火山灰検知装置および気象状態判定装置
【課題】検知器の表面に積もらせることなく、火山灰の降灰を雨や雪などと区別して検知することのできる火山灰検知装置を提供する。
【解決手段】照射部１５は、降下する火山灰が通る測定領域５を平行な光ビームを照射し、第１受光部１６は測定領域５を通過後、さらに水平に長いスリットが縦に複数本は並設されたスリット１５ｃを経て複数本となった光ビーム（通過光）を対岸で受光する。第２受光部１８は、照射部１５の照射した光ビームが測定領域５内の粒子で散乱されて生じた散乱光を受光する。粒子が測定領域５を降下すると、通過光の光量はスリット１５ｃの存在により波打つように変化する。判定部２６、２７は通過光や散乱光の光量、光量変化量、変化率、変化の周期、波形の概形などから測定領域５内を降下する粒子の有無、降下速度、粒径、密度などを求め、これらから火山灰の降下の有無を検知する。
【解決手段】照射部１５は、降下する火山灰が通る測定領域５を平行な光ビームを照射し、第１受光部１６は測定領域５を通過後、さらに水平に長いスリットが縦に複数本は並設されたスリット１５ｃを経て複数本となった光ビーム（通過光）を対岸で受光する。第２受光部１８は、照射部１５の照射した光ビームが測定領域５内の粒子で散乱されて生じた散乱光を受光する。粒子が測定領域５を降下すると、通過光の光量はスリット１５ｃの存在により波打つように変化する。判定部２６、２７は通過光や散乱光の光量、光量変化量、変化率、変化の周期、波形の概形などから測定領域５内を降下する粒子の有無、降下速度、粒径、密度などを求め、これらから火山灰の降下の有無を検知する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火山灰の降灰を検知する火山灰検知装置および気象状態判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の火山灰検知装置としては、水平な透明板の下方に光センサを配置し、該透明板の表面に火山灰が降り積もると光センサの受光量が減少することを利用して火山灰の降灰を検知するものが知られている（たとえば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、降水強度の計測器においては、光薄膜状のレーザ光を対岸で受光し、光薄膜を通過する雨や雪の粒子により減じられる受光量の変化から降水強度を計測するものがあった（たとえば、特許文献２参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１２０３８８号公報
【特許文献２】特開平４−２７８４８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
透明板の表面に火山灰を積もらせて検知するものでは、一度、降灰が検知された後は、積もった火山灰を排除しなければ次の検知を行なうことができないので、降り積もった火山灰を除去するための機構を要し、構造が複雑になってしまう。また、降灰と降雨とが同時に発生した場合には、透明板の表面に降り積もった火山灰が付着して容易には取れなくなってしまう。
【０００６】
また、光薄膜状のレーザ光を対岸で受光し、その受光量の変化から降水強度を計測する技術では粒子の種類を判別しないので、火山灰以外の雨や雪なども検知してしまい、他と区別して降灰を的確に検知することはできない。
【０００７】
本発明は、上記の問題を解決しようとするものであり、検知器の表面に積もらせることなく、火山灰の降灰を雨や雪などと区別して検知することのできる火山灰検知装置および気象状態判定装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係わる発明は、降下する火山灰が通過する所定の測定領域を横切るように複数の平行な光ビームを前記火山灰の降下方向に並べて照射する照射部と、
前記複数の平行な光ビームのうち前記測定領域を横切った通過光を受光するように配置され、前記通過光の光量に応じた第１検出信号を出力する第１受光部と、
前記光ビームが前記測定領域内で散乱されて生じた散乱光を受光するように配置され、前記散乱光の光量に応じた第２検出信号を出力する第２受光部と、
前記第１検出信号と前記第２検出信号の変化状況から、前記測定領域内を降下する火山灰の有無を検知する判定部と
を有する
ことを特徴とする火山灰検知装置である。
【０００９】
上記発明によれば、火山灰や雨、雪などの粒子は、測定領域内を降下するとき、該降下方向に並ぶ複数の平行な光ビーム（たとえば、鉛直方向に並ぶ複数の水平な光ビーム）を順に遮りながら降下する。第１受光部は測定領域を横切った光ビームの通過光を受光するように配置（たとえば、測定領域を挟んで照射部と対向配置）されているので、火山灰などの粒子が複数の平行な光ビームを順に遮りながら測定領域内を降下すると第１受光部の出力する第１検出信号は波打つような波形で変化し、該波形の変化量は粒子の光透過率が低いほど大きくなる。また、粒子の降下速度に応じて波形の周期や概形が変化する。
【００１０】
一方、第２受光部は測定領域内で散乱された散乱光を受光するように配置（たとえば、照射部の横から測定領域の中心に向けて配置）されているので、光の散乱率の高い粒子が測定領域を通過するときや測定領域内に存在するときほど、第２受光部の出力する第２検出信号の出力が大きく現われる。さらに、霧が出た場合などには、第１検出信号は波打つような変化ではなく、定常的なレベル変動になる。判定部は、気象状態によりこのような変化の現われる第１検出信号と第２検出信号とから、火山灰が降下する場合に現われる所定の特徴を検出して、降灰の有無を判定する。
【００１１】
請求項２に係わる発明は、前記判定部は、前記第１検出信号が示す前記通過光の光量変化率が第１の基準値以上で、前記第２検出信号が示す前記散乱光の光量変化量が第２の基準値以上の場合に、前記測定領域内を火山灰の可能性のある粒子が降下していると判定する
ことを特徴とする請求項１に記載の火山灰検知装置である。
【００１２】
上記発明によれば、第１検出信号が示す通過光の光量変化率が第１の基準値以上で変化することにより、何らかの粒子が測定領域を降下していることが認識され、さらに第２検出信号が示す散乱光の光量変化量が第２の基準値以上であることにより、その粒子が散乱率の高い粒子であることが認識される。火山灰の降灰現象は、散乱率の高い粒子の降下であり、上記の条件により、火山灰の可能性のある粒子の降下を認識できる。雨の粒子の散乱率は極めて低く、上記の条件に合致し得る粒子は、火山灰と雪になる。したがって、雪の降下する可能性が少ない地域では、上記の条件で、降灰の有無を判定してもよい。
【００１３】
請求項３に係わる発明は、前記判定部は、前記第１検出信号およびまたは前記第２検出信号の波形から前記測定領域内を降下する粒子の粒径を求め、さらに前記粒子の密度を算出し、該粒径と密度とから前記粒子が火山灰であるか否かを判定する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の火山灰検知装置である。
【００１４】
上記発明によれば、判定部は、波打つように変化する第１検出信号およびまたは第２検出信号の波形の周期や波形の概形から、測定領域内を降下する粒子の降下速度とその粒子の粒径とを求める。さらに求めた降下速度および粒径を所定の密度計算式に代入することで、粒子の密度を算出する。火山灰は雪に比べて密度が充分大きく、粒径は雪に比べて概ね小さいので、これらの２条件から火山灰を特定する。なお、密度の違いのみを基準に雪と火山灰とを区別してもよい。
【００１５】
請求項４に係わる発明は、前記判定部は、前記第１検出信号およびまたは前記第２検出信号の波形と前記複数の平行な光ビームに対応するスリット関数とから前記粒子の粒径を求める
ことを特徴とする請求項３に記載の火山灰検知装置である。
【００１６】
上記発明では、たとえば、複数の平行な光ビームのビーム幅やピッチに対応するスリット関数を様々な粒径について導出しておき、第１検出信号およびまたは第２検出信号の波形の概形が最も近似するグラフを見出し、該グラフに対応する粒径を、降下する粒子の粒径として求める。
【００１７】
請求項５に係わる発明は、前記判定部は、前記第１検出信号が示す前記通過光の光量変化率が第１の基準値以下で、前記第１検出信号が示す前記通過光の光量変化量が第３の基準値より大きく、かつ前記第２検出信号が示す前記散乱光の光量が第４の基準値以下の場合に、前記光ビームの光路上に配置された透明部材が汚れていると判定する
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の火山灰検知装置である。
【００１８】
上記発明によれば、第１検出信号が示す通過光の光量変化率が第１の基準値以下であることから、火山灰、雪、雨などの粒子の降下中でないと判断し、第１検出信号が示す通過光の光量変化量が第３の基準値より大きいことから、測定領域を透過する光量の低下が霧の発生もしくは光路上の透明部材の汚れが原因で発生していると判断し、第２検出信号が示す散乱光の光量が第４の基準値以下であることから、その原因が散乱率の高い霧ではなく、透明部材の汚れであると判定する。判断の順序は問わず、上記の３条件が揃えばよい。
【００１９】
請求項６に係わる発明は、降下する火山灰が通過する所定の測定領域を横切るように複数の平行な光ビームを前記火山灰の降下方向に並べて照射する照射部と、
前記複数の平行な光ビームのうち前記測定領域を横切った通過光を受光するように配置され、前記通過光の光量に応じた第１検出信号を出力する受光部と、
前記受光部が出力する検出信号の変化状況から、前記測定領域内を降下する火山灰の有無を検知する判定部と
を有する
ことを特徴とする火山灰検知装置である。
【００２０】
上記発明によれば、火山灰や雨、雪などの粒子は、測定領域内を降下するとき、該降下方向に並ぶ複数の平行な光ビームを順に遮りながら降下する。受光部は測定領域を横切った光ビームの通過光を受光するように配置（たとえば、測定領域を挟んで照射部と対向配置）されているので、火山灰などの粒子が複数の平行な光ビームを順に遮りながら測定領域内を降下すると受光部の出力する検出信号は波打つような波形で変化し、該波形の変化は粒子の光透過率が低いほど大きくなる。また、粒子の降下速度に応じて波形の周期や概形が変化する。さらに、霧が出た場合には、検出信号は波打つような変化ではなく、定常的なレベル変化になる。判定部は、このような変化の現われる検出信号から、火山灰が降下する場合に現われる所定の特徴を検出して降灰の有無を判定する。
【００２１】
請求項７に係わる発明は、前記判定部は、前記検出信号が示す前記通過光の光量変化率が第１の基準値以上の場合に、前記測定領域内を火山灰の可能性のある粒子が降下していると判定する
ことを特徴とする請求項６に記載の火山灰検知装置である。
【００２２】
上記発明によれば、検出信号が示す通過光の光量変化率が第１の基準値以上で変化することにより、何らかの粒子が測定領域を降下していることが認識される。火山灰の降灰現象は、透過率の低い粒子の降下であり、上記の条件により、火山灰の可能性のある粒子の落下を認識できる。雨の粒子の透過率は極めて高く、上記の条件に合致し得る粒子は、火山灰と雪になる。したがって、雪の降下する可能性が少ない地域では、上記の条件で、降灰の有無を判定してもよい。
【００２３】
請求項８に係わる発明は、前記判定部は、前記検出信号の波形から前記測定領域内を降下する粒子の粒径を求め、さらに前記粒子の密度を算出し、該粒径と密度とから前記粒子が火山灰であるか否かを判定する
ことを特徴とする請求項６または７に記載の火山灰検知装置である。
【００２４】
上記発明によれば、判定部は、波打つように変化する検出信号の波形の周期や波形の概形から、測定領域内を降下する粒子の降下速度とその粒子の粒径とを求める。さらに求めた降下速度および粒径の値を所定の密度計算式に代入することで、粒子の密度を算出する。火山灰は雪に比べて密度が大きく、粒径が小さいので、これらの２条件から雪と火山灰とを判別する。
【００２５】
請求項９に係わる発明は、前記判定部は、前記検出信号の波形と前記複数の平行な光ビームに対応するスリット関数とから前記粒子の粒径を求める
ことを特徴とする請求項８に記載の火山灰検知装置である。
【００２６】
上記発明によれば、たとえば、複数の平行な光ビームのビーム幅やピッチに対応するスリット関数を様々な粒径について導出しておき、検出信号の波形の概形が最も近似するグラフを見出し、該グラフに対応する粒径を、降下する粒子の粒径として求める。
