JP2026008111A - 装置偏差算出方法、対象物測定方法、及び観測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】対象物（測定対象物）の真の消散係数及び後方散乱係数を算出することができる装置偏差算出方法、及び対象物測定方法を提供する。
【解決手段】装置偏差算出方法であって、ライダー信号を取得するステップ（Ｓ１２）と、対象物手前の大気の前記ライダー信号にフィットする、傾き－２α及び切片ｌｎ（Ｐ_０Ｃβ）の直線を算出するステップ（Ｓ１６）と、以下の式（１）に基づき、Ｋ_αを算出するステップ（Ｓ１８）と、以下の式（２）に基づき、Ｋ_βを算出するステップ（Ｓ１８）と、を備える。（１）前記傾き－２α＝－２×α_ｔ×Ｋ_α（但し、αは前記ライダー信号測定時の大気の消散係数、α_ｔは標準大気の消散係数、Ｋ_αは前記ライダー信号を測定した観測装置の消散係数の装置偏差を表す。）（２）前記切片ｌｎ（Ｐ_０Ｃβ）＝ｌｎ（β_ｔ×Ｋ_β）
【選択図】図２１

Description

本開示は、装置偏差算出方法、対象物測定方法、及び観測装置に関する。

特許文献１には、観測対象物に向けて発射したレーザ光に対する観測光に基づいてライダー観測を行う観測装置が記載されている。

国際公開第２００３／０７３１２７号

しかしながら、特許文献１においては、観測装置の装置偏差（いわゆる真値とのズレ）を補正して対象物（測定対象物）の真の消散係数及び後方散乱係数を算出する方法については一切記載がなく、その点改良の余地がある。

本開示は、このような課題を解決するためになされたものであり、対象物（測定対象物）の真の消散係数及び後方散乱係数を算出することができる装置偏差算出方法、及び対象物測定方法を提供することを目的とする。

本開示にかかる装置偏差算出方法は、ライダー信号を取得するステップと、対象物手前の大気の前記ライダー信号にフィットする、傾き－２α及び切片ｌｎ（Ｐ_０Ｃβ）の直線を算出するステップと、以下の式（１）に基づき、Ｋ_αを算出するステップと、以下の式（２）に基づき、Ｋ_βを算出するステップと、を備える。（１）前記傾き－２α＝－２×α_ｔ×Ｋ_α（但し、αは前記ライダー信号測定時の大気の消散係数、α_ｔは標準大気の消散係数、Ｋ_αは前記ライダー信号を測定した観測装置の消散係数の装置偏差を表す。）（２）前記切片ｌｎ（Ｐ_０Ｃβ）＝ｌｎ（β_ｔ×Ｋ_β）（但し、βは前記ライダー信号測定時の大気の後方散乱係数、β_ｔは標準大気の後方散乱係数、Ｋ_βは前記ライダー信号を測定した観測装置の後方散乱係数の装置偏差を表す。）
このような構成により、対象物（測定対象物）の真の消散係数及び後方散乱係数を算出するための、消散係数の装置偏差Ｋ_α及び後方散乱係数の装置偏差Ｋ_βを算出することができる。

本開示にかかる装置偏差算出方法は、ライダー信号を取得するステップと、対象物手前の大気の前記ライダー信号にフィットする、傾き－２α_１ｍ及び切片ｌｎ（Ｐ_０Ｃβ_１ｍ）の第１直線を算出するステップと、対象物の前記ライダー信号にフィットする、傾き－２α_２ｍ及び切片ｌｎ（Ｐ_０Ｃβ_２ｍ）の第２直線を算出するステップと、以下の式（３）に基づき、α_２を算出するステップと、以下の式（４）に基づき、β_２を算出するステップと、以下の式（５）に基づき、α_２ｔを算出するステップと、以下の式（６）に基づき、β_２ｔを算出するステップと、を備える。（３）α_２ｍ＝α_１ｍ＋α_２（但し、α_２ｍは対象物の消散係数、α_１ｍは対象物手前の大気の消散係数を表す。）（４）β_２ｍ＝β_１ｍ＋β_２（但し、β_２ｍは対象物の後方散乱係数、β_１ｍは対象物手前の大気の後方散乱係数を表す。）（５）α_２＝α_２ｔ×Ｋ_α（但し、α_２ｔは対象物の真の消散係数、Ｋ_αは請求項１で算出されたＫ_αを表す。）（６）β_２＝β_２ｔ×Ｋ_β（但し、β_２ｔは対象物の真の後方散乱係数、Ｋ_βは請求項１で算出されたＫ_βを表す。）
このような構成により、対象物（測定対象物）の真の消散係数及び後方散乱係数を算出することができる。

本開示により、対象物（測定対象物）の真の消散係数及び後方散乱係数を算出することができる装置偏差算出方法、対象物測定方法、及び観測装置を提供することができる。

観測装置１０の概略構成図である。 図１に示す観測装置１０の縦断面図（概略図）である。 送信光視野角θｓ＝１０ｍｒａｄ、受信光視野角θｒ＝３ｍｒａｄの場合の視野結合率Ｃｒｓの変化パターンを表すグラフである。 図３中の距離０～３０ｍの部分の拡大図である。 送信光視野角＝１０ｍｒａｄ、受信光視野角θｒ＝５ｍｒａｄの場合の視野結合率Ｃｒｓの変化パターンを表すグラフである。 図５中の距離０～３０ｍの部分の拡大図である。 観測データ（ライダーデータ）生成処理の概念図である。 観測装置１０Ａの概略構成図である。 深紫外ＬＥＤ２１の発光スペクトルを表すグラフである。 深紫外ＬＥＤ２１（発光面）から出射した光ＰＬ１、ＰＬ２（パルス光）が、送信部２０の光軸ＡＸｓに対して傾斜した方向にも送信される様子を表す図である。 駆動回路２４の一例である。 （ａ）（ｂ）パルス光の発信特性の一例である。 供給電圧（Ｖ）と周波数（ＭＨｚ）との関係を表すグラフである。 図８から抜き出した受信部３０の概略図である。 観測装置１０Ｂの概略構成図である。 第１受信ミラー３７の断面図である。 第２受信ミラー３８の断面図である。 各受信ミラーによる反射光の反射スペクトルを表す。 自動偏差校正（キャリブレーション）及び対象物測定を実施する環境例である。 対象物測定を実施する環境例である。 装置偏差Ｋ_α、Ｋ_βを算出する自動偏差校正（キャリブレーション）処理のフローチャートである。 （ａ）取得されたライダー信号の一例、（ｂ）補正後のライダー信号の一例である。 対象物測定処理のフローチャートである。

以下、本開示の実施形態の観測装置１０について添付図面を参照しながら説明する。各図において対応する構成要素には同一の符号が付され、重複する説明は省略される。

＜観測装置１０の概要＞
まず、本実施形態の観測装置１０の概要について説明する。

図１は、観測装置１０の概略構成図である。

本実施形態の観測装置１０は、近距離（例えば、１０～１５０ｍ）に存在する観測対象物Ｏｂ（例えば、エアロゾル、粉塵等の大気浮遊粒子）を遠隔から非接触で観測する装置（ＬｉＤＡＲ装置）である。

図１に示すように、観測装置１０は、送信部２０、受信部３０及び制御解析部４０を備えている。

図２は、図１に示す観測装置１０の縦断面図（概略図）である。

図２に示すように、送信部２０は、送信光視野Ｓｓを有し、当該送信光視野Ｓｓ内にソーラーブラインド帯域の紫外域に属する波長（例えば、２６５ｎｍ）のパルス光（以下、送信光とも記載する）を送信する。一方、受信部３０は、受信光視野Ｓｒを有し、送信光（パルス光）のうち観測対象物Ｏｂで反射され受信光視野Ｓｒ内に戻ってくる反射光（反射パルス光）を受信し、当該受信した反射光に応じたパルス電気信号（パルス波の電気信号）を出力する。パルス光は、自然放出光（インコヒーレンス光）であってよい。

送信部２０の光軸ＡＸｓ及び受信部３０の光軸ＡＸｒは、互いに離間しかつ互いに平行の状態で配置されている。送信部２０の光軸ＡＸｓと受信部３０の光軸ＡＸｒとの間の距離Ｌ１は、例えば、８５ｍｍである。

送信光視野Ｓｓは、送信部２０の光軸ＡＸｓを中心とし、かつ、送信部２０の光軸ＡＸｓに沿って当該送信部２０から離れるに従って直径が大きくなる円錐形状の領域である。送信光視野Ｓｓの最小直径（図２中、左端部の直径）は、例えば、６０ｍｍである。送信光視野Ｓｓを規定する送信光視野角θｓは、例えば、１０ｍｒａｄ（０．５７°）である。

一方、受信光視野Ｓｒは、受信部３０の光軸ＡＸｒを中心とし、かつ、受信部３０の光軸ＡＸｒに沿って当該受信部３０から離れるに従って直径が大きくなる円錐形状の領域である。受信光視野Ｓｒの最小直径（図２中、左端部の直径）は、例えば、１００ｍｍである。受信光視野Ｓｒを規定する受信光視野角θｒは、例えば、３ｍｒａｄ（０．１７°）又は５ｍｒａｄ（０．２９°）である。

以上のように、送信光視野角θｓは、受信光視野角θｒより大きく設定されている。

次に、送信光視野Ｓｓ及び受信光視野Ｓｒの重なり（重畳）について説明する。

以上のように、送信部２０の光軸ＡＸｓ及び受信部３０の光軸ＡＸｒが互いに離間しかつ互いに平行の状態で配置され、送信光視野Ｓｓ及び受信光視野Ｓｒがそれぞれ円錐形状の領域とされ、かつ、送信光視野角θｓが受信光視野角θｒより大きく設定されている。

その結果、送信光視野Ｓｓ及び受信光視野Ｓｒは、図２に示すように、互いに重なる重畳光視野Ｓｃを形成する（図２中ハッチング領域ＨＴ及び各断面図の重畳光視野Ｓｃ参照）。次に、この送信光視野Ｓｓ及び受信光視野Ｓｒの重なりである重畳光視野Ｓｃについて具体的に説明する。

送信光視野Ｓｓに対する重畳光視野Ｓｃの割合は、視野結合率Ｃｒｓで表すことができる。視野結合率Ｃｒｓは、次の式１により算出される。

視野結合率Ｃｒｓ＝重畳光視野Ｓｃ／送信光視野Ｓｓ ・・・（式１）
但し、重畳光視野Ｓｃは、各断面における送信光視野Ｓｓと受信光視野Ｓｒとの重なった領域の面積である（図２中各断面図参照）。送信光視野Ｓｓは、各断面における送信光視野Ｓｓの面積である。

