の２１点、つまり±２５０±２Ｎ（Ｎは１０以下の整数）ｋＨｚとした場合の出力である。図７Ｇは、解析対象の周波数を偶数次の３１点、つまり±２５０±２Ｎ（Ｎは１５以下の整数）ｋＨｚとした場合の出力である。
【００７０】
図７Ａから図７Ｇに示すように、解析対象の周波数の個数を種々の設定とすることで、種々のスペクトル信号を検出することができる。またいずれのスペクトル信号としても、スペクトル信号の最大値と最小値に基づいて吸収により生じるスペクトル変化を検出することができるため、好適に測定対象物質の濃度を計測することができる。なお、レーザ計測装置１０は、解析対象の周波数の個数を増加させることで、ロックインアンプのローパスフィルタのカットオフ周波数を増加させることと同様の効果を得ることができる。
【００７１】
また、上述したように、指定周波数は、変調周波数の整数倍の種々の値とすることができる。ここで、図８は、スペクトル信号の出力波形を示すグラフである。図８は、縦軸が出力であり、横軸が単位をｓとした時間である。なお、図８は、図５Ａに示す受光信号を、指定周波数を５００ｋＨｚとし、ステップ周波数を１ｋＨｚとし、係数ｎとして偶数のみを用いて計算を実行した結果である。また、図８は、解析対象の周波数を偶数次の３１点としている。図８に示すように、指定周波数として、変調周波数の４倍の周波数を用いても、変調周波数に含まれる吸収スペクトル（検出対象のスペクトル）の変化を検出することができる。なお、指定周波数として、変調周波数の４倍の周波数を用いて解析を行うとスペクトルの４次微分波形が検出される。このように変調周波数の２倍以外の周波数を用いることで、変調周波数の２倍の周波数にノイズ成分がある場合も吸収スペクトル（検出対象のスペクトル）の変化を検出することができる。また、変調周波数の４倍等、２倍より周波数の高い周波数は、信号強度が小さいため吸収スペクトル（検出対象のスペクトル）を検出しにくいが、レーザ計測装置１０は、対象のスペクトルを高精度に検出できるため好適に吸収スペクトル（検出対象のスペクトル）を検出することができる。
【００７２】
また、レーザ計測装置１０は、本実施形態のようにステップ周波数を、掃引周波数と同一周波数とすることが好ましい。ステップ周波数を掃引周波数と同一とすることで、より好適に変調周波数に含まれる吸収スペクトル（検出対象のスペクトル）の変化を検出することができる。
【００７３】
なお、ステップ周波数は、受光信号の検出間隔と１フレーム分の個数との乗算で算出される周波数とすることが好ましい。つまり、ステップ周波数は、１フレーム分の受光信号を取得するのに要する時間が１周期となる周波数とすることが好ましい。１フレームが４０００点で、受光信号の検出間隔（サンプリング周期）が４ＭＨｚの場合は、ステップ周波数を１ｋＨｚとすることが好ましい。これにより、スペクトル信号をより高精度で検出することができる。
【００７４】
また、レーザ計測装置１０は、掃引周波数の１周期で取得できるデータ数の整数倍を、受光信号の１フレーム分のデータ数とすることが好ましい。これにより、掃引周波数で波長を掃引している場合により高い精度でスペクトル信号を検出することができる。
【符号の説明】
【００７５】
６、８ 配管
１０ レーザ計測装置
１２ 計測セル
１４ 計測手段
２０ 主管
２２ 入射管
２４ 出射管
２６、２８ 窓
４０ 発光部
４２ 光ファイバ
４４ 受光部
４６ 光源ドライバ
４７ 信号処理部
４８ 物理量算出部
５０ 制御部
６２ 増幅Ａ／Ｄ変換部
６４ ＤＦＴ計算部
６５ 一時記憶部
６６ 畳み込み計算部
６８ 逆ＤＦＴ計算部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流れる計測セルと、測定対象のガスに固有な吸収波長を含む波長域のレーザ光を変調周波数で波長を変調しつつ出力し、前記計測セルに入射させる発光部と、前記入射部から入射され、前記計測セルを通過し、前記出射部から出射された前記レーザ光を受光し、受光した光量を受光信号として出力する受光部と、を有し、前記受光信号に基づいて前記計測セルを流れる測定対象のガスの物理量を算出するレーザ計測装置に適用され、