【００２７】
請求項１０に係わる発明は、前記判定部は、火山灰と判定した粒子の個数を計数することで、単位時間当たりの降灰量を検出する
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１つに記載の火山灰検知装置である。
【００２８】
上記発明によれば、判定部は、火山灰の降下ありと判定した場合に、その降下する粒子数を計数し、単位時間当たりの降灰量を求める。
【００２９】
請求項１１に係わる発明は、前記照射部は、複数のスリットが平行に並設されたスリット板に平行光を通すことで前記複数の平行な光ビームを生成する
ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１つに記載の火山灰検知装置である。
【００３０】
上記発明によれば、１つの光源から平行な複数の光ビームが生成される。たとえば、光源の前方に各スリットが水平になるようにしてスリット板を鉛直に設置すると、水平で細長い板状の光ビームを鉛直方向に複数並べて照射することができる。スリットは等間隔であることが望ましい。
【００３１】
請求項１２に係わる発明は、前記照射部は、平行光からなる光ビームを前記測定領域に照射すると共に、前記測定領域を横切った通過光を前記スリットに通すように構成されており、
前記第１受光部において、前記測定領域を横切るように複数の平行な光ビームを前記火山灰の降下方向に並べて照射した場合に相当する受光状態が形成される
ことを特徴とする請求項１１に記載の火山灰検知装置である。
【００３２】
上記発明では、測定領域を横切った後の平行光をスリット板に通して複数の平行な光ビームに変換することで、第１受光部においては、測定領域を横切るように複数の平行な光ビームを火山灰の降下方向に並べて照射した場合とほぼ等しい受光状態が形成される。このようにすることで、平行光をスリット板に通すことにより光の回折が生じても、スリット板を通過してから第１受光部で受光されるまでの光路長がスリット板を測定領域の手前に配置する場合よりも短くなり、回折の影響を受け難く、スリット関数を適正に適用することができる。
【００３３】
請求項１３に係わる発明は、降下する火山灰や雪、雨などが通過する所定の測定領域を横切るように複数の平行な光ビームを前記降下方向に並べて照射する照射部と、
前記複数の平行な光ビームのうち前記測定領域を横切った通過光を受光するように配置され、前記通過光の光量に応じた検出信号を出力する受光部と、
前記検出信号の変化状況から気象状態を判定する判定部と
を有する
ことを特徴とする気象状態判定装置である。
【００３４】
上記発明によれば、火山灰や雨、雪などの粒子が測定領域内を降下するとき、受光部の受光する光量は波打つように変化し、これに応じて検出信号も波打つように変化する。該変化の周期、振幅の大小、変化の有無や変化率などから粒子の降下速度、粒径、密度などを求めることができ、これらから粒子の種類を特定して、気象状態を判別することができる。
【００３５】
請求項１４に係わる発明は、前記判定部は、前記検出信号が示す前記通過光の光量、光量変化率、光量変化量の中の少なくとも１つに基づいて気象状態を判定する
ことを特徴とする請求項１３に記載の気象状態判定装置である。
【００３６】
たとえば、雨、雪、火山灰など何らかの粒子の降下の有無は受光した通過光の光量変化率（変化の有無）で検出する。また火山灰、雪、雨は光の透過率が異なるので、光ビームを横切る際の光の減衰量が相違し、検出信号が示す光量変化量に差が現われ、該変化量の相違により、粒子の種類を判別する。
【００３７】
請求項１５に係わる発明は、前記判定部は、前記検出信号の波形から前記測定領域内を降下する粒子の粒径を求め、さらに前記粒子の密度を算出し、該粒径と密度とから前記粒子の種類を判定する
ことを特徴とする請求項１３または１４に記載の気象状態判定装置である。
【００３８】
上記発明では、たとえば、検出信号の波形と複数の光ビームの配列に対応したスリット関数とから粒子の粒径を求め、さらに運動方程式を適用して粒子の密度を演算して求める。そして粒径と密度の相違から粒子の種類を特定して気象状態を判定する。
【００３９】
請求項１６に係わる発明は、前記光ビームが前記測定領域内で散乱されて生じた散乱光を受光するように配置され、前記散乱光の光量に応じた第２検出信号を出力する第２受光部をさらに有し、
前記判定部は、前記検出信号と前記第２検出信号の変化状況から気象状態を判定する
ことを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれか１つに記載の気象状態判定装置である。
【００４０】
上記発明では、雨、雪、火山灰、霧などの粒子の種類によって散乱率が異なるので、第２受光部で検知した散乱光の光量変化特性をさらに加味して、気象状態を判定する。これにより、判定の精度を高めることができる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明に係わる火山灰検知装置によれば、降下する火山灰が複数の光ビームを順に通過する際に生じる受光量の変化状況から降灰の有無を検知するので、検知器の表面に火山灰を積もらせて検知する場合と異なり、積もった火山灰を除去するための機構を設けることなく連続的な降灰検知が可能になる。
【００４２】
また、降下する火山灰が複数の光ビームを順に通過する際に生じる受光量の変化を観測するので、単に１本の光ビームを用いる場合と異なり、受光量の変化状況から多くの情報を得ることができ、火山灰の降灰を降雨や降雪などと区別して的確に検知することができる。
【００４３】
さらに、光路上の透明部材の汚れの有無を判定するものでは、汚れの付着を警告するなどにより、降灰検知機能の維持管理を促すことができる。
【００４４】
また本発明に係わる気象状態判定装置によれば、降下する雨、雪、火山灰などの粒子が複数の光ビームを順に通過する際に生じる受光量の変化を観測するので、降下する粒子の種類を特定して気象状態を判別することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
【００４６】
図１は、本発明に係わる火山灰検知装置１０の構成を示している。なお、図１（ａ）は火山灰検知装置１０の平面を示し、図１（ｂ）は回路部を省略して火山灰検知装置１０の正面を示してある。
【００４７】
火山灰検知装置１０は、降下する火山灰２が通過する通路となる略鉛直方向に延びる測定領域５を左右両脇から挟むように配置された第１光学ケース１１ａと第２光学ケース１１ｂとを備えている。第１光学ケース１１ａと第２光学ケース１１ｂとはフレーム１１ｃで接続されて一体に構成されている。これらの光学ケース１１ａ、１１ｂの測定領域５を挟んで対向する略鉛直な側面にはそれぞれ開口が設けられ、光を透過させるガラス板などの透明部材１３ａ、１３ｂが嵌め込まれている。
【００４８】
透明部材１３ａ、１３ｂを通して対向するように、第１光学ケース１１ａの内部には照射部１５が、第２光学ケース１１ｂの内部には第１受光部１６が配置されている。照射部１５は、レーザユニット１５ａと、レーザユニット１５ａの前方に配置され、レーザユニット１５ａが射出した光を集光し平行光にする凸レンズ１５ｂとを備え、第１光学ケース側の透明部材１３ａを通して測定領域５を横切る平行光を第１受光部１６に向けて照射する。
【００４９】
第２光学ケース１１ｂの内部に配置された第１受光部１６は、照射部１５が照射する光ビームのうち測定領域５を通過した通過光を集光する凸レンズ１６ａと、該凸レンズ１６ａで集光された通過光を受光し、その受光量に応じた第１検出信号１７を出力するフォトダイオード１６ｂとから構成される。
【００５０】
透明部材１３ｂと凸レンズ１６ａとの間には、凸レンズ１６ａの入射側に近接して鉛直にスリット板１５ｃが配置されている。スリット板１５ｃは、遮光性の平板に複数の水平なスリット（図８参照）を等間隔で鉛直方向に並べて開設したものである。照射部１５から到来する平行光はスリット板１５ｃを通過することで、水平な薄板状の光ビームを鉛直方向に等間隔で複数並べたようになって凸レンズ１６ａに到達する。
【００５１】
なお、第２光学ケース１１ｂの内のフォトダイオード１６ｂでの受光状態においては、スリット板１５ｃを第１光学ケース１１ａ側の凸レンズ１５ｂと透明部材１３ａとの間に配置した場合とほぼ等価となる。すなわち、第２光学ケース１１ｂの内のフォトダイオード１６ｂでの受光状態においては、略鉛直方向に並ぶ水平で細長い薄板状の複数の光ビームが測定領域５を横切るように照射された場合とほぼ等価になる。ただし、図１に示すように第２光学ケース１１ｂの側の透明部材１３ｂと凸レンズ１６ａとの間にスリット板１５ｃを配置するものでは、平行光がスリット板１５ｃを通過した後回折したとしても、スリット板１５ｃからフォトダイオード１６ｂまでの距離が短いので、回折の影響を受け難いという利点がある。
【００５２】
スリットの幅、長さ、ピッチは、後述するスリット関数により火山灰の粒径を判定可能な値に設定され、望ましくは、スリット関数により火山灰の粒径を特定し易い値がよい。たとえば、スリット幅やピッチは火山灰の粒径の程度のサイズに、スリットの長さは火山灰の粒径以上、好ましくは２倍以上がよい。
【００５３】
また、スリット板１５ｃによって形成される光ビームの本数や間隔などの設定は、測定領域５内の光ビームを遮りながら降下する火山灰の粒子が同時には１つとなるようにするとよい。なお、少なくとも降り始めの時期は、降灰量が少ないので、測定領域５内の光ビームを遮りながら降下する火山灰の粒子は同時には１つであるとして判定処理を行なっている。
【００５４】
さらに第１光学ケース１１ａの内部には、照射部１５から照射した光ビームが測定領域５内の粒子（火山灰、雪、霧など）に散乱されて生じる散乱光を受光する第２受光部１８が配置されている。第２受光部１８は、照射部１５の凸レンズ１５ｂの横から第１光学ケース１１ａの透明部材１３ａを通して測定領域５の略中心部を臨むように配置されている。第２受光部１８は、透明部材１３ａを通じて第１光学ケース１１ａ内へ入射した散乱光を集光する凸レンズ１８ａと、該凸レンズ１８ａで集光された光を受光し、その受光量に応じた第２検出信号１９を出力するフォトダイオード１８ｂとから構成される。
【００５５】
火山灰検知装置１０は回路部として、発振部２１と、ＢＰＦ部２２、２３と、Ａ／Ｄ変換部２４、２５と、降灰検知部２６と、外部出力部２７と、外部設備制御部２８とを備えている。発振部２１は、照射部１５のレーザユニット１５ａを１メガヘルツの変調周波数で駆動する回路である。第１受光部１６のフォトダイオード１６ｂが出力する第１検出信号１７はＢＰＦ部２２およびＡ／Ｄ変換部２４を経て降灰検知部２６に入力される。また第２受光部１８のフォトダイオード１８ｂが出力する第２検出信号１９はＢＰＦ部２３およびＡ／Ｄ変換部２５を経て降灰検知部２６に入力される。ＢＰＦ部２２、２３は１メガヘルツ付近の周波数帯のみを通過させるバンドパスフィルタである。Ａ／Ｄ変換部２４、２５はアナログ信号をディジタル信号に変換する回路である。
【００５６】
レーザユニット１５ａを１メガヘルツの変調周波数で駆動すると共に、フォトダイオード１６ｂ、１８ｂの出力をそれぞれ１メガヘルツのバンドパスフィルタ２２、２３に通すことで、太陽光などの外乱光の影響を除去している。
【００５７】
降灰検知部２６は、ＢＰＦ部２２およびＡ／Ｄ変換部２４を経て入力される第１検出信号１７と、ＢＰＦ部２３およびＡ／Ｄ変換部２５を経て入力される第２検出信号１９の変化状況から、測定領域５内を降下する火山灰の有無を検知する機能を果たす。
【００５８】
外部出力部２７は、単位時間当たりの降灰量を求める機能、および照射部１５が照射した光ビーム(散乱光を含む)の光路上に配置された透明部材１３ａ、１３ｂの汚れを検知する機能を果たす。汚れの検知対象となる透明部材には、凸レンズ１５ｂ、１６ａ、１８ａも含まれる。
【００５９】
外部設備制御部２８は、外部出力部２７で求めた降灰量を基準に、降灰に関する情報を配信したり、外部装置の動作を制御したりする機能を果たす。制御対象の外部装置は、たとえば、温室の窓を開閉する装置がある。降灰検知部２６、外部出力部２７、外部設備制御部２８は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を主要部とした回路で構成されており、気象状態を判定する判定部としての機能を果たす。