視野結合率Ｃｒｓが大きいことは、観測対象物Ｏｂで反射され受信光視野Ｓｒ内に戻ってくる反射光（反射パルス光）が多いことを表す。

図２に示すように、鏡筒先端位置Ｐ０から第１距離ｒ１離れた第１位置Ｐ１において送信光視野Ｓｓの外縁は、受信光視野Ｓｒの外縁に外接する（図２中Ｂ－Ｂ断面図参照）。また、鏡筒先端位置Ｐ０から第２距離ｒ２離れた第２位置Ｐ２において送信光視野Ｓｓの外縁は、受信部３０の光軸ＡＸｒに接する（図２中Ｃ－Ｃ断面図参照）。また、鏡筒先端位置Ｐ０から第３距離ｒ３離れた第３位置Ｐ３において受信光視野Ｓｒの外縁は、送信光視野Ｓｓの外縁に内接する（図２中Ｄ－Ｄ断面図参照）。さらに、第３位置Ｐ３以遠の各位置においては、受信光視野Ｓｒの外縁は、送信光視野Ｓｓの外縁に接することなく、送信光視野Ｓｓの外縁に包含される（図２中Ｅ－Ｅ断面図参照）。

次に、視野結合率Ｃｒｓの変化パターンについて説明する。

まず、送信光視野角θｓ＝１０ｍｒａｄ、受信光視野角θｒ＝３ｍｒａｄの場合の視野結合率Ｃｒｓの変化パターンについて説明する。

図３は、送信光視野角θｓ＝１０ｍｒａｄ、受信光視野角θｒ＝３ｍｒａｄの場合の視野結合率Ｃｒｓの変化パターンを表すグラフである。図４は、図３中の距離０～３０ｍの部分の拡大図である。

図４に示すように、送信光視野角θｓ＝１０ｍｒａｄ、受信光視野角θｒ＝３ｍｒａｄの場合、第１位置Ｐ１は、送信部２０（鏡筒先端位置Ｐ０）から送信部２０の光軸ＡＸｓに沿って第１距離ｒ１（０．４４ｍ）離れた位置である。また、第２位置Ｐ２は、送信部２０（鏡筒先端位置Ｐ０）から送信部２０の光軸ＡＸｓに沿って第２距離ｒ２（５．５ｍ）離れた位置である。また、第３位置Ｐ３は、送信部２０（鏡筒先端位置Ｐ０）から送信部２０の光軸ＡＸｓに沿って第３距離ｒ３（１５ｍ）離れた位置である。また、第４位置Ｐ４は、視野結合率Ｃｒｓが最大となる位置で、送信部２０（鏡筒先端位置Ｐ０）から送信部２０の光軸ＡＸｓに沿って１１ｍ離れた位置である。

鏡筒先端位置Ｐ０～第１位置Ｐ１までの距離領域は、送信光視野Ｓｓの外周と受信光視野Ｓｒの外周が離間している距離領域である。よって、重畳光視野Ｓｃは形成されないので視野結合率Ｃｒｓはゼロである。次に、第１位置Ｐ１～第２位置Ｐ２までの距離領域は、送信光視野Ｓｓの外周が受信光視野Ｓｒの外周に接触するところから受信光視野Ｓｒの光軸ＡＸｒに至るまでの距離領域である。この間、重畳光視野Ｓｃの拡大に応じて視野結合率Ｃｒｓは急峻に増加する。次に、第２位置Ｐ２～第３位置Ｐ３までの距離領域は、送信光視野Ｓｓの外周が受信光視野Ｓｒの光軸ＡＸｒを越えて受信光視野Ｓｒの遠方側外周に至る距離領域である。この間、重畳光視野Ｓｃは拡大しつつも送信光視野Ｓｓも拡大するので、視野結合率Ｃｒｓは緩やかに増加して極大値を迎えた後に減少する。最後に、第３位置Ｐ３以遠の距離領域は、送信光視野Ｓｓが受信光視野Ｓｒを包含する距離領域である。この間、重畳光視野Ｓｃと受信光視野Ｓｒは等しいが、送信光視野Ｓｓの拡大率が大きいので、視野結合率Ｃｒｓは緩やかに減少する。

次に、送信光視野角＝１０ｍｒａｄ、受信光視野角θｒ＝５ｍｒａｄの場合の視野結合率Ｃｒｓの変化パターンについて説明する。

図５は、送信光視野角＝１０ｍｒａｄ、受信光視野角θｒ＝５ｍｒａｄの場合の視野結合率Ｃｒｓの変化パターンを表すグラフである。図６は、図５中の距離０～３０ｍの部分の拡大図である。

図６に示すように、送信光視野角θｓ＝１０ｍｒａｄ、受信光視野角θｒ＝５ｍｒａｄの場合、第１位置Ｐ１は、送信部２０（鏡筒先端位置Ｐ０）から送信部２０の光軸ＡＸｓに沿って第１距離ｒ１（０．３８ｍ）離れた位置である。また、第２位置Ｐ２は、送信部２０（鏡筒先端位置Ｐ０）から送信部２０の光軸ＡＸｓに沿って第２距離ｒ２（５．５ｍ）離れた位置である。また、第３位置Ｐ３は、送信部２０（鏡筒先端位置Ｐ０）から送信部２０の光軸ＡＸｓに沿って第３距離ｒ３（２１ｍ）離れた位置である。また、第４位置Ｐ４は、視野結合率Ｃｒｓが最大となる位置で、送信部２０（鏡筒先端位置Ｐ０）から送信部２０の光軸ＡＸｓに沿って１６ｍ離れた位置である。

鏡筒先端位置Ｐ０～第１位置Ｐ１、第１位置Ｐ１～第２位置Ｐ２、第２位置Ｐ２～第３位置Ｐ３、第３位置Ｐ３以遠の各距離領域における視野結合率Ｃｒｓの変化は受信光視野角θｒが３ｍｒａｄの場合と同様である。但し、受信光視野Ｓｒの受信光視野角θｒが５ｍｒａｄと大きいので、同一観測距離における視野結合率Ｃｒｓは大きくなる。

上記のように、観測は重畳光視野Ｓｃが形成される第１位置Ｐ１（外接重畳する距離）以遠の距離から可能になる。また、観測は重畳光視野Ｓｃが受信光視野Ｓｒの半分程度以上となる第２位置Ｐ２（中心線接重畳する距離）以遠の距離が好ましい。さらに、観測は重畳光視野Ｓｃの欠けと視野結合率Ｃｒｓを考慮すると、重畳光視野Ｓｃが受信光視野Ｓｒに一致する第３位置Ｐ３（内接重畳する距離）以遠の距離が好適である。なお、観測装置１０は送信部２０と受信部３０が分離しているので、第１位置Ｐ１以遠の距離領域において送信部２０による遮光の影響を受けない。また、観測装置１０は送信光視野Ｓｓの光軸ＡＸｓと受信光視野Ｓｒの光軸ＡＸｒを離間して平行に配置しているので、第３位置Ｐ３以遠の距離領域において重畳光視野Ｓｃが欠けることがない。

ここで、鏡筒先端位置Ｐ０から第２位置Ｐ２までの距離ｒ２は、受信光視野角θｒに関わらず、送信光視野角θｓのみに依存する。このとき、鏡筒先端位置Ｐ０から第１位置Ｐ１までの距離ｒ１を短縮するには受信光視野角θｒを大きくすることで可能となり、鏡筒先端位置Ｐ０から第３位置Ｐ３までの距離ｒ３を短縮するには受信光視野角θｒを小さくすることで可能となる。

以下、鏡筒先端位置Ｐ０と第１位置Ｐ１との間の区間を第１区間と記載する。また、第１位置Ｐ１と第２位置Ｐ２との間の区間を第２区間と記載する。また、第２位置Ｐ２と第３位置Ｐ３との間の区間を第３区間と記載する。この３つの区間における受信光に及ぼす幾何学な補正要素はライダー方程式の幾何学的効率因子Ｙ（Ｒ）に含まれる。

ライダー方程式は、一般的に次の式で表される。

但し、Ｒは距離、Ｐは受信光強度、Ｐｏは送信光出力、Ｙは幾何学的効率因子、Ｃは装置定数、βは後方散乱係数、αは消散係数（吸収＋拡散）である。また、Ｐ（Ｒ）、Ｙ（Ｒ）、β（Ｒ）、α（Ｒ）は距離Ｒにおける各強度、因子及び係数を表す。また、ｒは距離Ｒに至る経過距離である。なお、各係数は、観測対象物Ｏｂを構成する物質（空気に浮遊する粒子）に依存する。また、３つの区間の説明においては、観測対象物Ｏｂは、鏡筒先端位置Ｐ０から観測限界距離（後述する最大観測距離）までの奥行方向と、送信光視野Ｓｓ及び受信光視野Ｓｒの平面方向の空間全域に均一に分布しているものとする。つまり、３つの区間は観測対象物Ｏｂの内空間である。

第１区間では、送信光視野Ｓｓ及び受信光視野Ｓｒは互いに重ならない。そのため、第１区間では、観測対象物Ｏｂで反射され受信光視野Ｓｒ内に戻ってくる反射光（反射パルス光）はほとんど存在しない。つまり、第１区間は観測不感区間である。

第２区間では、視野結合率Ｃｒｓが増減するので、観測対象物Ｏｂで反射され受信光視野Ｓｒ内に戻ってくる反射光（反射パルス光）も増減する。詳細には、視野結合率Ｃｒｓの変化は、送信光視野Ｓｓの受信光視野Ｓｒへの重なり割合の増加と、送信光視野Ｓｓと受信光視野Ｓｒの拡大率（視野角θｓ、θｒ）に応じた重畳光視野Ｓｃの相対的な減少と、の相関によるものである。よって、第２区間の反射光（反射パルス光）は距離Ｒが大きくなるに従って増加して極大値を迎えた後に減少する。つまり、第２区間は観測遷移区間である。

第３区間では、送信光視野Ｓｓと受信光視野Ｓｒの拡大率（視野角θｓ、θｒ）に応じて視野結合率Ｃｒｓは減少するので、観測対象物Ｏｂで反射され受信光視野Ｓｒ内に戻ってくる反射光（反射パルス光）も減少する。つまり、第３区間は観測安定区間である。

以上のように送信光視野Ｓｓ及び受信光視野Ｓｒを互いに重ねることにより、観測対象物Ｏｂで反射され受信光視野Ｓｒ内に戻ってくる反射光（反射パルス光）を受信することができる。つまり、反射光（反射パルス光）が得られる第２区間及び第３区間の受信光強度Ｐ（Ｒ）は、視野結合率Ｃｒｓを基に数式１における幾何学的効率因子Ｙ（Ｒ）で補正される。よって、重畳光視野Ｓｃの変化に影響されることなく近距離測定ができる。これにより、近距離（第１位置Ｐ１以遠）に存在する観測対象物Ｏｂを観測することができる。すなわち、近距離（第１位置Ｐ１以遠）に存在する観測対象物Ｏｂの観測データ（ライダーデータ）を精度よく生成することができる。