前記受光部が受光した受光信号を処理し、前記計測セルを流れる測定対象のガスの物理量の算出に用いるスペクトル信号を出力する信号処理装置であって、
前記受光信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換部と、
前記Ａ／Ｄ変換部で変換された前記受光信号の１フレーム分のデジタルデータを取得し、取得した１フレーム分のデジタルデータを、前記変調周波数を整数倍した周波数である指定周波数および前記指定周波数を中心として周波数がステップ周波数の整数倍分異なる周波数のそれぞれで離散フーリエ変換し、前記指定周波数および指定周波数を中心として周波数がステップ周波数の整数倍分異なる周波数のそれぞれでＤＦＴ成分を算出するＤＦＴ計算部と、
ＤＦＴ計算部で算出した前記ＤＦＴ成分に対して畳み込み計算する畳み込み計算部と、
前記畳み込み計算部で計算した結果に対し逆離散フーリエ変換を行い、スペクトル信号を生成する逆ＤＦＴ計算部と、を含むことを特徴とする信号処理装置。
【請求項２】
前記ステップ周波数は、前記受光信号の検出間隔と１フレーム分の個数との乗算で算出される周波数であることを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の信号処理装置と、
流体を流す流路と連結可能な主管、前記主管に連結し、光が通過可能な窓部が形成された入射部、前記主管に連結し光が通過可能な窓部が形成された出射部と、を含む計測セルと、
測定対象のガスに固有な吸収波長を含む波長域のレーザ光を変調周波数で波長を変調しつつ出力し、前記入射部に入射させる発光部と、
前記入射部から入射され、前記計測セルを通過し、前記出射部から出射された前記レーザ光を受光し、受光した光量を受光信号として出力する受光部と、
前記スペクトル信号に基づいて、前記計測セルを流れる測定対象のガスの物理量を算出する物理量算出部と、
各部の動作を制御する制御部と、を有する
ことを特徴とするレーザ計測装置。
【請求項４】
前記発光部は、変調周波数よりも低い周波数の掃引周波数で波長を掃引しつつレーザ光出力することを特徴とする請求項３に記載のレーザ計測装置。
【請求項５】
前記ＤＦＴ計算部は、前記掃引周波数の１周期分のデジタルデータを１フレーム分のデータとして取得することを特徴とする請求項４に記載のレーザ計測装置。
【請求項６】
前記ステップ周波数は、掃引周波数であることを特徴とする請求項４または５に記載のレーザ計測装置。
【請求項７】
前記ＤＦＴ計算部は、前記指定周波数を中心として周波数がステップ周波数の整数倍分異なる周波数として、ステップ周波数の偶数の整数倍分または奇数の整数倍分異なる周波数のみを用いることを特徴とする請求項６に記載のレーザ計測装置。
【請求項８】
前記物理量算出部が算出する物理量は、前記測定対象のガスの濃度であることを特徴とする請求項３から７のいずれか一項に記載のレーザ計測装置。
【請求項９】
前記物理量算出部は、前記発光部から出力したレーザ光の強度と、前記受光部で受光したレーザ光の強度とに基づいて、前記測定対象のガスの濃度を算出することを特徴とする請求項８に記載のレーザ計測装置。
【請求項１】
流体が流れる計測セルと、測定対象のガスに固有な吸収波長を含む波長域のレーザ光を変調周波数で波長を変調しつつ出力し、前記計測セルに入射させる発光部と、前記入射部から入射され、前記計測セルを通過し、前記出射部から出射された前記レーザ光を受光し、受光した光量を受光信号として出力する受光部と、を有し、前記受光信号に基づいて前記計測セルを流れる測定対象のガスの物理量を算出するレーザ計測装置に適用され、
前記受光部が受光した受光信号を処理し、前記計測セルを流れる測定対象のガスの物理量の算出に用いるスペクトル信号を出力する信号処理装置であって、
前記受光信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換部と、