【００６０】
図２は、第１受光部１６のフォトダイオード１６ｂが検出する通過光の光量変化と第２受光部１８のフォトダイオード１８ｂが検出する散乱光の光量変化とを各種の気象条件について対比して例示したものである。上段のグラフはフォトダイオード１６ｂが検出する通過光の光量変化（第１検出信号１７の信号波形）を示し、下段のグラフはフォトダイオード１８ｂが検出する散乱光の光量変化（第２検出信号１９の信号波形）を示している。
【００６１】
気象条件が晴れまたは曇りのとき、通過光の光量１７ａは、ほぼ最大値で一定となり、散乱光の光量１９ａはほぼゼロになる。
【００６２】
火山灰が降下しているときは、通過光の光量１７ｂは波打つように変化する。すなわち、測定領域５を通過した光をスリット板１５ｃに通しているので、フォトダイオード１６ｂの受光状態においては、略鉛直方向に並ぶ複数の光ビームを火山灰が順に遮りながら降下するのと等価となり、通過光の光量１７ｂに波打つような変化が現われる。また、火山灰は光を散乱させ、かつフォトダイオード１８ｂ側にはスリット板１５ｃがないので、散乱光の光量１９ｂは、火山灰の粒子が測定領域５を通過する毎に１つのパルスとなるように変化する。
【００６３】
霧は細かい粒子が空気中に浮遊しているので、霧が発生した場合には、通過光の光量１７ｃは、晴れや曇りの場合に比べて減衰したレベルで一定になる。また、霧は細かい浮遊する粒子によって光を散乱させる性質を有するので、散乱光の光量１９ｃは、比較的高い出力レベルで一定になる。
【００６４】
雨は光透過率が高く、光ビームをほとんど透過させる。ただし、雨滴の上下端の近傍においては、雨滴の表面で全反射が生じ、該全反射の発生により、通過光の光量１７ｄや散乱光の光量１９ｄが僅かに変化する。図中の波形１７ｄ、１９ｄは、分かり易くするために該変化の度合いを誇張して描いてある。
【００６５】
雪は、光の透過率が雨に比べると低く、降雪時には、測定領域５の通過光の光量１７ｅは波打つように変化する。また、雪は光の散乱率も高いので、散乱光の光量１９ｅは、雪の粒が測定領域５を通過する毎に１つのパルスとなるように変化する。
【００６６】
ガラス汚れにおいては、透明部材１３ａ、１３ｂの汚れが進むにつれて徐々に通過光の光量１７ｆが低下する。一方、ガラス汚れにより測定領域５内で散乱が生じることはないので、散乱光の光量１９ｆは、晴れ、曇りと同様にほぼゼロの状態になる。
【００６７】
図３は、通過光の光量を示す第１検出信号１７および散乱光の光量を示す第２検出信号１９に基づいて降灰検知部２６および外部出力部２７が行なう判定処理の流れを示している。まず、通過光の光量基準値（図２のレベルＡ）を設定する（ステップＳ１０１）。通過光の光量基準値Ａは、晴天あるいは曇りでかつ透明部材１３ａ、１３ｂの汚れのない状態におけるフォトダイオード１６ｂの出力レベルが初期設定される。
【００６８】
初期設定の完了後、降灰検知部２６は第１検出信号１７に基づいて通過光の光量変化率（時間変化量）を監視し（ステップＳ１０２）、通過光の光量変化率が予め定めた第１の基準値以上のとき（ステップＳ１０２；Ｙ）、雨、雪、火山灰のいずれかの粒子が測定領域５を降下していると判定する。
【００６９】
すなわち、雨、雪、火山灰のいずれかの粒子が測定領域５を降下すると、図２に示すように、その粒子の動きに応じて通過光の光量変化率がある程度以上の大きさになる。晴れや曇り、霧、ガラス汚れの場合は粒子の降下現象ではないので通過光の光量変化率は極めて小さい。そこで、通過光の光量変化率が第１の基準値（図２参照）以上の場合に雨、雪、火山灰などの粒子の降下を検出する。
【００７０】
雨、火山灰、雪などの粒子の降下を検出した場合には（ステップＳ１０２；Ｙ）、第２検出信号１９が示す散乱光の光量変化量を調べる（ステップＳ１０３）。散乱光の光量変化量は、初期設定時（晴天あるいは曇りでかつ透明部材１３ａ、１３ｂの汚れのない状態）における第２検出信号１９の出力レベルを初期値とし、該初期値と現在の第２検出信号１９の出力レベルとの差分である。
【００７１】
散乱光の光量変化量が第２の基準値（図２のＢ）未満の場合は（ステップＳ１０３；Ｎ）、降下中の粒子が雨である旨の判定結果を出力して(ステップＳ１０４)、ステップＳ１０２へ戻る。すなわち、雨は光の透過率が火山灰や雪に比べて高いので、降雨時における通過光や散乱光の光量変化量は、火山灰や雪が降下している場合に比べて小さい。そこで、第２の基準値を、降雨時における散乱光の最大光量変化量よりわずかに大きい値に設定することで、散乱光の光量変化量が第２の基準値以下の場合に、降下中の粒子が火山灰や雪ではなく、雨滴であると特定する。
【００７２】
なお、火山灰の中には、光の透過率や粒径が小さく、通過光の光量変化量が小さいものもあり、通過光の光量変化量では雨との区別を充分にできない可能性がある。一方、散乱光の光量変化量は、どのような種類の火山灰でも（透過率や粒径にかかわらず）雨との区別が可能な程度に充分に現われる。そこで、本例では、雨と火山灰との差がより明確に現われる散乱光の光量変化量に基づいて雨を特定している。
【００７３】
散乱光の光量変化量が第２の基準値以上の場合は（ステップＳ１０３；Ｙ）、降下中の粒子の粒径と密度とを求め（ステップＳ１０５、Ｓ１０６）、該粒径と密度とから雪と火山灰とを判別する(ステップＳ１０７)。
【００７４】
図４は、雪と火山灰との粒子の性質を対比したものである。同図に示すように、雪の粒径は400〜5000μmの範囲にあり、火山灰の粒径は0.50〜600μmの範囲にある。雪の粒径と火山灰の粒径は400〜600μmの範囲に重複している。雪の密度は0.02〜0.10ｇ／cm３の範囲にあり、火山灰の密度は1.00〜1.50ｇ／cm３の範囲にある。
【００７５】
このような性質を利用し、ここでは、粒径が第１規定サイズ（たとえば、400μm）以上で密度が第１規定密度（たとえば、1.00g/cm3）以下の場合は（ステップＳ１０７；Ｙ）、降下中の粒子が雪であると判定し（ステップＳ１０８）、雪に関して単位時間降下量算出処理を行なった後（ステップＳ１１０）ステップＳ１０２に戻る。上記２つの条件（粒径と密度）を満足しない場合は（ステップＳ１０７；Ｎ）、降下中の粒子が火山灰であると判定し（ステップＳ１０９）、火山灰について単位時間降下量算出処理を行なった後（ステップＳ１１０）ステップＳ１０２に戻る。
【００７６】
一方、通過光の光量変化率が予め定めた第１の基準値未満のときは（ステップＳ１０２；Ｎ）、火山灰、雪、雨などの粒子の降下中でないと判断する。そして、散乱光の光量変化量を調べ（ステップＳ１１１）、散乱光の光量変化量が第２の基準値（図２のＢ）以上の場合は（ステップＳ１１１；Ｙ）、霧の発生である旨の判定結果を出力する（ステップＳ１１２）。すなわち、霧は細かい粒子が空気中に浮遊しているので、光の散乱率が高く、散乱光の光量変化量は大きくなる。なお、ステップＳ１１１で使用する第２の基準値は、ステップＳ１０３で使用する第２の基準値とは別の値を取り得る第４の基準値としてもよく、霧の発生と判定すべき散乱光の最小光量変化量より低い値に設定されればよい。
【００７７】
霧と判定した場合はさらに、霧濃度の判定処理を行なった後（ステップＳ１１３）ステップＳ１０２に戻る。霧の濃度は散乱率に基づいて判断する。散乱率は（散乱光の光量）÷（通過光の光量）で求まる。
【００７８】
散乱光の光量変化量が第２の基準値未満の場合は（ステップＳ１１１；Ｎ）、通過光の光量変化量を調べ(ステップＳ１１４)、通過光の光量変化量（通過光の光量基準値Ａとの差分）が第３の基準値（図２のＣ）以上の場合は（ステップＳ１１４；Ｙ）、晴れまたは曇りであるとの判定結果を出力して(ステップＳ１１５)ステップＳ１０２に戻る。
【００７９】
通過光の光量変化量が第３の基準値未満の場合は（ステップＳ１１４；Ｎ）、透明部材１３ａ、１３ｂが汚れているとの判定結果を出力し（ステップＳ１１６）、警告を行なう(ステップＳ１１７)。たとえば、所定の管理装置へ透明部材の汚れを通知したり、警告メッセージを音声で流したりする。警告を３回出力した場合は（ステップＳ１１８；Ｙ）、処理を終了し、３回未満の場合は（ステップＳ１１８；Ｎ）、ステップＳ１０２に戻って処理を継続する。なお、警告を出した回数に係わらず、処理を終了させ、透明部材１３ａ、１３ｂの清掃が行なわれた後のリセットにより本処理を最初から実行するように構成してもよい。
【００８０】
図５は、図３のステップＳ１０６における粒子の粒径算出処理を示している。まず、通過光の光量変化波形（第１検出信号１７の波形）を読み込む（ステップＳ２０１）。
【００８１】
読み取った光量変化波形の概形を検出し(ステップＳ２０２)、該光量変化波形とスリット板１５ｃに対応するスリット関数とから粒径を求める（ステップＳ２０３）。詳細には、スリット板１５ｃに形成したスリットの幅やピッチに対応するスリット関数のグラフを様々な粒径について導出しておき、これらのグラフとステップＳ２０２で求めた光量変化波形の概形とを対比して最も近似するグラフを見出し、該グラフに対応する粒径を、降下する粒子の粒径として求める。
【００８２】
図６は、スリット関数のグラフの一例を示している。また、図７はスリット関数の計算における粒子２ａの各部の寸法を示すパラメータを、図８はスリット関数の計算におけるスリット板１５ｃの形状および各部の寸法を示すパラメータを示している。この場合、スリットを通して射出された光を粒子の一部が遮る面積を求めるための積分式は以下のようになる。
【００８３】
【数１】
【００８４】
スリット面積Ｓｌは、Ｓｌ＝Ｎ×Ｂ×Ｌとなる。ここで Ｎ：スリット個数、Ｂ：スリット幅、Ｌ：スリット長さ、Ｒ：粒径（２ｒ）、ｒ：粒子（灰）の半径（球形に近似）、Ｌ＞Ｒ、Ｐ：スリットのピッチ間隔、Ｚ：最上段のスリットの上端を原点（Ｏ）とし、降下方向下向きを正とした場合における火山灰（粒子）の下端の座標、Ｚ’：各スリットの上端を原点（Ｏ）とし、降下方向下向きを正とした場合における火山灰（粒子）の下端の座標とする。粒子による減光面積をＳｄとすると、通過光の面積Ｓは、Ｓ＝Ｓｌ−Ｓｄ となる。なお、Ｓｄは、スリット１枚当たりの粒子による減光面積をＳｄ´とし、Ｎ枚のスリットの減光面積の合計として求める。以下、減光面積をＳｄ´を求める数式を場合分けして示す。
【００８５】
【数２】
【００８６】
図９は、図３のステップＳ１０５における粒子密度算出処理の流れを示している。まず、通過光の光量変化波形（第１検出信号１７の波形）を読み込み（ステップＳ２２１）、この光量変化波形から変化の周期を求め（ステップＳ２２２）、該周期とスリット板１５ｃにおけるスリットの間隔（スリット幅Ｂ＋ピッチＰ）とから粒子の降下速度を求める（ステップＳ２２３）。具体的には（スリット幅Ｂ＋ピッチＰ）÷（波形の周期）により降下速度を求める。
【００８７】
そして、この降下速度と先に求めた粒径とを、空気中を落下する粒子の運動方程式に適用することで粒子の密度を求める（ステップＳ２２４）。密度計算式は以下のようになる。
【００８８】
【数３】
【００８９】
ここで、Ｒ：粒径、ρｐ：密度（粒子）、υ：速度、ｇ：重力加速度、ρｆ：密度（空気）＝１.２０Ｋｇ／ｍ3、μ：粘性係数（空気）＝１.８０×１０−５Ｐａ・Ｓ、ＣＲ：抵抗係数、Ｒｅ：レイノルズ数 である。なお、Ｒｅは、灰の場合、２.６０×１０−７〜１.２９×１０２ 、雪の場合、１.８９〜１.１２×１０３ である。
【００９０】
図１０は、図３のステップＳ１１０における単位時間降下量算出処理を示している。単位時間降下量算出処理においては、火山灰や雪と判定した粒子の個数を計数することで、単位時間当たりの降灰量や降雪量を検出する。具体的には、通過光の光量変化波形（第１検出信号１７の波形）を読み込み（ステップＳ２４１）、単位時間当たりでの光量変化波形の概形から粒子数を検出する（ステップＳ２４２）。たとえば、散乱光に対応する第２検出信号１９のパルス数を計数する。該検出された粒子数に応じて単位時間当たりの粒子の降下量を算出する（ステップＳ２４３）。
【００９１】
次に、外部設備制御部２８が行なう制御の流れを説明する。
【００９２】
図１１は、外部設備制御部２８が行なう制御の流れを示している。外部設備制御部２８は外部出力部２７から単位時間降灰量（火山灰が検出されたときの単位時間降下量）の検出結果を受け取り（ステップＳ３０１）、該検出結果の示す降灰量が第１のしきい値以上か否かを判定し（ステップＳ３０２）、第１のしきい値以上の場合は(ステップＳ３０２；Ｙ)、温室換気窓を閉じる制御を行なう（ステップＳ３０３）。