特に、送信光視野角θｓが受信光視野角θｒより大きく設定されている（図２参照）。これにより、鏡筒先端位置Ｐ０～第１位置Ｐ１までの距離（第１区間）を短距離化でき、また第２位置Ｐ２～第３位置Ｐ３に至る距離（第２区間）も短距離化できる。そして第３位置Ｐ３以遠（第３区間）から最大観測距離（送信光のパルス光間隔で規定される距離）までの区間距離を長くできる。また、観測可能な第２区間と第３区間において、受信光視野角θｒが大きければ視野結合率Ｃｒｓを大きくできるので、受信光強度Ｐ（Ｒ）を強くできる。

対して、受信光視野角θｒが小さければ光軸直交平面の分解能が向上し、受信光視野角θｒが大きければ光軸直交平面の分解能は低下する。また、受信光視野角θｒが小さければ第３距離ｒ３（図２参照）が短くなり、受信光視野角θｒが大きければ第３距離ｒ３が長くなる。

以上から、近距離を高分解能で観測する場合、受信光視野角θｒは小さい方（例えば、３ｍｒａｄ）が好ましい。一方、遠方からの受信光強度Ｐ（Ｒ）を観測する場合、受信光視野角θｒは大きい方（例えば、５ｍｒａｄ）が好ましい。

また、観測対象物Ｏｂがエアロゾル、粉塵、霧、降雨、降雪などの非遮光体がスクリーン状（距離方向に薄い状態）の場合は、第２区間及び第３区間において、観測対象物Ｏｂの手前又は奥方向にある別の観測対象物も観測することができる。

第３位置Ｐ３以遠（第３区間）においては受信光視野Ｓｒが送信光視野Ｓｓに内包されるので、受信光視野Ｓｒ内に部分的に存在する複数の観測対象物Ｏｂを観測（測定）することができる。仮に、送信光が線状ビーム（例えばレーザ光）の場合、送信光が送信された位置の観測対象物Ｏｂ以外の観測対象物Ｏｂのライダーデータは得られない。

次に、観測データ（ライダーデータ）生成処理について説明する。

図７は、観測データ（ライダーデータ）生成処理の概念図である。

観測データ（ライダーデータ）生成処理は、制御解析部４０により実行される。制御解析部４０は、観測装置１０用の観測データを生成処理する後述の機器を筐体に収めた専用装置とすることもできるし、観測カメラ等の他の観測機器を含む複合装置とすることもできる。

図１に示すように、制御解析部４０は、観測データ生成部４１、係数解析処理部４２、特性評価処理部４３、観測データ記憶部４４を備えている。

観測データ生成部４１は、受信部３０が受信した反射光（観測対象物Ｏｂで反射され受信光視野Ｓｒ内に戻ってくる反射光（反射パルス光。具体的には、フォトン））に応じて出力するパルス電気信号を、フォトンカウント回路（フォトンカウンティングを実行する回路）により、受信周期ごとに分割し、それをＮ回積算して観測データ（ライダーデータ）を生成する。図７中、最下段のグラフが観測データ（ライダーデータ）の一例である。この生成された観測データ（ライダーデータ）は、観測データ記憶部４４に記憶（蓄積）される。

図７中、第１回受信電気信号～第Ｎ回受信電気信号は、受信周期ごとに分割されたパルス電気信号を表す。図７中、第１回受信電気信号の右側に記載したグラフに記載の各パルスｐｕｌｓｅは、第１回目のパルス光（送信光）を送信した場合の受信周期の間に受信部３０が受信した反射光（観測対象物Ｏｂで反射され受信光視野Ｓｒ内に戻ってくる反射光（反射パルス光。具体的には、フォトン））に応じて出力するパルス電気信号を表す。第Ｎ回受信電気信号の右側に記載したグラフに記載の各パルスｐｕｌｓｅについても同様である。

また、第１回受信電気信号の飛行時間（ｔ）は、各パルスｐｕｌｓｅに対応するフォトンの観測対象物Ｏｂまでの飛行時間（往復飛行時間）を表す。第Ｎ回受信電気信号のグラフでは、飛行時間（ｔ）を省略している。

なお、フォトンカウント回路に限らず、フォトンカウンティングを実行するものであれば何でもよく、例えば、デジタルオシロスコープとＰＣ（パーソナルコンピュータ等の情報処理装置）を組み合わせて用いてもよい。

係数解析処理部４２は、観測データ（ライダーデータ）の増減変化から観測対象物Ｏｂの空間分布（距離方向）の算出し、また観測データ（ライダーデータ）をライダー方程式で評価して観測対象物Ｏｂ特有の消散係数α及び後方散乱係数βを算出する処理を実行する。

例えば、観測対象物Ｏｂが鏡筒先端位置Ｐ０から最大観測距離（Ｒｍａｘ）までの空間に均一な大気ならば、受信光強度Ｐ（Ｒ）は、距離（Ｒ）及び幾何学的効率因子Ｙ（Ｒ）に応じて増加し極大値を迎えた後に減衰する変化を示す。また、観測対象物Ｏｂが空間的に均一ならば、消散係数α（Ｒ）及び後方散乱係数β（Ｒ）は、距離による変化がないのでα及びβとできる。よって、ライダー方程式はLn((P(R)R²)/Y(R))=-2αR + ln(P₀Cβ)となるので傾きの項-2αRから消散係数αが求まり、切片の項ln(P₀Cβ)から後方散乱係数βを求めることができる。

特性評価処理部４３は、例えば、定点の大気評価、煙や粉塵等の評価を実行する。

例えば、定点の大気評価は、毎年定期的に観測を行い、観測した大気が含むエアロゾル等の微粒子の後方散乱係数β、消散係数αで評価することができる。また、基準年度の観測値と比較することにより、大気状態の変遷を評価することができる。その際、開示されている標準大気との比較を行い空間に浮遊する微粒子の種類などを推定することもできる（ｅｘ．Laser Radar Society of Japan, 4(2020),久世,エアロゾルと大気分子の光散乱計測参照）。霧、雨、雪の評価についても定点の大気評価と同様に評価することができる。

煙や粉塵の評価、例えば、装置排気の清浄度、煙突からの排気煙、路上粉塵等の評価は、排気部以外の大気の特性と排気部の大気の特性とを比較することで評価できる。

観測データ記憶部４４は、観測データ生成部４１により生成された観測データ（ライダーデータ）を記憶する、例えば、ハードディスク装置、ＳＳＤ等の不揮発性の記憶部である。

制御解析部４０（観測データ生成部４１）は、受信部３０が受信した反射光（フォトン）の観測対象物Ｏｂまでの飛行時間を測定（算出）する機能（公知のｄＴｏＦ（direct Time of Flight）方式、フォトンカウンティング等）を有するため、各パルスｐｕｌｓｅに対応するフォトンの観測対象物Ｏｂまでの飛行時間（往復飛行時間）を測定（算出）することができる。

観測データ（ライダーデータ）は、第１回受信電気信号～第Ｎ回受信電気信号を積算（Ｎ回積算）することにより、生成される。図７の最下段に記載のグラフ中、縦軸は、受信光強度で、フォトンの個数に対応している。横軸は、距離である。この距離は、飛行時間（ｔ）を距離に変換したものである。

次に、観測装置１０による近距離観測性の向上と、小型化及び観測利便性について説明する。なお、ここで述べる近距離とは数メートル～数百メートル程度の距離である。

（近距離観測性）
観測装置１０は、送信部２０から送信する送信光（パルス光）の送信周波数を１メガヘルツ（ＭＨｚ）から１０ＭＨｚ程度にまで高周波数化できる。例えば、観測対象物Ｏｂが５０ｍ～１００ｍ程度の距離の間に局部的に存在する場合、最大観測距離（Ｒｍａｘ）を１５０ｍとするができる。最大観測距離とは送信光（パルス光）の送信周期で規定される距離である。例えば、送信光（パルス光）の送信周期が１マイクロ秒（μｓｅｃ）の場合、送信光の飛行距離は３００ｍである。すなわち、先に送信した送信光が、次に送信する送信光と干渉しない距離である１５０ｍが最大観測距離（Ｒｍａｘ）となる。この時の送信周波数は１ＭＨｚとなる。同様に、最大観測距離（Ｒｍａｘ）が１５ｍならば送信光（パルス光）の送信周期０．１μｓｅｃ、送信周波数は１０ＭＨｚとなる。

ライダーデータは受信部３０に入射する１単位周期の各パルスｐｕｌｓｅを複数回積算して生成する。よって、送信光（パルス光）の送信周波数を高周波数化することによって短時間でライダーデータを生成することが可能となる。特に、短距離の観測対象物Ｏｂの見かけ移動速度（単位時間当たりの移動角度）は大きいので空間分解能を向上するには短時間観測が肝要となる。例えば、観測対象物Ｏｂまでの距離が１００ｍ、ライダーデータの積算回数が１０００回のとき、送信周波数１ＭＨｚ（送信周期１μｓｅｃ）ならば１回の観測時間は１ミリ秒（ｍｓｅｃ）となる。このとき、観測対象物Ｏｂが風速３ｍ秒（そよ風程度の風速）で移動していれば観測開始から終了までの間に３ミリメートル（ｍｍ）移動する。つまり、移動角度は０．００１７°となる。よって、受信光視野角比（移動角度／受信光視野角θｒ）は受信光視野角θｒが３ｍｒａｄ（０．１７°）ならば０．０１（１％）、５ｍｒａｄ（０．２９°）ならば０．００６（０．６％）になる。また、観測対象物Ｏｂまでの距離が５０ｍのとき、移動角度は０．００３４°となる。よって、受信光視野角比は受信光視野角θｒが３ｍｒａｄならば０．０２（２％）、５ｍｒａｄならば０．０１２（１．２％）になる。このように、送信周波数を高周波数化することで、近距離の観測対象物Ｏｂが移動している場合においても、精度良く観測することが可能になる。

また、観測装置１０は、送信部２０から送信する送信光（パルス光）のパルス幅を１ナノセック（ｎｓｅｃ）程度にまで狭幅化している。例えば、パルス幅１０ｎｓｅｃならば距離分解能は１．５ｍで、パルス幅１ｎｓｅｃならば距離分解能は０．１５ｍとなる。このように、送信光を狭幅化することで、近距離測定において観測対象物Ｏｂを高精度に観測することが可能になる。

観測装置１０は、送信部２０から送信する送信光（パルス光）の波長を、大気吸収（酸素及び窒素による吸収）のない深紫外光帯域のソーラーブラインド波長としている。ここで、深紫外光帯域のソーラーブラインド波長とは、地球に到達する太陽光の内、地表面に到達するまでに著しく減衰する深紫外の波長帯のことである。詳細には、酸素及び窒素の吸収波長の長波長側の吸収端付近の波長より長波長側で、且つオゾン層の吸収波長の長波長側の吸収端より短波長側の波長のことである。具体的には２３０ナノメートル（ｎｍ）以上３００ｎｍ以下である。好適には２５０ｎｍ～２８０ｎｍである。このような波長帯とすることで、外光の影響を受けず且つ大気の吸収の影響も受けないので、低出力の光源で観測が可能になる。