前記Ａ／Ｄ変換部で変換された前記受光信号の１フレーム分のデジタルデータを取得し、取得した１フレーム分のデジタルデータを、前記変調周波数を整数倍した周波数である指定周波数および前記指定周波数を中心として周波数がステップ周波数の整数倍分異なる周波数のそれぞれで離散フーリエ変換し、前記指定周波数および指定周波数を中心として周波数がステップ周波数の整数倍分異なる周波数のそれぞれでＤＦＴ成分を算出するＤＦＴ計算部と、
ＤＦＴ計算部で算出した前記ＤＦＴ成分に対して畳み込み計算する畳み込み計算部と、
前記畳み込み計算部で計算した結果に対し逆離散フーリエ変換を行い、スペクトル信号を生成する逆ＤＦＴ計算部と、を含むことを特徴とする信号処理装置。
【請求項２】
前記ステップ周波数は、前記受光信号の検出間隔と１フレーム分の個数との乗算で算出される周波数であることを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の信号処理装置と、
流体を流す流路と連結可能な主管、前記主管に連結し、光が通過可能な窓部が形成された入射部、前記主管に連結し光が通過可能な窓部が形成された出射部と、を含む計測セルと、
測定対象のガスに固有な吸収波長を含む波長域のレーザ光を変調周波数で波長を変調しつつ出力し、前記入射部に入射させる発光部と、
前記入射部から入射され、前記計測セルを通過し、前記出射部から出射された前記レーザ光を受光し、受光した光量を受光信号として出力する受光部と、
前記スペクトル信号に基づいて、前記計測セルを流れる測定対象のガスの物理量を算出する物理量算出部と、
各部の動作を制御する制御部と、を有する
ことを特徴とするレーザ計測装置。
【請求項４】
前記発光部は、変調周波数よりも低い周波数の掃引周波数で波長を掃引しつつレーザ光出力することを特徴とする請求項３に記載のレーザ計測装置。
【請求項５】
前記ＤＦＴ計算部は、前記掃引周波数の１周期分のデジタルデータを１フレーム分のデータとして取得することを特徴とする請求項４に記載のレーザ計測装置。
【請求項６】
前記ステップ周波数は、掃引周波数であることを特徴とする請求項４または５に記載のレーザ計測装置。
【請求項７】
前記ＤＦＴ計算部は、前記指定周波数を中心として周波数がステップ周波数の整数倍分異なる周波数として、ステップ周波数の偶数の整数倍分または奇数の整数倍分異なる周波数のみを用いることを特徴とする請求項６に記載のレーザ計測装置。
【請求項８】
前記物理量算出部が算出する物理量は、前記測定対象のガスの濃度であることを特徴とする請求項３から７のいずれか一項に記載のレーザ計測装置。
【請求項９】
前記物理量算出部は、前記発光部から出力したレーザ光の強度と、前記受光部で受光したレーザ光の強度とに基づいて、前記測定対象のガスの濃度を算出することを特徴とする請求項８に記載のレーザ計測装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図７Ｅ】
【図７Ｆ】
【図７Ｇ】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図５Ｃ】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図７Ｅ】
【図７Ｆ】
【図７Ｇ】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１７７６１３（Ｐ２０１２−１７７６１３Ａ）
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４０５１５（Ｐ２０１１−４０５１５）
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【出願人】（５９５１０７９４４）株式会社ローラン (8)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２５日（２０１１．２．２５）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【出願人】（５９５１０７９４４）株式会社ローラン (8)
【Ｆターム（参考）】
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