【００９３】
さらに、降灰量が第１のしきい値よりも大きい第２のしきい値以上か否かを判断し(ステップＳ３０４)、第２のしきい値以上の場合は（ステップＳ３０４；Ｙ）、降灰量が多いことを示す降灰情報の配信処理を行なう（ステップＳ３０５）。その後はステップＳ３０１に戻り、降灰量の監視を継続する。一方、第２のしきい値未満の場合は（ステップＳ３０４；Ｎ）、降灰していることを示す降灰情報配信処理を行ない(ステップＳ３０６)、ステップＳ３０１に戻って降灰量の監視を継続する。たとえば、降灰情報配信は、降灰していることを外部装置に通信で通知したり、音声で流したりする。
【００９４】
降灰量が第１のしきい値未満の場合は(ステップＳ３０２；Ｎ)、温室換気窓を開く制御を行なった後（ステップＳ３０７）、ステップＳ３０１に戻って降灰量の監視を継続する。
【００９５】
なお、制御する外部装置は温室換気窓以外の装置であってもよい。また、単位時間降灰量を多数のレベルで分類し、各レベルに応じた降灰情報を配信したり、外部装置の制御内容を変化させたりしてもよい。
【００９６】
このように、本発明の火山灰検知装置１０では、検知器の表面に積もらせることなく、火山灰の降灰を検知することができるので、積もった火山灰を除去するための機構を設けることなく連続的な降灰検知が可能になる。また、スリット板１５ｃを配置することで、フォトダイオード１６ｂでの受光状態においては、降下方向に配列された複数の光ビームを火山灰が順に横切りながら降下する場合と等価な状態を形成し、これら複数の光ビームを火山灰が順に横切りながら降下する際に生じる通過光の光量変化や散乱光の光量変化に基づいて粒子の種類を判別するので、火山灰の降灰を降雨や降雪などと区別して的確に検知することができる。
【００９７】
さらに、測定光学系の光路上に存在するガラス板などの透明部材の汚れを検知して警告を発するので、気づかぬ間に透明部材が汚れて火山灰の検知精度が低下するような事態を回避することができる。
【００９８】
以上、本発明の実施の形態を図面によって説明してきたが、具体的な構成は実施の形態に示したものに限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。
【００９９】
図３のステップＳ１０３では、散乱光の光量変化量に基づいて、雨か雪・火山灰かを識別するようにしたが、通過光の光量変化量の大小に基づいて、雨か、雪または火山灰かを判別してもかまわない。たとえば、通過光の光量変化量に基づいて雨か雪または火山灰かを識別すれば、第２受光部１８を設けなくてもかまわない。
【０１００】
また、第１検出信号１７および第２検出信号１９の変化状況に基づく降灰の判定方法は、実施の形態で例示したものに限定されない。たとえば、実施の形態において雪と火山灰とを粒径と密度とによって判別する際の基準にした第１規定サイズや第１規定密度は例示した値に限定されず、適宜に設定すればよい。また、図４に示すように、火山灰と雪との密度には重複範囲がなく明確な差があるので、密度のみで火山灰と雪とを判別してもかまわない。この場合、火山灰の密度の下限値と、雪の密度の上限値との間にしきい値（たとえば、0.50g／cm３）を設定して雪と火山灰とを識別することができる。
【０１０１】
また、実施の形態では透明部材１３ｂと凸レンズ１６ａとの間にスリット板１５ｃを配置したが、凸レンズ１６ａとフォトダイオード１６ｂとの間でもかまわない。さらに、凸レンズ１５ｂと透明部材１３ａとの間にスリット板１５ｃを配置し、実際に測定領域５を複数の光ビームが横切るように構成してもよい。さらに、１つのレーザユニット１５ａから射出される光を凸レンズ１５ｂおよびスリット板１５ｃを使用して複数の光ビームを生成する代わりに、たとえば、光ビーム毎に異なる光源を設けてもよく、スリット関数が適用可能な受光状態が形成されればよい。また、光ビームの本数（スリットの本数）は２本以上あればよく、限定されない。
【０１０２】
また、照射部１５のレーザユニット１５ａからフォトダイオード１６ｂに至る光学系を縦方向（粒子の降下方向）に複数段配列してもよい。この際、各段におけるスリットの幅やピッチを相違させることで、様々な粒径の粒子に対してスリットでの波形飽和を防止することができ、スリット関数による粒径の導出をより正確に行なうことができる。
【０１０３】
さらに第１受光部１６では凸レンズ１６ａを用いて複数の光ビームを集光し、１つのフォトダイオード１６ｂでこれら複数の光ビームを受光するようにしたが、個々もしくはいくつかの光ビーム毎にフォトダイオードを設置し、これらの出力信号を電気的に合成してもかまわない。
【０１０４】
また、光源はレーザユニットに限定されず、たとえば、発光ダイオードでもかまわない。
【０１０５】
実施の形態では、火山灰の降下方向を鉛直とし、複数の光ビームを鉛直に配列させたが、現場の状況に合わせて、たとえば、斜め下方であってもかまわない。透明部材１３ａ、１３ｂへの火山灰の付着を少なくするには測定領域５を鉛直に延びる通路とすることが望ましい。
【０１０６】
なお、実施の形態では、火山灰検知装置を説明したが、該装置は、雪、雨、火山灰、霧を区別して検知ができるので、火山灰の検知専用の装置とすることなく、たとえば、降雪、降雨、降灰、霧の発生を区別して検知する気象状態判定装置としてもよい。さらに火山灰だけでなく、黄砂などの粒径が異なる場合においても、スリット幅、スリットピッチを適切に設定することで、任意の径のあらゆる粒子を検知することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明の実施の形態に係わる火山灰検知装置の構成を示す説明図である。
【図２】各種の気象条件について通過光の光量変化と散乱光の光量変化とを対比して例示した説明図である。
【図３】本発明の実施の形態に係わる火山灰検知装置が行なう判定処理を示す流れ図である。
【図４】雪と火山灰との粒子の性質を対比した比較表である。
【図５】粒径算出処理を示す流れ図である。
【図６】各種の粒径に対応するスリット関数のグラフを示す説明図である。
【図７】スリット関数の計算式に係わる粒子形状を示す説明図である。
【図８】スリット板のスリット形状を示す説明図である。
【図９】粒子密度算出処理を示す流れ図である。
【図１０】単位時間降下量算出処理を示す流れ図である。
【図１１】本発明の実施の形態に係わる火山灰検知装置の外部設備制御部が行なう制御処理を示す流れ図である。
【符号の説明】
【０１０８】
２、２ａ…火山灰
５…測定領域
１０…火山灰検知装置
１１ａ…第１光学ケース
１１ｂ…第２光学ケース
１１ｃ…フレーム
１３ａ、１３ｂ…透明部材
１５…照射部
１５ａ…レーザユニット
１５ｂ…凸レンズ
１５ｃ…スリット板
１６…第１受光部
１６ａ…凸レンズ
１６ｂ…フォトダイオード
１７…第１検出信号
１８…第２受光部
１８ａ…凸レンズ
１８ｂ…フォトダイオード
１９…第２検出信号
２１…発振部
２２、２３…ＢＰＦ部
２４、２５…Ａ／Ｄ変換部
２６…降灰検知部
２７…外部出力部
２８…外部設備制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火山灰の降灰を検知する火山灰検知装置および気象状態判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の火山灰検知装置としては、水平な透明板の下方に光センサを配置し、該透明板の表面に火山灰が降り積もると光センサの受光量が減少することを利用して火山灰の降灰を検知するものが知られている（たとえば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、降水強度の計測器においては、光薄膜状のレーザ光を対岸で受光し、光薄膜を通過する雨や雪の粒子により減じられる受光量の変化から降水強度を計測するものがあった（たとえば、特許文献２参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１２０３８８号公報
【特許文献２】特開平４−２７８４８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
透明板の表面に火山灰を積もらせて検知するものでは、一度、降灰が検知された後は、積もった火山灰を排除しなければ次の検知を行なうことができないので、降り積もった火山灰を除去するための機構を要し、構造が複雑になってしまう。また、降灰と降雨とが同時に発生した場合には、透明板の表面に降り積もった火山灰が付着して容易には取れなくなってしまう。
【０００６】
また、光薄膜状のレーザ光を対岸で受光し、その受光量の変化から降水強度を計測する技術では粒子の種類を判別しないので、火山灰以外の雨や雪なども検知してしまい、他と区別して降灰を的確に検知することはできない。
【０００７】
本発明は、上記の問題を解決しようとするものであり、検知器の表面に積もらせることなく、火山灰の降灰を雨や雪などと区別して検知することのできる火山灰検知装置および気象状態判定装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係わる発明は、降下する火山灰が通過する所定の測定領域を横切るように複数の平行な光ビームを前記火山灰の降下方向に並べて照射する照射部と、
前記複数の平行な光ビームのうち前記測定領域を横切った通過光を受光するように配置され、前記通過光の光量に応じた第１検出信号を出力する第１受光部と、
前記光ビームが前記測定領域内で散乱されて生じた散乱光を受光するように配置され、前記散乱光の光量に応じた第２検出信号を出力する第２受光部と、
前記第１検出信号と前記第２検出信号の変化状況から、前記測定領域内を降下する火山灰の有無を検知する判定部と
を有する
ことを特徴とする火山灰検知装置である。
【０００９】
上記発明によれば、火山灰や雨、雪などの粒子は、測定領域内を降下するとき、該降下方向に並ぶ複数の平行な光ビーム（たとえば、鉛直方向に並ぶ複数の水平な光ビーム）を順に遮りながら降下する。第１受光部は測定領域を横切った光ビームの通過光を受光するように配置（たとえば、測定領域を挟んで照射部と対向配置）されているので、火山灰などの粒子が複数の平行な光ビームを順に遮りながら測定領域内を降下すると第１受光部の出力する第１検出信号は波打つような波形で変化し、該波形の変化量は粒子の光透過率が低いほど大きくなる。また、粒子の降下速度に応じて波形の周期や概形が変化する。
【００１０】
一方、第２受光部は測定領域内で散乱された散乱光を受光するように配置（たとえば、照射部の横から測定領域の中心に向けて配置）されているので、光の散乱率の高い粒子が測定領域を通過するときや測定領域内に存在するときほど、第２受光部の出力する第２検出信号の出力が大きく現われる。さらに、霧が出た場合などには、第１検出信号は波打つような変化ではなく、定常的なレベル変動になる。判定部は、気象状態によりこのような変化の現われる第１検出信号と第２検出信号とから、火山灰が降下する場合に現われる所定の特徴を検出して、降灰の有無を判定する。
【００１１】
請求項２に係わる発明は、前記判定部は、前記第１検出信号が示す前記通過光の光量変化率が第１の基準値以上で、前記第２検出信号が示す前記散乱光の光量変化量が第２の基準値以上の場合に、前記測定領域内を火山灰の可能性のある粒子が降下していると判定する
ことを特徴とする請求項１に記載の火山灰検知装置である。
【００１２】
上記発明によれば、第１検出信号が示す通過光の光量変化率が第１の基準値以上で変化することにより、何らかの粒子が測定領域を降下していることが認識され、さらに第２検出信号が示す散乱光の光量変化量が第２の基準値以上であることにより、その粒子が散乱率の高い粒子であることが認識される。火山灰の降灰現象は、散乱率の高い粒子の降下であり、上記の条件により、火山灰の可能性のある粒子の降下を認識できる。雨の粒子の散乱率は極めて低く、上記の条件に合致し得る粒子は、火山灰と雪になる。したがって、雪の降下する可能性が少ない地域では、上記の条件で、降灰の有無を判定してもよい。
【００１３】
請求項３に係わる発明は、前記判定部は、前記第１検出信号およびまたは前記第２検出信号の波形から前記測定領域内を降下する粒子の粒径を求め、さらに前記粒子の密度を算出し、該粒径と密度とから前記粒子が火山灰であるか否かを判定する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の火山灰検知装置である。