また、送信光（パルス光）の波長を大気吸収のない深紫外光帯域のソーラーブラインド波長とすることで、観測対象物Ｏｂに含まれる微粒子の後方散乱係数β及び消散係数αが近紫外～赤外光より大きくなる。これにより、観測対象物Ｏｂの距離方向の厚みが薄くても、また含有粒子濃度が低濃度であっても観測が可能になる。具体的には、消散係数αは波長の１．２５乗に反比例して増加し、９００ｎｍから２６５ｎｍに短波長化することで約５倍になる。後方散乱係数βは、消散係数αに概ね比例するので、同様に約５倍となる。すなわち、近距離（観測対象物Ｏｂの通過距離が短い）においても感度の良い観測が可能となる。また、観測対象物Ｏｂ（例えば、エアロゾル、煙、粉塵、霧、雨、雪）の特徴を識別しやすくなる。

（小型化）
観測装置１０は、深紫外光（例えば、波長２６５ｎｍ）を放射する半導体発光素子である深紫外ＬＥＤ（Light Emission Diode）を用いている。深紫外ＬＥＤは□１ｍｍ^２程度の大きさである。また、深紫外ＬＥＤは高周波数及び狭パルス幅の光を発信する発信回路も小型化できる。また、小口径の小型レンズ（口径φ６０ｍｍ程度）で光束利用率の高いコリメート送信系を構成できる。よって、送信部２０を小型化できる。

観測装置１０は、受光素子としてフォトンカウンティング対応の紫外線用フォトマルチプライヤーチューブ（ＰＭＴ:Photomultiplier Tube）を用いている。そのためＰＭＴが小型である。また、送信部２０の送信光が大気吸収のない深紫外光帯域のソーラーブラインド波長であるため、受信部３０の主集光器を小型のレンズ又は反射鏡（口径φ１００ｍｍ程度）とすることができる。よって、受信部３０を小型化できる。

（観測利便性）
観測装置１０は、送信部２０の光源に大気吸収のないソーラーブラインド帯域の紫外帯域光を出射する半導体発光素子（例えば、波長２６５ｎｍのＬＥＤ）を用いることにより、昼夜を問わず観測を可能としている。例えば、日中の晴天下における観測、夜間の蛍光灯やハロゲンランプ等の照明下における観測が可能である。これにより、昼夜に渡る一定間隔の観測が可能となる。また、夜間おいても観測対象物Ｏｂへの照明投光ができるので、観測対象物Ｏｂへの照準が容易になる。

＜観測装置１０の構成例１＞
次に、観測装置１０の具体的な構成例１について説明する。以下、構成例１の観測装置１０を、観測装置１０Ａと記載する。

図８は、観測装置１０Ａの概略構成図である。

観測装置１０Ａは、屈折光学系の送信部２０及び受信部３０を備えた観測装置（ＬｉＤＡＲ装置）である。

図８に示すように、観測装置１０Ａは、送信部２０、受信部３０及び制御解析部４０（図８中省略）を備えている。そして、送信部２０の光軸ＡＸｓと受信部３０の光軸ＡＸｒは互いに離間して平行に配置されている。

＜送信部２０＞
送信部２０は、半導体発光素子２１、送信レンズ２２（本開示の送信光学系の一例）を備えている。図８中、符号２３が示すのは送信鏡筒で、符号２４が示すのは半導体発光素子２１の駆動回路である。

半導体発光素子２１は、応答速度が優れ（例えば、高周波数、短パルス光を出射することができ）、ソーラーブラインド帯域の紫外域に属する波長の光（パルス光）を出射する半導体発光素子で、例えば、深紫外ＬＥＤである。以下、深紫外ＬＥＤ２１とも記載する。

以下、半導体発光素子２１として、ピーク波長（中心波長）が２６５ｎｍ、半値角が約１２０°のランバーシアン配光（分布）の深紫外ＬＥＤを用いる例について説明する。以下、深紫外ＬＥＤ２１とも記載する。

深紫外ＬＥＤ２１の仕様は、次の表に記載のとおりである。

用いた大気吸収のない深紫外ＬＥＤのスペクトルは、ピーク波長（λｐ）２６５ｎｍ、半値幅（ＦＷＨＭ）１２ｎｍである。指向特性は、ランバーシアンで半値角１２０°である。光出力は、連続出力（ｃｗ）条件下において３Ｗの投入電力で５０ｍＷであり、パルス出力時は１ｍＷ～５００ｍＷである。応答性は、１ｎｓ以上である。

観測装置１０Ａの送信部２０に用いた深紫外ＬＥＤ２１は、ＣＡＮパッケージに封止されている。ＣＡＮパッケージは駆動回路２４に備えられたヒートシンクに実装されている。そして、ＣＡＮパッケージの光出射口以外の部分は深紫外ＬＥＤから出射した迷光を吸収する素材の仕切り板で覆われている。深紫外ＬＥＤはＣＡＮパッケージ以外に、高熱伝導率（例えば、３０～２００Ｗ/ｍ・Ｋ）及び迷光を吸収する酸化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化アルミニウム等のセラミック基板に実装されていてもよい。また、深紫外ＬＥＤを実装する部分にセラミックが嵌め込まれたセラミックインレイ型のガラエポ基板に実装されていてもよい。なお、セラミック基板、セラミックインレイ型のガラエポ基板の裏面側（深紫外ＬＥＤを実装した面と反対の面）にはヒートシンクを設けることが好ましい。

深紫外ＬＥＤ２１は、１．０４ｍｍ角の発光面を有する。深紫外ＬＥＤが出射する光（パルス光）は、インコヒーレント光又はインコヒーレンス光（ランダムな位相、広い半値幅、発散光）である。また、深紫外ＬＥＤ２１が出射する光（パルス光）は、等方性の光（偏光を有さない光）である。

送信レンズ２２は、例えば、送信部２０の光軸ＡＸｓに対して回転対称な集光レンズである。また、送信レンズ２２は深紫外ＬＥＤ２１の出射光を透光する石英ガラス製である。送信レンズ２２としては、深紫外光を透光するホウケイ酸ガラス製、ケイ酸塩ガラス製、非結晶質フッ素樹脂製等でもよい。

送信レンズ２２の仕様は、次の表に記載のとおりである。

送信レンズ２２の取込角θｉ（図１０参照）＝３０°、送信レンズ２２の直径φｓ（図１０参照）＝６０ｍｍの場合、焦点距離ｆ（図１０参照）は５２ｍｍとなる。これは、ｔａｎ(θｉ)＝(φｓ／２)／ｆの式から算出できる。一方、深紫外ＬＥＤ２１（発光面）のサイズＥｓ＝１．０４ｍｍ角の場合、送信光視野角θｓは、約１０ｍｒａｄとなる。これは、ｔａｎθｓ＝（Ｅｓ/２）/ｆの式から算出できる。

送信レンズ２２の光軸と深紫外ＬＥＤ２１（発光面）の光軸は、送信部２０の光軸ＡＸｓと一致（概ね一致）している。深紫外ＬＥＤ２１（発光面）の光軸は、その発光面の中心をとおり、かつ、発光面に対して直角の方向に延びている。

送信レンズ２２の焦点は、深紫外ＬＥＤ２１（発光面）の中央近傍に配置されている。そのため、深紫外ＬＥＤ２１が出射する光（パルス光）は、送信レンズ２２によりコリメートされる。これにより、近距離（例えば１５ｍ～１５０ｍ）での観測に適した送信光にすることができる。

送信光のビーム径（口径）は、観測対象物Ｏｂ（例えば、大気中の微粒子（エアロゾル））を安定して観測（測定）するため、観測対象物Ｏｂより十分に大きい。例えば、送信光のビーム径（口径）は、直径６０ｍｍである。

以上のように、送信レンズ２２として集光レンズ（コリメートレンズ）を用いることにより、深紫外ＬＥＤ２１から出射した光（パルス光）を送信レンズ２２のレンズ径（６０ｍｍ）と等しい直径のコリメート光に成形できる。

一方、深紫外ＬＥＤ２１（発光面）は、点光源でなく、一定の大きさを有する。そのため、深紫外ＬＥＤ２１（発光面）から出射した光（パルス光）は、送信部２０の光軸ＡＸｓに対して傾斜した方向にも送信される。

図１０は、深紫外ＬＥＤ２１（発光面）から出射した光ＰＬ１、ＰＬ２（パルス光）が、送信部２０の光軸ＡＸｓに対して傾斜した方向にも送信される様子を表す図である。

図１０に示すように、深紫外ＬＥＤ２１（発光面）のうち中心Ｐａから出射した光ＰＬ１は、送信レンズ２２で屈折（コリメート）されて送信部２０の光軸ＡＸｓ方向に送信される。一方、深紫外ＬＥＤ２１（発光面）のうち中心に対して下方にシフトした位置Ｐｂから出射した光ＰＬ２は、送信レンズ２２で屈折されて送信部２０の光軸ＡＸｓに対して上向きに所定角度傾斜した方向に送信される。同様に、図示しないが、深紫外ＬＥＤ２１（発光面）のうち中心に対して上方にシフトした位置から出射した光は、送信レンズ２２で屈折されて送信部２０の光軸ＡＸｓに対して下向きに所定角度傾斜した方向に送信される。深紫外ＬＥＤ２１（発光面）のうち他の位置から出射した光についても同様である。

その結果、送信光視野Ｓｓは、送信部２０の光軸ＡＸｓを中心とし、かつ、送信部２０の光軸ＡＸｓに沿って当該送信部２０（鏡筒先端位置Ｐ０）から離れるに従って直径が大きくなる円錐形状の領域となる（図２参照）。

送信光視野Ｓｓ（送信光視野角θｓ）は、焦点距離ｆを変更することにより、調整することできる。例えば、取込角θｉを一定とした場合、焦点距離ｆを短くすることにより、焦点距離ｆを短くする前と比べ、送信光視野角θｓを広角にすることができる。この場合、送信レンズ２２のレンズ径φｓは小さくなる。逆に、焦点距離ｆを長くすることにより、焦点距離ｆを長くする前と比べ、送信光視野角θｓを狭角にすることができる。この場合、送信レンズ２２のレンズ径φｓは大きくなる。このように、ランバーシアン指向特性の深紫外ＬＥＤ２１と送信レンズ２２を用いることで簡便に送信光視野角θｓを調整できる。つまり、簡便に送信光視野Ｓｓを受信光視野Ｓｒより大きくすることができる。

送信鏡筒２３はアルミニウム（Ａｌ）製であり、内筒面は深紫外ＬＥＤ２１の出射光（迷光）を反射防止（吸収）する黒色アルマイト被膜の反射防止処理が施されている。送信鏡筒２３としては、ステンレス、インバー等の耐腐食性金属材料、ポリカーボネイト系、アクリル系、ポリプロピレン系、ポリエチレン系、エポキシ系等の樹脂材料、アルミナ系、シリカ系等の低熱膨張性のセラミック材料とすることもできる。反射防止処理としては、艶消し黒色クロムメッキやニッケルメッキ処理等でもよい。また、黒色アルミナや炭素のセラミック被膜処理等でもよい。このように、送信鏡筒２３の内筒面に反射防止処理をすることで、深紫外ＬＥＤ２１から送信レンズ２２に直接入光する以外の余剰光（迷光）が内筒面で反射されて送信レンズ２２から出光することを防止できる。つまり、送信光を所定の送信光視野角θｓ（送信光視野Ｓｓ）で送信することが可能となり、ｄＴｏＦ方式の観測において、ライダーデータの距離誤差の発生を防止できる。つまり、精度の高い受信光強度Ｐ（Ｒ）の観測が可能になる。

送信鏡筒２３は、送信レンズ２２より前方側にフードを備えることもできる。フードの内筒面にも、上記と同様な反射防止処理が施されている。

＜駆動回路２４＞
次に、駆動回路２４について説明する。

図１１は駆動回路２４の一例、図１２（ａ）、図１２（ｂ）はパルス光の発信特性の一例である。図１３は、供給電圧（Ｖ）と周波数（ＭＨｚ）との関係を表すグラフである。図１１に示す駆動回路２４は、トランジスタのアバランシェ降伏を利用した駆動回路である。図１２（ａ）、図１２（ｂ）中の横軸は時間（ｎｓ）、縦軸は発光強度（A.U.）の相対値を表す。

駆動回路２４は、送信光として、周波数１ＭＨｚ～１０ＭＨｚ、パルス幅１ｎｓ～１０ｎｓのパルス光を実現するための駆動回路である。制御解析部４０は、周波数１ＭＨｚｍ、パルス幅９．６ｎｓの送信光（パルス光）を出射するように、この駆動回路２４を介して深紫外ＬＥＤ２１を制御する。

送信光のパルス幅は、駆動回路２４のコンデンサＣ１の容量を選択することで調整する。例えば、コンデンサＣ１の容量を小容量又は大容量とすることで、出射パルス幅（半値幅）を１．５８ｎｓ（図１２（ａ）参照）又は３．２ｎｓ（図１２（ｂ）参照）に調整することができる。

送信光の周波数（出射光周期）は、駆動回路の抵抗Ｒ１の値を固定し、Ｖｃｃとアース間の印加電圧を選択することで調整（制御）することができる。例えば、図１３に示すように、印加電圧を７２Ｖ～９２Ｖとすることにより、リチャージ時間の遅速を調整でき、出射光周期を１ＭＨｚ～２．１ＭＨｚに制御することができる。このときのパルス光の光強度は、トランジスタのアバランシェ降伏電圧が一定であるため、略一定とすることができる。また別の方法として、Ｖｃｃとアース間の電圧を一定とし、抵抗Ｒ１の値を選択することで送信光の周波数を選択することもできる。

距離分解能（空間分解能）は、送信光（パルス光）のパルス幅で決まる。例えば、パルス幅を１ｎｓとすると、距離分解能（空間分解能）は０．１５ｍ（光速ｃ（ｍ／ｓ）・パルス幅τ（ｓ）／２）となる。これにより、観測対象物Ｏｂ（例えば、空間中の粒子）の詳細な分布を観測することができる。また、パルス幅を１０ｎｓとすると、距離分解能（空間分解能）は１．５ｍとなる。これにより、観測対象物Ｏｂ（例えば、空間中の大まかな粒子）の分布を観測することができる。

観測距離（測定距離）は、送信光（パルス光）の周波数で決まる。例えば、周波数１ＭＨｚ（周期１μｓ＝１／１，０００，０００（／ｓ））の場合、観測最大距離は１５０ｍ（光速ｃ（ｍ／ｓ）・周期ｆ（ｓ）／２）となる。また、周波数１０ＭＨｚの場合、観測最大距離１５ｍとなる。つまり、先の送信光の戻り光（受信光）が、次の送信光の出射時間と重ならい範囲で観測距離（測定距離）を設定可能である。

このように、駆動回路２４のコンデンサＣ１と抵抗Ｒ１の選択、またＶｃｃとアース間の電圧を選択することで、送信光のパルス幅及び周波数を簡便に調整できる。具体的には、コンデンサＣ１として容量の異なるコンデンサＣ１ａ、Ｃ１ｂ、Ｃ１ｃ、・・・と、抵抗Ｒ１として抵抗値の異なる抵抗Ｒ１ａ、Ｒ１ｂ、Ｒ１ｃ、・・・とを用意して選択することで、広範囲に送信光のパルス幅又は周波数を調整できる。

＜受信部３０＞
図８、図１４に示すように、受信部３０は、第１受信レンズ３１（本開示の受信光学系の一例）、視野絞り３２、第２受信レンズ３３、受信フィルタ３４、受光素子３５を備えている。図８中、符号３６が示すのは受信鏡筒である。図１４は、図８から抜き出した受信部３０の概略図である。

第１受信レンズ３１は、例えば、受信部３０の光軸ＡＸｒに対して回転対称な集光レンズである。また、第１受信レンズ３１（及び第２受信レンズ３３）は送信レンズ２２と同様に石英ガラス製である。第１受信レンズ３１は、送信光（パルス光）のうち観測対象物Ｏｂで反射され受信光視野Ｓｒ内に戻ってくる反射光ＰＬ３、ＰＬ４（反射パルス光）を集光する。

観測対象物Ｏｂで反射され受信光視野Ｓｒ内に戻ってくる反射光ＰＬ３、ＰＬ４（反射パルス光）の取込光量を向上させるため、第１受信レンズ径φｒ（受信鏡筒３６の口径）は、送信レンズ２２の径φｓ（送信鏡筒２３の口径）より大きい。これにより、意図した領域に存在する観測対象物Ｏｂで反射され受信光視野Ｓｒ内に戻ってくる反射光ＰＬ３、ＰＬ４（反射パルス光）の受信が可能となっている。

第１受信レンズ３１の仕様は、次の表に記載のとおりである。

意図した領域（光軸に直交した面）の観測ができるように、受信光視野角θｒは、狭く（３ｍｒａｄ（０．１７３°）～５ｍｒａｄ（０．２８６°））設定されている。

第１受信レンズ３１のレンズ径φｒ＝１００ｍｍ、焦点距離ｆ＝２００ｍｍの場合、第１受信レンズ３１の収束角θｊ（図１４参照）は、約１４度となる。これは、ｔａｎ（θｊ）＝（φｒ／２）／ｆの式から算出できる。一方、受信光視野角θｒ（図１４参照）＝３ｍｒａｄ（０．１７３°）、焦点距離ｆ＝２００ｍｍの場合、視野像サイズＥｒは、約０．３ｍｍ角となる。これは、ｔａｎ（θｒ）＝（Ｅｒ／２）／ｆの式から算出できる。

受信鏡筒３６は、送信鏡筒２３と同様にアルミニウム製であり、内筒面に反射防止処理が施されている。これにより、所定の受信光視野角θｒ以外で受信レンズ３１に入射する光を吸収し、受光素子３５へ到達することを防止できる。

視野絞り３２は、受信光視野Ｓｒを制御（狭く又は広く）する遮光絞りである。

第１受信レンズ３１の焦点（焦点面）に視野絞り３２を設けることにより、観測範囲（受信光視野Ｓｒ）を規定できる。例えば、広い受信光視野Ｓｒを観測する場合、視野絞り３２を開き、逆に、狭い受信光視野Ｓｒに限定して観測する場合、視野絞り３２を絞る。これにより、受信光視野Ｓｒを調節することができる。

また、受信光視野角θｒを一定とした場合、第１受信レンズ３１の焦点距離ｆを短くすることにより、焦点面の視野像を小さくできる。逆に、第１受信レンズ３１の焦点距離ｆを長くすることにより、焦点面の視野像を大きくできる。

第２受信レンズ３３は、焦点面の視野像を受光素子３５の受光面のサイズに調節する。なお、第２受信レンズ３３は、不要の場合、省略してもよい。

受信フィルタ３４は、観測対象物Ｏｂで反射され受信光視野Ｓｒ内に戻ってくる反射光（反射パルス光）だけが透過するように構成されたバンドパスフィルターである。構成例１では２６６ｎｍ±５ｎｍ（深紫外ＬＥＤ２１の半値幅相当）のバンドパスフィルターを用いた。受信フィルタ３４を設けることにより、受信部３０（受光素子３５）が出力する、当該受信部３０が受信した反射光（反射パルス光）に応じた信号（パルス電気信号）のＳ／Ｎ比が向上する。

受光素子３５は、フォトンカウンティング用の紫外線用フォトマルチプライヤーチューブ（PMT : Photomultiplier Tube）である。構成例１の受光素子３５であるＰＭＴには、ＰＭＴの動作に必要な高電圧回路、お及びＰＭＴで光電変換したパルス電気信号を増幅するプリアンプ回路を備えている。なお、受光素子３５は、ＰＭＴ以外のフォトンカウンティング用の光電変換素子であってもよい。受光素子３５は、当該受光素子３５が受信した反射光（反射パルス光）に応じた信号（パルス電気信号）を出力する。

受信光視野Ｓｒは、受信部３０の光軸ＡＸｒを中心にした受信光視野角θｒで描かれる円に第１受信レンズ３１の口径φｒを加えた円になる。換言すると、受信光視野Ｓｒは、受信光視野角θｒの円の半径と第１受信レンズ３１の口径φｒの半径を合計した値を半径とする円となる。

送信部２０の光軸ＡＸｓ及び受信部３０の光軸ＡＸｒは、互いに離間しかつ互いに平行の状態で配置されている。送信部２０の光軸ＡＸｓと受信部３０の光軸ＡＸｒとの間の距離Ｌ１（図８参照）は、例えば、８５ｍｍである。距離Ｌ１は、送信部２０の送信レンズ２２口径と受信部３０の受信レンズ３１の口径との和の半分値である口径合算半値距離に近い方が送信光視野Ｓｓと受信光視野Ｓｒの重畳開始距離ｒ１が近距離化するので好ましい。概ね、距離Ｌ１は口径合算半値距離の１．０５倍から１．１倍程度が好ましい。

構成例１においても、送信光視野Ｓｓ及び受信光視野Ｓｒは、互いに重なっている（図２中ハッチング領域ＨＴ及び各断面図の重畳光視野Ｓｃ参照）。

これにより、構成例１においても、観測対象物Ｏｂで反射され受信光視野Ｓｒ内に戻ってくる反射光（反射パルス光）を受信できるので、近距離（第１位置Ｐ１以遠）に存在する観測対象物Ｏｂを観測することができる。すなわち、観測データ（ライダーデータ）を精度よく生成することができる。