【００１４】
上記発明によれば、判定部は、波打つように変化する第１検出信号およびまたは第２検出信号の波形の周期や波形の概形から、測定領域内を降下する粒子の降下速度とその粒子の粒径とを求める。さらに求めた降下速度および粒径を所定の密度計算式に代入することで、粒子の密度を算出する。火山灰は雪に比べて密度が充分大きく、粒径は雪に比べて概ね小さいので、これらの２条件から火山灰を特定する。なお、密度の違いのみを基準に雪と火山灰とを区別してもよい。
【００１５】
請求項４に係わる発明は、前記判定部は、前記第１検出信号およびまたは前記第２検出信号の波形と前記複数の平行な光ビームに対応するスリット関数とから前記粒子の粒径を求める
ことを特徴とする請求項３に記載の火山灰検知装置である。
【００１６】
上記発明では、たとえば、複数の平行な光ビームのビーム幅やピッチに対応するスリット関数を様々な粒径について導出しておき、第１検出信号およびまたは第２検出信号の波形の概形が最も近似するグラフを見出し、該グラフに対応する粒径を、降下する粒子の粒径として求める。
【００１７】
請求項５に係わる発明は、前記判定部は、前記第１検出信号が示す前記通過光の光量変化率が第１の基準値以下で、前記第１検出信号が示す前記通過光の光量変化量が第３の基準値より大きく、かつ前記第２検出信号が示す前記散乱光の光量が第４の基準値以下の場合に、前記光ビームの光路上に配置された透明部材が汚れていると判定する
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の火山灰検知装置である。
【００１８】
上記発明によれば、第１検出信号が示す通過光の光量変化率が第１の基準値以下であることから、火山灰、雪、雨などの粒子の降下中でないと判断し、第１検出信号が示す通過光の光量変化量が第３の基準値より大きいことから、測定領域を透過する光量の低下が霧の発生もしくは光路上の透明部材の汚れが原因で発生していると判断し、第２検出信号が示す散乱光の光量が第４の基準値以下であることから、その原因が散乱率の高い霧ではなく、透明部材の汚れであると判定する。判断の順序は問わず、上記の３条件が揃えばよい。
【００１９】
請求項６に係わる発明は、降下する火山灰が通過する所定の測定領域を横切るように複数の平行な光ビームを前記火山灰の降下方向に並べて照射する照射部と、
前記複数の平行な光ビームのうち前記測定領域を横切った通過光を受光するように配置され、前記通過光の光量に応じた第１検出信号を出力する受光部と、
前記受光部が出力する検出信号の変化状況から、前記測定領域内を降下する火山灰の有無を検知する判定部と
を有する
ことを特徴とする火山灰検知装置である。
【００２０】
上記発明によれば、火山灰や雨、雪などの粒子は、測定領域内を降下するとき、該降下方向に並ぶ複数の平行な光ビームを順に遮りながら降下する。受光部は測定領域を横切った光ビームの通過光を受光するように配置（たとえば、測定領域を挟んで照射部と対向配置）されているので、火山灰などの粒子が複数の平行な光ビームを順に遮りながら測定領域内を降下すると受光部の出力する検出信号は波打つような波形で変化し、該波形の変化は粒子の光透過率が低いほど大きくなる。また、粒子の降下速度に応じて波形の周期や概形が変化する。さらに、霧が出た場合には、検出信号は波打つような変化ではなく、定常的なレベル変化になる。判定部は、このような変化の現われる検出信号から、火山灰が降下する場合に現われる所定の特徴を検出して降灰の有無を判定する。
【００２１】
請求項７に係わる発明は、前記判定部は、前記検出信号が示す前記通過光の光量変化率が第１の基準値以上の場合に、前記測定領域内を火山灰の可能性のある粒子が降下していると判定する
ことを特徴とする請求項６に記載の火山灰検知装置である。
【００２２】
上記発明によれば、検出信号が示す通過光の光量変化率が第１の基準値以上で変化することにより、何らかの粒子が測定領域を降下していることが認識される。火山灰の降灰現象は、透過率の低い粒子の降下であり、上記の条件により、火山灰の可能性のある粒子の落下を認識できる。雨の粒子の透過率は極めて高く、上記の条件に合致し得る粒子は、火山灰と雪になる。したがって、雪の降下する可能性が少ない地域では、上記の条件で、降灰の有無を判定してもよい。
【００２３】
請求項８に係わる発明は、前記判定部は、前記検出信号の波形から前記測定領域内を降下する粒子の粒径を求め、さらに前記粒子の密度を算出し、該粒径と密度とから前記粒子が火山灰であるか否かを判定する
ことを特徴とする請求項６または７に記載の火山灰検知装置である。
【００２４】
上記発明によれば、判定部は、波打つように変化する検出信号の波形の周期や波形の概形から、測定領域内を降下する粒子の降下速度とその粒子の粒径とを求める。さらに求めた降下速度および粒径の値を所定の密度計算式に代入することで、粒子の密度を算出する。火山灰は雪に比べて密度が大きく、粒径が小さいので、これらの２条件から雪と火山灰とを判別する。
【００２５】
請求項９に係わる発明は、前記判定部は、前記検出信号の波形と前記複数の平行な光ビームに対応するスリット関数とから前記粒子の粒径を求める
ことを特徴とする請求項８に記載の火山灰検知装置である。
【００２６】
上記発明によれば、たとえば、複数の平行な光ビームのビーム幅やピッチに対応するスリット関数を様々な粒径について導出しておき、検出信号の波形の概形が最も近似するグラフを見出し、該グラフに対応する粒径を、降下する粒子の粒径として求める。
【００２７】
請求項１０に係わる発明は、前記判定部は、火山灰と判定した粒子の個数を計数することで、単位時間当たりの降灰量を検出する
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１つに記載の火山灰検知装置である。
【００２８】
上記発明によれば、判定部は、火山灰の降下ありと判定した場合に、その降下する粒子数を計数し、単位時間当たりの降灰量を求める。
【００２９】
請求項１１に係わる発明は、前記照射部は、複数のスリットが平行に並設されたスリット板に平行光を通すことで前記複数の平行な光ビームを生成する
ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１つに記載の火山灰検知装置である。
【００３０】
上記発明によれば、１つの光源から平行な複数の光ビームが生成される。たとえば、光源の前方に各スリットが水平になるようにしてスリット板を鉛直に設置すると、水平で細長い板状の光ビームを鉛直方向に複数並べて照射することができる。スリットは等間隔であることが望ましい。
【００３１】
請求項１２に係わる発明は、前記照射部は、平行光からなる光ビームを前記測定領域に照射すると共に、前記測定領域を横切った通過光を前記スリットに通すように構成されており、
前記第１受光部において、前記測定領域を横切るように複数の平行な光ビームを前記火山灰の降下方向に並べて照射した場合に相当する受光状態が形成される
ことを特徴とする請求項１１に記載の火山灰検知装置である。
【００３２】
上記発明では、測定領域を横切った後の平行光をスリット板に通して複数の平行な光ビームに変換することで、第１受光部においては、測定領域を横切るように複数の平行な光ビームを火山灰の降下方向に並べて照射した場合とほぼ等しい受光状態が形成される。このようにすることで、平行光をスリット板に通すことにより光の回折が生じても、スリット板を通過してから第１受光部で受光されるまでの光路長がスリット板を測定領域の手前に配置する場合よりも短くなり、回折の影響を受け難く、スリット関数を適正に適用することができる。
【００３３】
請求項１３に係わる発明は、降下する火山灰や雪、雨などが通過する所定の測定領域を横切るように複数の平行な光ビームを前記降下方向に並べて照射する照射部と、
前記複数の平行な光ビームのうち前記測定領域を横切った通過光を受光するように配置され、前記通過光の光量に応じた検出信号を出力する受光部と、
前記検出信号の変化状況から気象状態を判定する判定部と
を有する
ことを特徴とする気象状態判定装置である。
【００３４】
上記発明によれば、火山灰や雨、雪などの粒子が測定領域内を降下するとき、受光部の受光する光量は波打つように変化し、これに応じて検出信号も波打つように変化する。該変化の周期、振幅の大小、変化の有無や変化率などから粒子の降下速度、粒径、密度などを求めることができ、これらから粒子の種類を特定して、気象状態を判別することができる。
【００３５】
請求項１４に係わる発明は、前記判定部は、前記検出信号が示す前記通過光の光量、光量変化率、光量変化量の中の少なくとも１つに基づいて気象状態を判定する
ことを特徴とする請求項１３に記載の気象状態判定装置である。
【００３６】
たとえば、雨、雪、火山灰など何らかの粒子の降下の有無は受光した通過光の光量変化率（変化の有無）で検出する。また火山灰、雪、雨は光の透過率が異なるので、光ビームを横切る際の光の減衰量が相違し、検出信号が示す光量変化量に差が現われ、該変化量の相違により、粒子の種類を判別する。
【００３７】
請求項１５に係わる発明は、前記判定部は、前記検出信号の波形から前記測定領域内を降下する粒子の粒径を求め、さらに前記粒子の密度を算出し、該粒径と密度とから前記粒子の種類を判定する
ことを特徴とする請求項１３または１４に記載の気象状態判定装置である。
【００３８】
上記発明では、たとえば、検出信号の波形と複数の光ビームの配列に対応したスリット関数とから粒子の粒径を求め、さらに運動方程式を適用して粒子の密度を演算して求める。そして粒径と密度の相違から粒子の種類を特定して気象状態を判定する。
【００３９】
請求項１６に係わる発明は、前記光ビームが前記測定領域内で散乱されて生じた散乱光を受光するように配置され、前記散乱光の光量に応じた第２検出信号を出力する第２受光部をさらに有し、
前記判定部は、前記検出信号と前記第２検出信号の変化状況から気象状態を判定する
ことを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれか１つに記載の気象状態判定装置である。
【００４０】
上記発明では、雨、雪、火山灰、霧などの粒子の種類によって散乱率が異なるので、第２受光部で検知した散乱光の光量変化特性をさらに加味して、気象状態を判定する。これにより、判定の精度を高めることができる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明に係わる火山灰検知装置によれば、降下する火山灰が複数の光ビームを順に通過する際に生じる受光量の変化状況から降灰の有無を検知するので、検知器の表面に火山灰を積もらせて検知する場合と異なり、積もった火山灰を除去するための機構を設けることなく連続的な降灰検知が可能になる。
【００４２】
また、降下する火山灰が複数の光ビームを順に通過する際に生じる受光量の変化を観測するので、単に１本の光ビームを用いる場合と異なり、受光量の変化状況から多くの情報を得ることができ、火山灰の降灰を降雨や降雪などと区別して的確に検知することができる。
【００４３】
さらに、光路上の透明部材の汚れの有無を判定するものでは、汚れの付着を警告するなどにより、降灰検知機能の維持管理を促すことができる。
【００４４】
また本発明に係わる気象状態判定装置によれば、降下する雨、雪、火山灰などの粒子が複数の光ビームを順に通過する際に生じる受光量の変化を観測するので、降下する粒子の種類を特定して気象状態を判別することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
【００４６】
図１は、本発明に係わる火山灰検知装置１０の構成を示している。なお、図１（ａ）は火山灰検知装置１０の平面を示し、図１（ｂ）は回路部を省略して火山灰検知装置１０の正面を示してある。
【００４７】
火山灰検知装置１０は、降下する火山灰２が通過する通路となる略鉛直方向に延びる測定領域５を左右両脇から挟むように配置された第１光学ケース１１ａと第２光学ケース１１ｂとを備えている。第１光学ケース１１ａと第２光学ケース１１ｂとはフレーム１１ｃで接続されて一体に構成されている。これらの光学ケース１１ａ、１１ｂの測定領域５を挟んで対向する略鉛直な側面にはそれぞれ開口が設けられ、光を透過させるガラス板などの透明部材１３ａ、１３ｂが嵌め込まれている。
【００４８】