＜観測装置１０の構成例２＞
次に、観測装置１０の具体的な構成例２について説明する。以下、構成例２の観測装置１０を、観測装置１０Ｂと記載する。

図１５は、観測装置１０Ｂの概略構成図である。

観測装置１０Ｂは、屈折系の送信部２０と反射系の受信部３０を備えた観測装置（ＬｉＤＡＲ装置）である。

図１５に示すように、観測装置１０Ｂは、送信部２０、受信部３０及び制御解析部４０（図１５中省略）を備えている。そして、送信部２０の光軸ＡＸｓと受信部の光軸ＡＸｒは離間して平行に配置されている。

＜送信部２０＞
送信部２０は、半導体発光素子２１、送信レンズ２２（本開示の送信光学系の一例）を備えている。

送信部２０は、構成例１の送信部２０と比べ、送信レンズ２２の仕様が異なっている。送信レンズ２２の仕様は、次の表に記載のとおりである。

すなわち、送信レンズ２２は、構成例１の送信レンズ２２と比べ、焦点距離が短く、送信光視野角θｓが広い。これにより、受信光口径を大きくしても、近距離で受信光視野Ｓｒに送信光視野Ｓｓを重なり包含することができる。１．０４ｍｍ角の深紫外ＬＥＤを使用しているため、送信光視野角θｓは、１．４８９°（２５．９９ｍｒａｄ≒２６ｍｒａｄ）である。それ以外、送信部２０は、構成例１の送信部２０と同様である。

＜受信部３０＞
図１５に示すように、受信部３０は、構成例１の受信部３０と比べ、第１受信レンズ３１の代わりに、第１受信ミラー３７及び第２受信ミラー３８（本開示の受信光学系の一例）を備えている点が相違する。それ以外、受信部３０は、構成例１の受信部３０と同様である。なお、図１５中、符号３９が示すのは受信主鏡筒で、符号４０が示すのは受信副鏡筒である。

第１受信ミラー３７は、非軸放物面ミラー（放物面鏡の周囲部）であり、受信主鏡筒３９の外側に焦点Ｆ_３７を有している。

第２受信ミラー３８は、第１受信ミラー３７と第１受信ミラー３７の焦点Ｆ_３７との間に配置されている。第２受信ミラー３８が本開示の折り返しミラーの一例である。

観測対象物Ｏｂで反射され受信光視野Ｓｒ内に戻ってくる反射光（反射パルス光）は、第１受信ミラー３７により焦点Ｆ３７に向けて集光するように反射され、さらに、第２受信ミラー３８により反射され、受光素子３５まで誘導される。このように、観測装置１０Ｂは送信部２０と受信部３０とを分離している。また、受信部３０の受信主鏡筒３９の開口部（受信光を取り込む開口）の外側に第２受信ミラー３８及び受光素子３５を設けた構造としている。これにより、第１位置Ｐ１以遠の観測距離領域において、受信光視野Ｓｒが遮光されることを防止している。

構成例２では、受信部３０の光軸ＡＸｒ（第１受信ミラー３７の中心線）と第２受信レンズ３３の光軸ＡＸ_３３（受光素子３５の中心線）が平行に配置されているため、第１受信ミラー３７の中心で反射された反射光（光線）と第２受信レンズ３３の光軸ＡＸ_３３とのなす角θｍの１／２だけ第２受信ミラー３８を傾斜させて配置している。

受信光視野角θｒは、構成例１と同様、３ｍｒａｄ又は５ｍｒａｄである。

図１６は、第１受信ミラー３７の断面図である。

第１受信ミラー３７は、アルミ被覆された非軸放物面を主面とする非軸放物面ミラー基材３７ａと、主面３７ｂのアルミ被覆面上に設けた近紫外～可視光帯域の光を吸収するアモルファスシリコン（α-Ｓｉ）第１反射防止膜３７ｃ（本開示の反射防止部材の一例）と、当該第１反射防止膜３７ｃ上に設けた波長２６５ｎｍ（２２．５°入射）の光を反射する第１誘電体多層膜３７ｄを備え、原形状の放物面ミラーの光軸に平行に入射する光を原形状の放物面ミラーの焦点Ｆ_３７に反射集光するミラーである。

なお、第１受信ミラー３７の各種膜と配置は、後述する第２受信ミラー３８と同じ構成としてよい。

非軸放物面ミラーとは、放物面ミラーの外周部をくり抜いたミラーであり、焦点（原形状のミラーの焦点）はミラーの外側にある。

第１反射防止膜３７ｃは、アモルファスシリコン（α-Ｓｉ）、チタニウムカーボンナイトライド（ＴｉＣＮ）、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）で形成されており、近紫外から可視光帯域の光を吸収する層である。構成例２においては、第１反射防止膜３７ｃは、第１誘電体多層膜３７ｄを透過した近紫外光から可視光帯域の光を吸収する機能を有する。

第１誘電体多層膜３７ｄは、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）と酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）の薄膜を多層に積層した膜で、深紫外２６５ｎｍ（入射角２２．５°）の光に対して高い反射率（９０％以上）を有し、近紫外～可視光帯域の光を透過する。

図１７は、第２受信ミラー３８の断面図である。

図１７に示すように、第２受信ミラー３８は、平板の基材３８ａ（折返しミラー基材）と、主面３８ｂに波長２６５ｎｍ（２２．５°入射）の光を反射する第２誘電体多層膜３８ｃと、副面３８ｄ（裏面）に近紫外～可視光帯域の光を吸収するグラファイト（カーボン）の第２反射防止膜３８ｅ（本開示の反射防止部材の一例）とを備え、主面３８ｂに入射する光を対称反射する。

第２反射防止膜３８ｅは、グラファイト、カーボン、ダイヤモンドライクカーボン等で形成されており、第２誘電体多層膜３８ｃを透過した光を吸収する。換言すると、観測目的光（送信光）以外のノイズ成分となる光を吸収する。

第２誘電体多層膜３８ｃは、上記第１誘電体多層膜３７ｄと同様の構成である。

次に、各受信ミラーの反射率について説明する。

図１８は、各受信ミラーによる反射光の反射スペクトルを表す。

第１受信ミラー３７（非軸放物面ミラー）及び第２受信ミラー３８（折り返しミラー）の反射面に対して２２．５°入射光の反射率を測定した。図１３は横軸が波長、縦軸が反射率（％）を表す。

図１８中、「ＯＡ_Ａｌ」は、アルミ層付き非軸放物面ミラー基材３７ａの主面３７ｂに第１反射防止膜３７ｃと第１誘電体多層膜３７ｄを設けた第１受信ミラー３７の反射スペクトルを表す。この第１受信ミラー３７の構成は、次の表に記載のとおりである。

図１８中、「Φ４０_Ｂｌａｃｋ」は、折り返しミラー基材３８ａの主面３８ｂに第２誘電体多層膜３８ｃを設け、副面３８ｄ（裏面）に第２反射防止膜３８ｅを設けた第２受信ミラー３８の反射スペクトルを表す。

この第２受信ミラー３８の構成は、次の表に記載のとおりである。

図１８中、「ＯＡｘφ４０」は、第１受信ミラー３７と第２受信ミラー３８の反射率の積（合計反射率スペクトル）を表す。

次に、反射防止膜の機能と作用・効果について説明する。

深紫外帯域の反射率、特に送信光波長の２６５ｎｍの反射率積は９０％以上と高い反射率となっている。

対して、３００ｎｍ～４００ｎｍの近紫外帯域の光の反射率積は１／１０以下、４００ｎｍ～７００ｎｍの可視光帯域の反射率は１／１００以下に減少している。

以上のように、第１受信ミラー３７及び第２受信ミラー３８に反射防止膜層を設けることで、受光素子３５へ入射前にノイズ光の除去が可能となる。これにより、特に、日中観測において太陽光の影響を抑えることができる。フォトンカウンティング用の受光素子３５は受信感度が高い。そこで、受光対象波長（波長２６５ｎｍ）以外の光が受光素子３５に到達する前に除去できる構造としている。これにより、ノイズを抑えることができ、精度の高い観測が可能となる。

次に、上記構成の観測装置１０を用いて自動偏差校正（キャリブレーション）及び対象物測定を実施する例について説明する。図１９は、自動偏差校正（キャリブレーション）及び対象物測定を実施する環境例である。以下、図１９に示すように、対象物Ｏｂ（ここでは煙突から排気される排気ガス）を測定する場合を例にして説明する。自動偏差校正（キャリブレーション）及び対象物測定は、この順に実施される。なお、自動偏差校正（キャリブレーション）及び対象物測定は、観測装置１０以外の一般的な観測装置を用いて実施してもよい。その際、一般的な観測装置は、レーザー光を送受する観測装置であってよい。

図２０は、対象物測定を実施する環境例である。

まず、図２０に示すように、対象物Ｏｂ手前の大気（測定時の大気）の消散係数をα_１ｍ、後方散乱係数をβ_１ｍとし、対象物Ｏｂの消散係数をα_２ｍ、後方散乱係数をβ_２ｍとする。

ここで、消散係数α_１ｍ及び後方散乱係数β_１ｍは、装置偏差（観測装置１０固有の値（実数））を含むため、次の式Ａ、式Ｂで表される。

α_１ｍ＝α_１ｔ×Ｋ_α ・・・（式Ａ）
β_１ｍ＝β_１ｔ×Ｋ_β ・・・（式Ｂ）
但し、α_１ｔは大気環境（測定時の大気環境）の真の消散係数、Ｋ_αは消散係数の装置偏差を表す。一方、β_１ｔは大気環境（測定時の大気環境）の真の後方散乱係数、Ｋ_βは後方散乱係数の装置偏差を表す。装置偏差Ｋ_α、Ｋ_βは、後述の自動偏差校正（キャリブレーション）処理により算出される。

一方、対象物の存在する領域の消散係数α_２ｍ及び後方散乱係数β_２ｍは、大気環境の影響を含むため、次の式Ｃ、式Ｄで表される。

α_２ｍ＝α_１ｍ＋α_２ ・・・（式Ｃ）
β_２ｍ＝β_１ｍ＋β_２ ・・・（式Ｄ）
但し、消散係数α_２及び後方散乱係数β_２も、装置偏差を含むため、次の式Ｅ、式Ｆで表される。

α_２＝α_２ｔ×Ｋ_α ・・・（式Ｅ）
β_２＝β_２ｔ×Ｋ_β ・・・（式Ｆ）
但し、α_２ｔは対象物Ｏｂの真の消散係数、Ｋ_αは消散係数の装置偏差を表す。一方、β_２ｔは対象物Ｏｂの真の後方散乱係数、Ｋ_βは後方散乱係数の装置偏差を表す。対象物Ｏｂの真の消散係数α_２ｔ及び対象物Ｏｂの真の後方散乱係数β_２ｔは、後述の対象物測定処理により算出される。

装置偏差Ｋ_α、Ｋ_βは、次のようにして算出できる。

＜自動偏差校正（キャリブレーション）＞
装置偏差Ｋ_α、Ｋ_βは、ライダー方程式、標準大気の消散係数、及び標準大気の後方散乱係数を用い、次のようにして算出できる。

すなわち、上記のとおり、ライダー方程式は、次の式Ｇで表される。

但し、Ｒは距離、Ｐは受信光強度、Ｐｏは送信光出力、Ｙは幾何学的効率因子、Ｃは装置定数、βは後方散乱係数、αは消散係数（吸収＋拡散）である。また、Ｐ（Ｒ）、Ｙ（Ｒ）、β（Ｒ）、α（Ｒ）は距離Ｒにおける各強度、因子及び係数を表す。また、ｒは距離Ｒに至る経過距離である。

ここで、大気中のエアロゾルが均一に分散すると仮定した場合、α（Ｒ）、β（Ｒ）はそれぞれ距離Ｒに依存しない一定値α、βとなるため、上記式Ｇは、次の式Ｈで表される。

次に、上記式Ｈの両辺に距離Ｒ^２を乗算して距離減衰補正を行い、結合効率Ｙ（Ｒ）で除算して対数を取ると以下の式Ｉが得られる。

この式Ｉは、縦軸がｌｎ（Ｐ（Ｒ）Ｒ２／Ｙ（Ｒ））、横軸がＲの座標（例えば、図２２（ｂ）参照）上の、傾き－２α、切片ｌｎ（Ｐ_０Ｃβ）の直線を表す。

ここで、消散係数α及び後方散乱係数βは、装置偏差を含むため、次の式Ｊ、式Ｋで表される。

α＝α_ｔ×Ｋ_α ・・・（式Ｊ）
Ｐ_０Ｃβ＝β_ｔ×Ｋ_β ・・・（式Ｋ）
但し、α_ｔは大気環境（測定時の大気環境）の真の消散係数、Ｋ_αは装置偏差を表す。一方、β_ｔは大気環境（測定時の大気環境）の真の後方散乱係数、Ｋ_βは装置偏差を表す。

以上を前提として、装置偏差Ｋ_α、Ｋ_βを算出する自動偏差校正（キャリブレーション）処理について説明する。

図２１は、装置偏差Ｋ_α、Ｋ_βを算出する自動偏差校正（キャリブレーション）処理のフローチャートである。図２１の処理は、例えば、オペレータが観測装置１０に対して所定操作を行う（例えば、キャリブレーション開始スイッチをオンする）ことにより開始する。図示しないが、オペレータが観測装置１０に対して所定操作を行うと、観測装置１０（プロセッサ）は、記憶部（例えば、ＲＯＭ）からメモリ（例えば、ＲＡＭ）に読み込まれた所定プログラムを実行することにより、図２１の各処理（ステップＳ１０～Ｓ１８）を実行する。

まず、気象状況を取得する（ステップＳ１０）。気象状況は、測定時の測定位置（観測装置１０が所在する位置）の気象状況（例えば、降雨の有無、霧の有無）を表すデータ（気象データ）である。気象状況は、観測装置１０外部から通信で取得してもよいし、観測装置１０に取り付けられた気象センサ（図示せず）から取得してもよい。

次に、測定位置の大気が標準大気に近いか否かを判定する（ステップＳ１１）。これは、例えば、ステップＳ１０で取得した気象状況と予め記憶された標準大気の気象状況（気象条件）とを比較することにより判定される。ステップＳ１１を設けることにより、降雨時や霧時等、自動偏差校正（キャリブレーション）に不適な気象状況で自動偏差校正（キャリブレーション）が実施されるのを防止することができる。

次に、ライダー信号を取得する（ステップＳ１２）。具体的には、観測装置１０を用いて観測データ（ライダーデータ）の生成処理（図７参照）を実施することにより、測定位置（観測装置１０が所在する位置）の大気環境（標準大気と略同じ大気環境）の大気エコーを測定する。図２２（ａ）は、取得されたライダー信号の一例である。

次に、ステップＳ１２で取得したライダー信号に基づき、対象物までの距離を算出する（ステップＳ１３）。ここでは、図２２（ｂ）に示すように、対象物までの距離として距離ＲＡが算出されたとする。

次に、ステップＳ１２で取得したライダー信号を補正（距離二乗補正及び結合効率補正）する（ステップＳ１４）。図２２（ｂ）は、補正後のライダー信号の一例である。

次に、ＳＮ比の高い距離手前のＳＮ比の低い範囲を検出する（ステップＳ１５）。ここでは、ＳＮ比の低い範囲として、距離ＲＡ手前の変動幅の小さい距離１０ｍ～３０ｍの範囲Ａ１（図２２（ｂ）参照）が検出されたとする。

次に、ステップＳ１５で検出された範囲（ここでは範囲Ａ１）内の補正後のライダー信号にフィットする直線Ｌを最小二乗法を用いて算出する（ステップＳ１６）。

次に、ステップＳ１６で算出した直線Ｌの傾きと切片を算出する（ステップＳ１７）。ここでは、直線Ｌの傾き－２α=-0.00168、切片ｌｎ（Ｐ_０Ｃβ）=11.62が算出されたとする。

次に、装置偏差Ｋ_α、Ｋ_βを算出する（ステップＳ１８）。

具体的には、装置偏差Ｋ_αは、次のようにして算出する。まず、上記式Ｊを用いると、直線Ｌの傾き－２α＝－２×α_ｔ×Ｋ_α=-0.00168 ・・・（式Ｌ）となる。ここで、標準大気と略同じ大気環境の大気エコーを測定したため、α_ｔ＝標準大気の消散係数α=1.70x10^-4m^-1 ・・・（式Ｍ）となる。なお、標準大気の消散係数α=1.70x10^-4m^-1は、Journal of the remote sensing society of Japan, Vol. 38, No.4(2018), pp317-324, 椎名他, “ローバー搭載用LEDライダーの開発とダストの挙動観測”から引用した。後述の標準大気の後方散乱係数β=3.40x10^-6 m^-1sr^-1も同様である。

上記式Ｌ及び式Ｍに基づけば、装置偏差Ｋ_α=4.94と算出できる。

一方、装置偏差Ｋ_βは、次のようにして算出する。まず、上記式Ｋを用いると、直線Ｌの切片ｌｎ（Ｐ_０Ｃβ）＝ｌｎ（β_ｔ×Ｋ_β）=11.62 ・・・（式Ｎ）となる。ここで、標準大気と略同じ大気環境の大気エコーを測定したため、β_ｔ＝標準大気の後方散乱係数β=3.40x10^-6 m^-1sr^-1 ・・・（式Ｏ）となる。

上記式Ｎ及び式Ｏに基づけば、装置偏差Ｋ_β=3.27×10¹⁰と算出できる。

以上のように、自動偏差校正（キャリブレーション）処理によれば、対象物Ｏｂ（測定対象物）の真の消散係数α_２ｔ及び後方散乱係数β_２ｔを算出するための、観測装置１０の偏差（校正値）である、消散係数の装置偏差Ｋ_α及び後方散乱係数の装置偏差Ｋ_βを算出することができる。その際、対象物Ｏｂ手前の大気のライダー信号（ここでは図２２（ｂ）に示す範囲Ａ１内の補正後のライダー信号）を用いて算出するため、装置偏差Ｋ_α、Ｋ_βを簡単に算出できる。この算出された装置偏差Ｋ_α、Ｋ_βは、観測装置１０の記憶部（図示せず）に記憶され、後述の対象物測定の際に用いられる。

＜対象物測定＞
次に、対象物Ｏｂの真の消散係数α_２ｔ及び真の後方散乱係数β_２ｔを算出する対象物測定処理について説明する。以下、前提として、上記自動偏差校正（キャリブレーション）処理により、装置偏差Ｋ_α=4.94及び装置偏差Ｋ_β=3.27×10¹⁰が予め算出され、観測装置１０の記憶部（図示せず）に記憶されているものとする。なお、上記自動偏差校正（キャリブレーション）処理は、対象物測定処理前に毎回実施してもよいし、対象物測定処理前に毎回実施しなくてもよい。例えば、上記自動偏差校正（キャリブレーション）処理は、対象物測定処理を複数回実施するごとに（又は所定期間経過するごとに）実施してもよい。

図２３は、対象物測定処理のフローチャートである。図２３の処理は、図２１の処理の終了後、自動的に実行される。図示しないが、図２１の処理の終了後、観測装置１０（プロセッサ）は、記憶部（例えば、ＲＯＭ）からメモリ（例えば、ＲＡＭ）に読み込まれた所定プログラムを実行することにより、図２３の各処理（ステップＳ２０～Ｓ３１）を実行する。なお、図２３の処理は、例えば、オペレータが観測装置１０に対して所定操作を行う（例えば、対象物測定開始スイッチをオンする）ことにより開始してもよい。

まず、測定に適した環境か否かを判定する（ステップＳ２０）。例えば、観測装置１０に設けられたカメラ（又は肉眼）で測定に適した環境（ここでは煙突）を認識できる場合、観測に適した環境と判定される。

次に、測定に適した環境と判定された場合（ステップＳ２０：ＹＥＳ）、ライダー信号を取得する（ステップＳ２１）。具体的には、観測装置１０を用いて観測データ（ライダーデータ）生成処理（図７参照）を実施することにより、測定時の測定位置（観測装置１０が所在する位置）の大気環境（標準大気と略同じ大気環境）の大気エコーを測定する。図２２（ａ）は、取得されたライダー信号の一例である。

次に、ステップＳ２１で取得したライダー信号に基づき、対象物Ｏｂ（ここでは、煙突から排気される排気ガス）までの距離ＲＡと対象物奥までの距離ＲＢを算出する（ステップＳ２２）。

次に、ステップＳ２１で取得したライダー信号を補正（距離二乗補正及び結合効率補正）する（ステップＳ２３）。この補正を行った信号強度は次の式Ｊ及び図２２（ｂ）に示すグラフで表される。図２２（ｂ）は、補正後のライダー信号の一例である。
この式Ｐ（図２２（ｂ）に示すグラフ）に基づけば、大気エコーが大きくなる５５ｍ（ＲＡ）から６８ｍ（ＲＢ）の範囲Ａ２に対象物Ｏｂ（ここでは、煙突から排気される排気ガス）があることが分かる。

次に、対象物Ｏｂの手前の大気のライダー信号にフィットする直線Ｌ１（図２２（ｂ）参照）を最小二乗法を用いて算出する（ステップＳ２４）。

次に、ステップＳ２４で算出した直線Ｌ１の傾きと切片を算出する（ステップＳ２５）。

次に、対象物Ｏｂ手前の大気の消散係数α_１ｍ及び後方散乱係数β_１ｍを算出する（ステップＳ２６）。具体的には、直線Ｌ１の傾きは－２α_１ｍで表せるため、この関係に基づき、α_１ｍを算出できる。一方、直線Ｌ１の切片はｌｎ（Ｐ_０Ｃβ_１ｍ）で表せるため、この関係に基づき、β_１ｍを算出できる。