透明部材１３ａ、１３ｂを通して対向するように、第１光学ケース１１ａの内部には照射部１５が、第２光学ケース１１ｂの内部には第１受光部１６が配置されている。照射部１５は、レーザユニット１５ａと、レーザユニット１５ａの前方に配置され、レーザユニット１５ａが射出した光を集光し平行光にする凸レンズ１５ｂとを備え、第１光学ケース側の透明部材１３ａを通して測定領域５を横切る平行光を第１受光部１６に向けて照射する。
【００４９】
第２光学ケース１１ｂの内部に配置された第１受光部１６は、照射部１５が照射する光ビームのうち測定領域５を通過した通過光を集光する凸レンズ１６ａと、該凸レンズ１６ａで集光された通過光を受光し、その受光量に応じた第１検出信号１７を出力するフォトダイオード１６ｂとから構成される。
【００５０】
透明部材１３ｂと凸レンズ１６ａとの間には、凸レンズ１６ａの入射側に近接して鉛直にスリット板１５ｃが配置されている。スリット板１５ｃは、遮光性の平板に複数の水平なスリット（図８参照）を等間隔で鉛直方向に並べて開設したものである。照射部１５から到来する平行光はスリット板１５ｃを通過することで、水平な薄板状の光ビームを鉛直方向に等間隔で複数並べたようになって凸レンズ１６ａに到達する。
【００５１】
なお、第２光学ケース１１ｂの内のフォトダイオード１６ｂでの受光状態においては、スリット板１５ｃを第１光学ケース１１ａ側の凸レンズ１５ｂと透明部材１３ａとの間に配置した場合とほぼ等価となる。すなわち、第２光学ケース１１ｂの内のフォトダイオード１６ｂでの受光状態においては、略鉛直方向に並ぶ水平で細長い薄板状の複数の光ビームが測定領域５を横切るように照射された場合とほぼ等価になる。ただし、図１に示すように第２光学ケース１１ｂの側の透明部材１３ｂと凸レンズ１６ａとの間にスリット板１５ｃを配置するものでは、平行光がスリット板１５ｃを通過した後回折したとしても、スリット板１５ｃからフォトダイオード１６ｂまでの距離が短いので、回折の影響を受け難いという利点がある。
【００５２】
スリットの幅、長さ、ピッチは、後述するスリット関数により火山灰の粒径を判定可能な値に設定され、望ましくは、スリット関数により火山灰の粒径を特定し易い値がよい。たとえば、スリット幅やピッチは火山灰の粒径の程度のサイズに、スリットの長さは火山灰の粒径以上、好ましくは２倍以上がよい。
【００５３】
また、スリット板１５ｃによって形成される光ビームの本数や間隔などの設定は、測定領域５内の光ビームを遮りながら降下する火山灰の粒子が同時には１つとなるようにするとよい。なお、少なくとも降り始めの時期は、降灰量が少ないので、測定領域５内の光ビームを遮りながら降下する火山灰の粒子は同時には１つであるとして判定処理を行なっている。
【００５４】
さらに第１光学ケース１１ａの内部には、照射部１５から照射した光ビームが測定領域５内の粒子（火山灰、雪、霧など）に散乱されて生じる散乱光を受光する第２受光部１８が配置されている。第２受光部１８は、照射部１５の凸レンズ１５ｂの横から第１光学ケース１１ａの透明部材１３ａを通して測定領域５の略中心部を臨むように配置されている。第２受光部１８は、透明部材１３ａを通じて第１光学ケース１１ａ内へ入射した散乱光を集光する凸レンズ１８ａと、該凸レンズ１８ａで集光された光を受光し、その受光量に応じた第２検出信号１９を出力するフォトダイオード１８ｂとから構成される。
【００５５】
火山灰検知装置１０は回路部として、発振部２１と、ＢＰＦ部２２、２３と、Ａ／Ｄ変換部２４、２５と、降灰検知部２６と、外部出力部２７と、外部設備制御部２８とを備えている。発振部２１は、照射部１５のレーザユニット１５ａを１メガヘルツの変調周波数で駆動する回路である。第１受光部１６のフォトダイオード１６ｂが出力する第１検出信号１７はＢＰＦ部２２およびＡ／Ｄ変換部２４を経て降灰検知部２６に入力される。また第２受光部１８のフォトダイオード１８ｂが出力する第２検出信号１９はＢＰＦ部２３およびＡ／Ｄ変換部２５を経て降灰検知部２６に入力される。ＢＰＦ部２２、２３は１メガヘルツ付近の周波数帯のみを通過させるバンドパスフィルタである。Ａ／Ｄ変換部２４、２５はアナログ信号をディジタル信号に変換する回路である。
【００５６】
レーザユニット１５ａを１メガヘルツの変調周波数で駆動すると共に、フォトダイオード１６ｂ、１８ｂの出力をそれぞれ１メガヘルツのバンドパスフィルタ２２、２３に通すことで、太陽光などの外乱光の影響を除去している。
【００５７】
降灰検知部２６は、ＢＰＦ部２２およびＡ／Ｄ変換部２４を経て入力される第１検出信号１７と、ＢＰＦ部２３およびＡ／Ｄ変換部２５を経て入力される第２検出信号１９の変化状況から、測定領域５内を降下する火山灰の有無を検知する機能を果たす。
【００５８】
外部出力部２７は、単位時間当たりの降灰量を求める機能、および照射部１５が照射した光ビーム(散乱光を含む)の光路上に配置された透明部材１３ａ、１３ｂの汚れを検知する機能を果たす。汚れの検知対象となる透明部材には、凸レンズ１５ｂ、１６ａ、１８ａも含まれる。
【００５９】
外部設備制御部２８は、外部出力部２７で求めた降灰量を基準に、降灰に関する情報を配信したり、外部装置の動作を制御したりする機能を果たす。制御対象の外部装置は、たとえば、温室の窓を開閉する装置がある。降灰検知部２６、外部出力部２７、外部設備制御部２８は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を主要部とした回路で構成されており、気象状態を判定する判定部としての機能を果たす。
【００６０】
図２は、第１受光部１６のフォトダイオード１６ｂが検出する通過光の光量変化と第２受光部１８のフォトダイオード１８ｂが検出する散乱光の光量変化とを各種の気象条件について対比して例示したものである。上段のグラフはフォトダイオード１６ｂが検出する通過光の光量変化（第１検出信号１７の信号波形）を示し、下段のグラフはフォトダイオード１８ｂが検出する散乱光の光量変化（第２検出信号１９の信号波形）を示している。
【００６１】
気象条件が晴れまたは曇りのとき、通過光の光量１７ａは、ほぼ最大値で一定となり、散乱光の光量１９ａはほぼゼロになる。
【００６２】
火山灰が降下しているときは、通過光の光量１７ｂは波打つように変化する。すなわち、測定領域５を通過した光をスリット板１５ｃに通しているので、フォトダイオード１６ｂの受光状態においては、略鉛直方向に並ぶ複数の光ビームを火山灰が順に遮りながら降下するのと等価となり、通過光の光量１７ｂに波打つような変化が現われる。また、火山灰は光を散乱させ、かつフォトダイオード１８ｂ側にはスリット板１５ｃがないので、散乱光の光量１９ｂは、火山灰の粒子が測定領域５を通過する毎に１つのパルスとなるように変化する。
【００６３】
霧は細かい粒子が空気中に浮遊しているので、霧が発生した場合には、通過光の光量１７ｃは、晴れや曇りの場合に比べて減衰したレベルで一定になる。また、霧は細かい浮遊する粒子によって光を散乱させる性質を有するので、散乱光の光量１９ｃは、比較的高い出力レベルで一定になる。
【００６４】
雨は光透過率が高く、光ビームをほとんど透過させる。ただし、雨滴の上下端の近傍においては、雨滴の表面で全反射が生じ、該全反射の発生により、通過光の光量１７ｄや散乱光の光量１９ｄが僅かに変化する。図中の波形１７ｄ、１９ｄは、分かり易くするために該変化の度合いを誇張して描いてある。
【００６５】
雪は、光の透過率が雨に比べると低く、降雪時には、測定領域５の通過光の光量１７ｅは波打つように変化する。また、雪は光の散乱率も高いので、散乱光の光量１９ｅは、雪の粒が測定領域５を通過する毎に１つのパルスとなるように変化する。
【００６６】
ガラス汚れにおいては、透明部材１３ａ、１３ｂの汚れが進むにつれて徐々に通過光の光量１７ｆが低下する。一方、ガラス汚れにより測定領域５内で散乱が生じることはないので、散乱光の光量１９ｆは、晴れ、曇りと同様にほぼゼロの状態になる。
【００６７】
図３は、通過光の光量を示す第１検出信号１７および散乱光の光量を示す第２検出信号１９に基づいて降灰検知部２６および外部出力部２７が行なう判定処理の流れを示している。まず、通過光の光量基準値（図２のレベルＡ）を設定する（ステップＳ１０１）。通過光の光量基準値Ａは、晴天あるいは曇りでかつ透明部材１３ａ、１３ｂの汚れのない状態におけるフォトダイオード１６ｂの出力レベルが初期設定される。
【００６８】
初期設定の完了後、降灰検知部２６は第１検出信号１７に基づいて通過光の光量変化率（時間変化量）を監視し（ステップＳ１０２）、通過光の光量変化率が予め定めた第１の基準値以上のとき（ステップＳ１０２；Ｙ）、雨、雪、火山灰のいずれかの粒子が測定領域５を降下していると判定する。
【００６９】
すなわち、雨、雪、火山灰のいずれかの粒子が測定領域５を降下すると、図２に示すように、その粒子の動きに応じて通過光の光量変化率がある程度以上の大きさになる。晴れや曇り、霧、ガラス汚れの場合は粒子の降下現象ではないので通過光の光量変化率は極めて小さい。そこで、通過光の光量変化率が第１の基準値（図２参照）以上の場合に雨、雪、火山灰などの粒子の降下を検出する。
【００７０】
雨、火山灰、雪などの粒子の降下を検出した場合には（ステップＳ１０２；Ｙ）、第２検出信号１９が示す散乱光の光量変化量を調べる（ステップＳ１０３）。散乱光の光量変化量は、初期設定時（晴天あるいは曇りでかつ透明部材１３ａ、１３ｂの汚れのない状態）における第２検出信号１９の出力レベルを初期値とし、該初期値と現在の第２検出信号１９の出力レベルとの差分である。
【００７１】
散乱光の光量変化量が第２の基準値（図２のＢ）未満の場合は（ステップＳ１０３；Ｎ）、降下中の粒子が雨である旨の判定結果を出力して(ステップＳ１０４)、ステップＳ１０２へ戻る。すなわち、雨は光の透過率が火山灰や雪に比べて高いので、降雨時における通過光や散乱光の光量変化量は、火山灰や雪が降下している場合に比べて小さい。そこで、第２の基準値を、降雨時における散乱光の最大光量変化量よりわずかに大きい値に設定することで、散乱光の光量変化量が第２の基準値以下の場合に、降下中の粒子が火山灰や雪ではなく、雨滴であると特定する。
【００７２】
なお、火山灰の中には、光の透過率や粒径が小さく、通過光の光量変化量が小さいものもあり、通過光の光量変化量では雨との区別を充分にできない可能性がある。一方、散乱光の光量変化量は、どのような種類の火山灰でも（透過率や粒径にかかわらず）雨との区別が可能な程度に充分に現われる。そこで、本例では、雨と火山灰との差がより明確に現われる散乱光の光量変化量に基づいて雨を特定している。
【００７３】
散乱光の光量変化量が第２の基準値以上の場合は（ステップＳ１０３；Ｙ）、降下中の粒子の粒径と密度とを求め（ステップＳ１０５、Ｓ１０６）、該粒径と密度とから雪と火山灰とを判別する(ステップＳ１０７)。
【００７４】
図４は、雪と火山灰との粒子の性質を対比したものである。同図に示すように、雪の粒径は400〜5000μmの範囲にあり、火山灰の粒径は0.50〜600μmの範囲にある。雪の粒径と火山灰の粒径は400〜600μmの範囲に重複している。雪の密度は0.02〜0.10ｇ／cm３の範囲にあり、火山灰の密度は1.00〜1.50ｇ／cm３の範囲にある。
【００７５】
このような性質を利用し、ここでは、粒径が第１規定サイズ（たとえば、400μm）以上で密度が第１規定密度（たとえば、1.00g/cm3）以下の場合は（ステップＳ１０７；Ｙ）、降下中の粒子が雪であると判定し（ステップＳ１０８）、雪に関して単位時間降下量算出処理を行なった後（ステップＳ１１０）ステップＳ１０２に戻る。上記２つの条件（粒径と密度）を満足しない場合は（ステップＳ１０７；Ｎ）、降下中の粒子が火山灰であると判定し（ステップＳ１０９）、火山灰について単位時間降下量算出処理を行なった後（ステップＳ１１０）ステップＳ１０２に戻る。
【００７６】
一方、通過光の光量変化率が予め定めた第１の基準値未満のときは（ステップＳ１０２；Ｎ）、火山灰、雪、雨などの粒子の降下中でないと判断する。そして、散乱光の光量変化量を調べ（ステップＳ１１１）、散乱光の光量変化量が第２の基準値（図２のＢ）以上の場合は（ステップＳ１１１；Ｙ）、霧の発生である旨の判定結果を出力する（ステップＳ１１２）。すなわち、霧は細かい粒子が空気中に浮遊しているので、光の散乱率が高く、散乱光の光量変化量は大きくなる。なお、ステップＳ１１１で使用する第２の基準値は、ステップＳ１０３で使用する第２の基準値とは別の値を取り得る第４の基準値としてもよく、霧の発生と判定すべき散乱光の最小光量変化量より低い値に設定されればよい。