次に、対象物Ｏｂのライダー信号にフィットする直線Ｌ２を最小二乗法を用いて算出する（ステップＳ２７）。

次に、ステップＳ２７で算出した直線Ｌ２の傾きと切片を算出する（ステップＳ２８）。

次に、対象物Ｏｂの消散係数α_２ｍ及び後方散乱係数β_２ｍを算出する（ステップＳ２９）。具体的には、直線Ｌ２の傾きは－２α_２ｍで表せるため、この関係に基づき、α_２ｍを算出できる。一方、直線Ｌ２の切片はｌｎ（Ｐ_０Ｃβ_２ｍ）で表せるため、この関係に基づき、β_２ｍを算出できる。

次に、α_２、β_２を算出する（ステップＳ３０）。α_２は、上記式Ｃに基づき算出できる。一方、β_２は、上記式Ｄに基づき算出できる。

次に、対象物Ｏｂの真の消散係数α_２ｔ及び真の後方散乱係数β_２ｔを算出する（ステップＳ３１）。α_２ｔは、上記式Ｅに基づき算出できる。一方、β_２ｔは、上記式Ｆに基づき算出できる。

以上のように、対象物測定処理によれば、対象物Ｏｂ（測定対象物）の真の消散係数α_２ｔ及び後方散乱係数β_２ｔを算出することができる。例えば、図２２（ｂ）に示すグラフの場合、対象物Ｏｂの真の消散係数α_２ｔ=1.41e-3、対象物Ｏｂの真の後方散乱係数β_２ｔ=2.81e-5と算出できる。すなわち、大気エコーが大きくなる５５ｍから６８ｍの範囲Ａ２に真の消散係数α_２ｔ=1.41e-3、真の後方散乱係数β_２ｔ=2.81e-5の対象物Ｏｂ（ここでは、煙突から排気される排気ガス）があることが分かる。

一般的な感知器においては測定可能な対象物の消散係数はα=0.05程度であるのに対して、本実施形態の観測装置１０においては測定可能な対象物の消散係数は1.41e-3である。これは、一般的な感知器と比べ観測装置１０の感度が非常に高いこと（濃度が非常に薄い煙を測定できること）を意味する。

また、本実施形態によれば、測定前に自動的に偏差（校正値）補正を行うことができ、素早く対象物の真の消散係数及び後方散乱係数を算出できる。

また、本実施形態によれば、これらの値と、規定濃度の煙、粉塵など真の消散係数α_ｔ、真の後方散乱係数β_ｔから、対象の濃度を求めることができる。

上記各実施形態で示した各数値は全て例示であり、これと異なる適宜の数値を用いることができるのは無論である。

上記各実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎない。すなわち、上記各実施形態の記載によって本開示は限定的に解釈されるものではない。本開示はその精神または主要な特徴から逸脱することなく他の様々な形で実施することができる。

１０、１０Ａ、１０Ｂ…観測装置
２０…送信部
２１…深紫外ＬＥＤ（半導体発光素子）
２２…送信レンズ
２３…送信鏡筒
２４…駆動回路
３０…受信部
３１…受信レンズ（第１受信レンズ）
３２…視野絞り
３３…第２受信レンズ
３４…受信フィルタ
３５…受光素子
３６…受信鏡筒
３７…第１受信ミラー
３７ａ…アルミ層付き非軸放物面ミラー基材
３７ｂ…主面
３７ｃ…第１反射防止膜
３７ｄ…第１誘電体多層膜
３８…第２受信ミラー
３８ａ…折り返しミラー基材
３８ｂ…主面
３８ｃ…第２誘電体多層膜
３８ｄ…副面
３８ｅ…第２反射防止膜
３９…受信主鏡筒
４０…制御解析部
４１…観測データ生成部
４２…係数解析処理部
４３…特性評価処理部
４４…観測データ記憶部
ＡＸ_３３、ＡＸｒ、ＡＸｓ…光軸
Ｃ１、Ｃ１ａ…コンデンサ
Ｃｒｓ…視野結合率
Ｆ_３７…焦点
Ｏｂ…観測対象物
Ｐ…受信光強度
Ｐ０…鏡筒先端位置
Ｐ１…第１位置
Ｐ２…第２位置
Ｐ３…第３位置
Ｐ４…第４位置
Ｒ１、Ｒ１ａ…抵抗
Ｓｃ…重畳光視野
Ｓｒ…受信光視野
Ｓｓ…送信光視野
ｒ１…第１距離
ｒ２…第２距離
ｒ３…第３距離
θｓ…送信光視野角
θｒ…受信光視野角

Claims (5)

1. ライダー信号を取得するステップと、
   対象物手前の大気の前記ライダー信号にフィットする、傾き－２α及び切片ｌｎ（Ｐ_０Ｃβ）の直線を算出するステップと、
   以下の式（１）に基づき、Ｋ_αを算出するステップと、
   以下の式（２）に基づき、Ｋ_βを算出するステップと、を備える装置偏差算出方法。
   （１）前記傾き－２α＝－２×α_ｔ×Ｋ_α（但し、αは前記ライダー信号測定時の大気の消散係数、α_ｔは標準大気の消散係数、Ｋ_αは前記ライダー信号を測定した観測装置の消散係数の装置偏差を表す。）
   （２）前記切片ｌｎ（Ｐ_０Ｃβ）＝ｌｎ（β_ｔ×Ｋ_β）（但し、βは前記ライダー信号測定時の大気の後方散乱係数、β_ｔは標準大気の後方散乱係数、Ｋ_βは前記ライダー信号を測定した観測装置の後方散乱係数の装置偏差を表す。）
2. ライダー信号を取得するステップと、
   対象物手前の大気の前記ライダー信号にフィットする、傾き－２α_１ｍ及び切片ｌｎ（Ｐ_０Ｃβ_１ｍ）の第１直線を算出するステップと、
   対象物の前記ライダー信号にフィットする、傾き－２α_２ｍ及び切片ｌｎ（Ｐ_０Ｃβ_２ｍ）の第２直線を算出するステップと、
   以下の式（３）に基づき、α_２を算出するステップと、
   以下の式（４）に基づき、β_２を算出するステップと、
   以下の式（５）に基づき、α_２ｔを算出するステップと、
   以下の式（６）に基づき、β_２ｔを算出するステップと、を備える対象物測定方法。
   （３）α_２ｍ＝α_１ｍ＋α_２（但し、α_２ｍは対象物の消散係数、α_１ｍは対象物手前の大気の消散係数を表す。）
   （４）β_２ｍ＝β_１ｍ＋β_２（但し、β_２ｍは対象物の後方散乱係数、β_１ｍは対象物手前の大気の後方散乱係数を表す。）
   （５）α_２＝α_２ｔ×Ｋ_α（但し、α_２ｔは対象物の真の消散係数、Ｋ_αは請求項１で算出されたＫ_αを表す。）
   （６）β_２＝β_２ｔ×Ｋ_β（但し、β_２ｔは対象物の真の後方散乱係数、Ｋ_βは請求項１で算出されたＫ_βを表す。）
3. ライダー信号を取得する取得手段と、
   対象物手前の大気の前記ライダー信号にフィットする、傾き－２α及び切片ｌｎ（Ｐ０Ｃβ）の直線を算出する第１算出手段と、
   以下の式（１）に基づき、Ｋαを算出する第２算出手段と、
   以下の式（２）に基づき、Ｋβを算出する第３算出手段と、を備える観測装置。
   （１）前記傾き－２α＝－２×αｔ×Ｋα（但し、αは前記ライダー信号測定時の大気の消散係数、αｔは標準大気の消散係数、Ｋαは前記ライダー信号を測定した観測装置の消散係数の装置偏差を表す。）
   （２）前記切片ｌｎ（Ｐ０Ｃβ）＝ｌｎ（βｔ×Ｋβ）（但し、βは前記ライダー信号測定時の大気の後方散乱係数、βｔは標準大気の後方散乱係数、Ｋβは前記ライダー信号を測定した観測装置の後方散乱係数の装置偏差を表す。）
4. ライダー信号を取得する取得手段と、
   対象物手前の大気の前記ライダー信号にフィットする、傾き－２α１ｍ及び切片ｌｎ（Ｐ０Ｃβ１ｍ）の第１直線を算出する第４算出手段と、
   対象物の前記ライダー信号にフィットする、傾き－２α２ｍ及び切片ｌｎ（Ｐ０Ｃβ２ｍ）の第２直線を算出する第５算出手段と、
   以下の式（３）に基づき、α２を算出する第６算出手段と、
   以下の式（４）に基づき、β２を算出する第７算出手段と、
   以下の式（５）に基づき、α２ｔを算出する第８算出手段と、
   以下の式（６）に基づき、β２ｔを算出する第９算出手段と、を備える観測装置。
   （３）α２ｍ＝α１ｍ＋α２（但し、α２ｍは対象物の消散係数、α１ｍは対象物手前の大気の消散係数を表す。）
   （４）β２ｍ＝β１ｍ＋β２（但し、β２ｍは対象物の後方散乱係数、β１ｍは対象物手前の大気の後方散乱係数を表す。）
   （５）α２＝α２ｔ×Ｋα（但し、α２ｔは対象物の真の消散係数、Ｋαは請求項１で算出されたＫαを表す。）
   （６）β２＝β２ｔ×Ｋβ（但し、β２ｔは対象物の真の後方散乱係数、Ｋβは請求項１で算出されたＫβを表す。）
5. 送信光視野を有し、前記送信光視野内にソーラーブラインド帯域の紫外域に属する波長のパルス光を送信する送信部と、
   受信光視野を有し、観測対象物で反射された前記パルス光の反射光のうち前記受信光視野内の反射光を受信する受信部と、
   観測データ生成部と、を備え、
   前記送信部は、
   前記パルス光を出射する半導体発光素子と、
   前記半導体発光素子が出射するパルス光が前記送信光視野内に送信されるように、前記半導体発光素子が出射する前記パルス光を制御する送信光学系と、を備え、
   前記受信部は、
   前記受信光視野内の反射光を集光する受信光学系と、
   前記集光された前記反射光を受信し、当該受信した反射光に応じた信号を出力する受光素子と、を備え、
   前記送信部の光軸と前記受信部の光軸は、互いに平行であり、
   前記送信光視野を規定する送信光視野角は、前記受信光視野を規定する受信光視野角より大きく、
   前記送信光視野及び前記受信光視野は、互いに少なくとも一部が重なっており、
   前記観測データ生成部は、前記受光素子が出力する信号に基づき、観測データであるライダーデータを生成する請求項３又は４に記載の観測装置。