【００７７】
霧と判定した場合はさらに、霧濃度の判定処理を行なった後（ステップＳ１１３）ステップＳ１０２に戻る。霧の濃度は散乱率に基づいて判断する。散乱率は（散乱光の光量）÷（通過光の光量）で求まる。
【００７８】
散乱光の光量変化量が第２の基準値未満の場合は（ステップＳ１１１；Ｎ）、通過光の光量変化量を調べ(ステップＳ１１４)、通過光の光量変化量（通過光の光量基準値Ａとの差分）が第３の基準値（図２のＣ）以上の場合は（ステップＳ１１４；Ｙ）、晴れまたは曇りであるとの判定結果を出力して(ステップＳ１１５)ステップＳ１０２に戻る。
【００７９】
通過光の光量変化量が第３の基準値未満の場合は（ステップＳ１１４；Ｎ）、透明部材１３ａ、１３ｂが汚れているとの判定結果を出力し（ステップＳ１１６）、警告を行なう(ステップＳ１１７)。たとえば、所定の管理装置へ透明部材の汚れを通知したり、警告メッセージを音声で流したりする。警告を３回出力した場合は（ステップＳ１１８；Ｙ）、処理を終了し、３回未満の場合は（ステップＳ１１８；Ｎ）、ステップＳ１０２に戻って処理を継続する。なお、警告を出した回数に係わらず、処理を終了させ、透明部材１３ａ、１３ｂの清掃が行なわれた後のリセットにより本処理を最初から実行するように構成してもよい。
【００８０】
図５は、図３のステップＳ１０６における粒子の粒径算出処理を示している。まず、通過光の光量変化波形（第１検出信号１７の波形）を読み込む（ステップＳ２０１）。
【００８１】
読み取った光量変化波形の概形を検出し(ステップＳ２０２)、該光量変化波形とスリット板１５ｃに対応するスリット関数とから粒径を求める（ステップＳ２０３）。詳細には、スリット板１５ｃに形成したスリットの幅やピッチに対応するスリット関数のグラフを様々な粒径について導出しておき、これらのグラフとステップＳ２０２で求めた光量変化波形の概形とを対比して最も近似するグラフを見出し、該グラフに対応する粒径を、降下する粒子の粒径として求める。
【００８２】
図６は、スリット関数のグラフの一例を示している。また、図７はスリット関数の計算における粒子２ａの各部の寸法を示すパラメータを、図８はスリット関数の計算におけるスリット板１５ｃの形状および各部の寸法を示すパラメータを示している。この場合、スリットを通して射出された光を粒子の一部が遮る面積を求めるための積分式は以下のようになる。
【００８３】
【数１】
【００８４】
スリット面積Ｓｌは、Ｓｌ＝Ｎ×Ｂ×Ｌとなる。ここで Ｎ：スリット個数、Ｂ：スリット幅、Ｌ：スリット長さ、Ｒ：粒径（２ｒ）、ｒ：粒子（灰）の半径（球形に近似）、Ｌ＞Ｒ、Ｐ：スリットのピッチ間隔、Ｚ：最上段のスリットの上端を原点（Ｏ）とし、降下方向下向きを正とした場合における火山灰（粒子）の下端の座標、Ｚ’：各スリットの上端を原点（Ｏ）とし、降下方向下向きを正とした場合における火山灰（粒子）の下端の座標とする。粒子による減光面積をＳｄとすると、通過光の面積Ｓは、Ｓ＝Ｓｌ−Ｓｄ となる。なお、Ｓｄは、スリット１枚当たりの粒子による減光面積をＳｄ´とし、Ｎ枚のスリットの減光面積の合計として求める。以下、減光面積をＳｄ´を求める数式を場合分けして示す。
【００８５】
【数２】
【００８６】
図９は、図３のステップＳ１０５における粒子密度算出処理の流れを示している。まず、通過光の光量変化波形（第１検出信号１７の波形）を読み込み（ステップＳ２２１）、この光量変化波形から変化の周期を求め（ステップＳ２２２）、該周期とスリット板１５ｃにおけるスリットの間隔（スリット幅Ｂ＋ピッチＰ）とから粒子の降下速度を求める（ステップＳ２２３）。具体的には（スリット幅Ｂ＋ピッチＰ）÷（波形の周期）により降下速度を求める。
【００８７】
そして、この降下速度と先に求めた粒径とを、空気中を落下する粒子の運動方程式に適用することで粒子の密度を求める（ステップＳ２２４）。密度計算式は以下のようになる。
【００８８】
【数３】
【００８９】
ここで、Ｒ：粒径、ρｐ：密度（粒子）、υ：速度、ｇ：重力加速度、ρｆ：密度（空気）＝１.２０Ｋｇ／ｍ3、μ：粘性係数（空気）＝１.８０×１０−５Ｐａ・Ｓ、ＣＲ：抵抗係数、Ｒｅ：レイノルズ数 である。なお、Ｒｅは、灰の場合、２.６０×１０−７〜１.２９×１０２ 、雪の場合、１.８９〜１.１２×１０３ である。
【００９０】
図１０は、図３のステップＳ１１０における単位時間降下量算出処理を示している。単位時間降下量算出処理においては、火山灰や雪と判定した粒子の個数を計数することで、単位時間当たりの降灰量や降雪量を検出する。具体的には、通過光の光量変化波形（第１検出信号１７の波形）を読み込み（ステップＳ２４１）、単位時間当たりでの光量変化波形の概形から粒子数を検出する（ステップＳ２４２）。たとえば、散乱光に対応する第２検出信号１９のパルス数を計数する。該検出された粒子数に応じて単位時間当たりの粒子の降下量を算出する（ステップＳ２４３）。
【００９１】
次に、外部設備制御部２８が行なう制御の流れを説明する。
【００９２】
図１１は、外部設備制御部２８が行なう制御の流れを示している。外部設備制御部２８は外部出力部２７から単位時間降灰量（火山灰が検出されたときの単位時間降下量）の検出結果を受け取り（ステップＳ３０１）、該検出結果の示す降灰量が第１のしきい値以上か否かを判定し（ステップＳ３０２）、第１のしきい値以上の場合は(ステップＳ３０２；Ｙ)、温室換気窓を閉じる制御を行なう（ステップＳ３０３）。
【００９３】
さらに、降灰量が第１のしきい値よりも大きい第２のしきい値以上か否かを判断し(ステップＳ３０４)、第２のしきい値以上の場合は（ステップＳ３０４；Ｙ）、降灰量が多いことを示す降灰情報の配信処理を行なう（ステップＳ３０５）。その後はステップＳ３０１に戻り、降灰量の監視を継続する。一方、第２のしきい値未満の場合は（ステップＳ３０４；Ｎ）、降灰していることを示す降灰情報配信処理を行ない(ステップＳ３０６)、ステップＳ３０１に戻って降灰量の監視を継続する。たとえば、降灰情報配信は、降灰していることを外部装置に通信で通知したり、音声で流したりする。
【００９４】
降灰量が第１のしきい値未満の場合は(ステップＳ３０２；Ｎ)、温室換気窓を開く制御を行なった後（ステップＳ３０７）、ステップＳ３０１に戻って降灰量の監視を継続する。
【００９５】
なお、制御する外部装置は温室換気窓以外の装置であってもよい。また、単位時間降灰量を多数のレベルで分類し、各レベルに応じた降灰情報を配信したり、外部装置の制御内容を変化させたりしてもよい。
【００９６】
このように、本発明の火山灰検知装置１０では、検知器の表面に積もらせることなく、火山灰の降灰を検知することができるので、積もった火山灰を除去するための機構を設けることなく連続的な降灰検知が可能になる。また、スリット板１５ｃを配置することで、フォトダイオード１６ｂでの受光状態においては、降下方向に配列された複数の光ビームを火山灰が順に横切りながら降下する場合と等価な状態を形成し、これら複数の光ビームを火山灰が順に横切りながら降下する際に生じる通過光の光量変化や散乱光の光量変化に基づいて粒子の種類を判別するので、火山灰の降灰を降雨や降雪などと区別して的確に検知することができる。
【００９７】
さらに、測定光学系の光路上に存在するガラス板などの透明部材の汚れを検知して警告を発するので、気づかぬ間に透明部材が汚れて火山灰の検知精度が低下するような事態を回避することができる。
【００９８】
以上、本発明の実施の形態を図面によって説明してきたが、具体的な構成は実施の形態に示したものに限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。
【００９９】
図３のステップＳ１０３では、散乱光の光量変化量に基づいて、雨か雪・火山灰かを識別するようにしたが、通過光の光量変化量の大小に基づいて、雨か、雪または火山灰かを判別してもかまわない。たとえば、通過光の光量変化量に基づいて雨か雪または火山灰かを識別すれば、第２受光部１８を設けなくてもかまわない。
【０１００】
また、第１検出信号１７および第２検出信号１９の変化状況に基づく降灰の判定方法は、実施の形態で例示したものに限定されない。たとえば、実施の形態において雪と火山灰とを粒径と密度とによって判別する際の基準にした第１規定サイズや第１規定密度は例示した値に限定されず、適宜に設定すればよい。また、図４に示すように、火山灰と雪との密度には重複範囲がなく明確な差があるので、密度のみで火山灰と雪とを判別してもかまわない。この場合、火山灰の密度の下限値と、雪の密度の上限値との間にしきい値（たとえば、0.50g／cm３）を設定して雪と火山灰とを識別することができる。
【０１０１】
また、実施の形態では透明部材１３ｂと凸レンズ１６ａとの間にスリット板１５ｃを配置したが、凸レンズ１６ａとフォトダイオード１６ｂとの間でもかまわない。さらに、凸レンズ１５ｂと透明部材１３ａとの間にスリット板１５ｃを配置し、実際に測定領域５を複数の光ビームが横切るように構成してもよい。さらに、１つのレーザユニット１５ａから射出される光を凸レンズ１５ｂおよびスリット板１５ｃを使用して複数の光ビームを生成する代わりに、たとえば、光ビーム毎に異なる光源を設けてもよく、スリット関数が適用可能な受光状態が形成されればよい。また、光ビームの本数（スリットの本数）は２本以上あればよく、限定されない。
【０１０２】
また、照射部１５のレーザユニット１５ａからフォトダイオード１６ｂに至る光学系を縦方向（粒子の降下方向）に複数段配列してもよい。この際、各段におけるスリットの幅やピッチを相違させることで、様々な粒径の粒子に対してスリットでの波形飽和を防止することができ、スリット関数による粒径の導出をより正確に行なうことができる。
【０１０３】
さらに第１受光部１６では凸レンズ１６ａを用いて複数の光ビームを集光し、１つのフォトダイオード１６ｂでこれら複数の光ビームを受光するようにしたが、個々もしくはいくつかの光ビーム毎にフォトダイオードを設置し、これらの出力信号を電気的に合成してもかまわない。
【０１０４】
また、光源はレーザユニットに限定されず、たとえば、発光ダイオードでもかまわない。
【０１０５】
実施の形態では、火山灰の降下方向を鉛直とし、複数の光ビームを鉛直に配列させたが、現場の状況に合わせて、たとえば、斜め下方であってもかまわない。透明部材１３ａ、１３ｂへの火山灰の付着を少なくするには測定領域５を鉛直に延びる通路とすることが望ましい。
【０１０６】
なお、実施の形態では、火山灰検知装置を説明したが、該装置は、雪、雨、火山灰、霧を区別して検知ができるので、火山灰の検知専用の装置とすることなく、たとえば、降雪、降雨、降灰、霧の発生を区別して検知する気象状態判定装置としてもよい。さらに火山灰だけでなく、黄砂などの粒径が異なる場合においても、スリット幅、スリットピッチを適切に設定することで、任意の径のあらゆる粒子を検知することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０７】
【図１】本発明の実施の形態に係わる火山灰検知装置の構成を示す説明図である。
【図２】各種の気象条件について通過光の光量変化と散乱光の光量変化とを対比して例示した説明図である。
【図３】本発明の実施の形態に係わる火山灰検知装置が行なう判定処理を示す流れ図である。
【図４】雪と火山灰との粒子の性質を対比した比較表である。
【図５】粒径算出処理を示す流れ図である。
【図６】各種の粒径に対応するスリット関数のグラフを示す説明図である。
【図７】スリット関数の計算式に係わる粒子形状を示す説明図である。
【図８】スリット板のスリット形状を示す説明図である。
【図９】粒子密度算出処理を示す流れ図である。
【図１０】単位時間降下量算出処理を示す流れ図である。
【図１１】本発明の実施の形態に係わる火山灰検知装置の外部設備制御部が行なう制御処理を示す流れ図である。
【符号の説明】
【０１０８】
２、２ａ…火山灰
５…測定領域
１０…火山灰検知装置
１１ａ…第１光学ケース
１１ｂ…第２光学ケース
１１ｃ…フレーム
１３ａ、１３ｂ…透明部材
１５…照射部
１５ａ…レーザユニット
１５ｂ…凸レンズ
１５ｃ…スリット板
１６…第１受光部
１６ａ…凸レンズ
１６ｂ…フォトダイオード
１７…第１検出信号
１８…第２受光部
１８ａ…凸レンズ
１８ｂ…フォトダイオード
１９…第２検出信号
２１…発振部
２２、２３…ＢＰＦ部
２４、２５…Ａ／Ｄ変換部
２６…降灰検知部
２７…外部出力部
２８…外部設備制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
降下する火山灰が通過する所定の測定領域を横切るように複数の平行な光ビームを前記火山灰の降下方向に並べて照射する照射部と、
前記複数の平行な光ビームのうち前記測定領域を横切った通過光を受光するように配置され、前記通過光の光量に応じた第１検出信号を出力する第１受光部と、
前記光ビームが前記測定領域内で散乱されて生じた散乱光を受光するように配置され、前記散乱光の光量に応じた第２検出信号を出力する第２受光部と、
前記第１検出信号と前記第２検出信号の変化状況から、前記測定領域内を降下する火山灰の有無を検知する判定部と
を有する
ことを特徴とする火山灰検知装置。
【請求項２】
前記判定部は、前記第１検出信号が示す前記通過光の光量変化率が第１の基準値以上で、前記第２検出信号が示す前記散乱光の光量変化量が第２の基準値以上の場合に、前記測定領域内を火山灰の可能性のある粒子が降下していると判定する
ことを特徴とする請求項１に記載の火山灰検知装置。
【請求項３】
前記判定部は、前記第１検出信号およびまたは前記第２検出信号の波形から前記測定領域内を降下する粒子の粒径を求め、さらに前記粒子の密度を算出し、該粒径と密度とから前記粒子が火山灰であるか否かを判定する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の火山灰検知装置。
【請求項４】
前記判定部は、前記第１検出信号およびまたは前記第２検出信号の波形と前記複数の平行な光ビームに対応するスリット関数とから前記粒子の粒径を求める
ことを特徴とする請求項３に記載の火山灰検知装置。
【請求項５】
前記判定部は、前記第１検出信号が示す前記通過光の光量変化率が第１の基準値以下で、前記第１検出信号が示す前記通過光の光量変化量が第３の基準値より大きく、かつ前記第２検出信号が示す前記散乱光の光量が第４の基準値以下の場合に、前記光ビームの光路上に配置された透明部材が汚れていると判定する
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の火山灰検知装置。
【請求項６】
降下する火山灰が通過する所定の測定領域を横切るように複数の平行な光ビームを前記火山灰の降下方向に並べて照射する照射部と、
前記複数の平行な光ビームのうち前記測定領域を横切った通過光を受光するように配置され、前記通過光の光量に応じた第１検出信号を出力する受光部と、
前記受光部が出力する検出信号の変化状況から、前記測定領域内を降下する火山灰の有無を検知する判定部と
を有する
ことを特徴とする火山灰検知装置。
【請求項７】
前記判定部は、前記検出信号が示す前記通過光の光量変化率が第１の基準値以上の場合に、前記測定領域内を火山灰の可能性のある粒子が降下していると判定する
ことを特徴とする請求項６に記載の火山灰検知装置。
【請求項８】
前記判定部は、前記検出信号の波形から前記測定領域内を降下する粒子の粒径を求め、さらに前記粒子の密度を算出し、該粒径と密度とから前記粒子が火山灰であるか否かを判定する
ことを特徴とする請求項６または７に記載の火山灰検知装置。
【請求項９】
前記判定部は、前記検出信号の波形と前記複数の平行な光ビームに対応するスリット関数とから前記粒子の粒径を求める
ことを特徴とする請求項８に記載の火山灰検知装置。
【請求項１０】
前記判定部は、火山灰と判定した粒子の個数を計数することで、単位時間当たりの降灰量を検出する
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１つに記載の火山灰検知装置。
【請求項１１】
前記照射部は、複数のスリットが平行に並設されたスリット板に平行光を通すことで前記複数の平行な光ビームを生成する
ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１つに記載の火山灰検知装置。
【請求項１２】
前記照射部は、平行光からなる光ビームを前記測定領域に照射すると共に、前記測定領域を横切った通過光を前記スリットに通すように構成されており、
前記第１受光部において、前記測定領域を横切るように複数の平行な光ビームを前記火山灰の降下方向に並べて照射した場合に相当する受光状態が形成される
ことを特徴とする請求項１１に記載の火山灰検知装置。
【請求項１３】
降下する火山灰や雪、雨などが通過する所定の測定領域を横切るように複数の平行な光ビームを前記降下方向に並べて照射する照射部と、
前記複数の平行な光ビームのうち前記測定領域を横切った通過光を受光するように配置され、前記通過光の光量に応じた検出信号を出力する受光部と、
前記検出信号の変化状況から気象状態を判定する判定部と
を有する
ことを特徴とする気象状態判定装置。
【請求項１４】
前記判定部は、前記検出信号が示す前記通過光の光量、光量変化率、光量変化量の中の少なくとも１つに基づいて気象状態を判定する
ことを特徴とする請求項１３に記載の気象状態判定装置。
【請求項１５】
前記判定部は、前記検出信号の波形から前記測定領域内を降下する粒子の粒径を求め、さらに前記粒子の密度を算出し、該粒径と密度とから前記粒子の種類を判定する
ことを特徴とする請求項１３または１４に記載の気象状態判定装置。
【請求項１６】
前記光ビームが前記測定領域内で散乱されて生じた散乱光を受光するように配置され、前記散乱光の光量に応じた第２検出信号を出力する第２受光部をさらに有し、
前記判定部は、前記検出信号と前記第２検出信号の変化状況から気象状態を判定する
ことを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれか１つに記載の気象状態判定装置。
【請求項１】
降下する火山灰が通過する所定の測定領域を横切るように複数の平行な光ビームを前記火山灰の降下方向に並べて照射する照射部と、
前記複数の平行な光ビームのうち前記測定領域を横切った通過光を受光するように配置され、前記通過光の光量に応じた第１検出信号を出力する第１受光部と、
前記光ビームが前記測定領域内で散乱されて生じた散乱光を受光するように配置され、前記散乱光の光量に応じた第２検出信号を出力する第２受光部と、
前記第１検出信号と前記第２検出信号の変化状況から、前記測定領域内を降下する火山灰の有無を検知する判定部と
を有する
ことを特徴とする火山灰検知装置。
【請求項２】
前記判定部は、前記第１検出信号が示す前記通過光の光量変化率が第１の基準値以上で、前記第２検出信号が示す前記散乱光の光量変化量が第２の基準値以上の場合に、前記測定領域内を火山灰の可能性のある粒子が降下していると判定する
ことを特徴とする請求項１に記載の火山灰検知装置。
【請求項３】
前記判定部は、前記第１検出信号およびまたは前記第２検出信号の波形から前記測定領域内を降下する粒子の粒径を求め、さらに前記粒子の密度を算出し、該粒径と密度とから前記粒子が火山灰であるか否かを判定する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の火山灰検知装置。
【請求項４】
前記判定部は、前記第１検出信号およびまたは前記第２検出信号の波形と前記複数の平行な光ビームに対応するスリット関数とから前記粒子の粒径を求める
ことを特徴とする請求項３に記載の火山灰検知装置。
【請求項５】
前記判定部は、前記第１検出信号が示す前記通過光の光量変化率が第１の基準値以下で、前記第１検出信号が示す前記通過光の光量変化量が第３の基準値より大きく、かつ前記第２検出信号が示す前記散乱光の光量が第４の基準値以下の場合に、前記光ビームの光路上に配置された透明部材が汚れていると判定する
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の火山灰検知装置。
【請求項６】
降下する火山灰が通過する所定の測定領域を横切るように複数の平行な光ビームを前記火山灰の降下方向に並べて照射する照射部と、
前記複数の平行な光ビームのうち前記測定領域を横切った通過光を受光するように配置され、前記通過光の光量に応じた第１検出信号を出力する受光部と、
前記受光部が出力する検出信号の変化状況から、前記測定領域内を降下する火山灰の有無を検知する判定部と
を有する
ことを特徴とする火山灰検知装置。
【請求項７】
前記判定部は、前記検出信号が示す前記通過光の光量変化率が第１の基準値以上の場合に、前記測定領域内を火山灰の可能性のある粒子が降下していると判定する
ことを特徴とする請求項６に記載の火山灰検知装置。
【請求項８】
前記判定部は、前記検出信号の波形から前記測定領域内を降下する粒子の粒径を求め、さらに前記粒子の密度を算出し、該粒径と密度とから前記粒子が火山灰であるか否かを判定する
ことを特徴とする請求項６または７に記載の火山灰検知装置。
【請求項９】
前記判定部は、前記検出信号の波形と前記複数の平行な光ビームに対応するスリット関数とから前記粒子の粒径を求める
ことを特徴とする請求項８に記載の火山灰検知装置。
【請求項１０】
前記判定部は、火山灰と判定した粒子の個数を計数することで、単位時間当たりの降灰量を検出する
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１つに記載の火山灰検知装置。
【請求項１１】
前記照射部は、複数のスリットが平行に並設されたスリット板に平行光を通すことで前記複数の平行な光ビームを生成する
ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１つに記載の火山灰検知装置。
【請求項１２】
前記照射部は、平行光からなる光ビームを前記測定領域に照射すると共に、前記測定領域を横切った通過光を前記スリットに通すように構成されており、
前記第１受光部において、前記測定領域を横切るように複数の平行な光ビームを前記火山灰の降下方向に並べて照射した場合に相当する受光状態が形成される
ことを特徴とする請求項１１に記載の火山灰検知装置。
【請求項１３】
降下する火山灰や雪、雨などが通過する所定の測定領域を横切るように複数の平行な光ビームを前記降下方向に並べて照射する照射部と、
前記複数の平行な光ビームのうち前記測定領域を横切った通過光を受光するように配置され、前記通過光の光量に応じた検出信号を出力する受光部と、
前記検出信号の変化状況から気象状態を判定する判定部と
を有する
ことを特徴とする気象状態判定装置。
【請求項１４】
前記判定部は、前記検出信号が示す前記通過光の光量、光量変化率、光量変化量の中の少なくとも１つに基づいて気象状態を判定する
ことを特徴とする請求項１３に記載の気象状態判定装置。
【請求項１５】
前記判定部は、前記検出信号の波形から前記測定領域内を降下する粒子の粒径を求め、さらに前記粒子の密度を算出し、該粒径と密度とから前記粒子の種類を判定する
ことを特徴とする請求項１３または１４に記載の気象状態判定装置。
【請求項１６】
前記光ビームが前記測定領域内で散乱されて生じた散乱光を受光するように配置され、前記散乱光の光量に応じた第２検出信号を出力する第２受光部をさらに有し、
前記判定部は、前記検出信号と前記第２検出信号の変化状況から気象状態を判定する
ことを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれか１つに記載の気象状態判定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００７−３２７８８９（Ｐ２００７−３２７８８９Ａ）
【公開日】平成１９年１２月２０日（２００７．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１６０１８０（Ｐ２００６−１６０１８０）
【出願日】平成１８年６月８日（２００６．６．８）
【出願人】（３９００１００５４）小糸工業株式会社 (136)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月２０日（２００７．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月８日（２００６．６．８）
【出願人】（３９００１００５４）小糸工業株式会社 (136)
【Ｆターム（参考）】
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