JPH0543997B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は所望の空間位置における降雨、降雪
を検知し、降雨、降雪量を計測する気象用センサ
装置に関し、特に降雨であるか降雪であるかの判
定を行う降雨降雪測定装置に関するものである。

［従来の技術］ 降雨であるか降雪であるかの判定を行う従来の
装置としては、投光器を用いて所望の空間位置に
自然光を投光し、雨滴や雪片などの反射物体から
反射してくる反射光を受光器で受光し、反射光強
度により降雨であるか降雪であるかを判定する装
置がある。

即ち、降水量がほぼ同一の場合、雨滴からの反
射よりも雪片からの反射の方が反射光強度が強い
ので、この反射光強度の差を利用して雨か雪かの
判定を行つている。然しながらこの方法では、例
えば強い雨の場合の反射光強度と、弱い雪の場合
の反射光強度とが同一となり、雨か雪かの判定を
誤る場合がある。

このような場合、温度センサをを併設すること
で、低温のときは雪と判定する方法も考えられ
る。ただ０℃〜８℃の範囲においては、雨である
場合も雪である場合もあり、正確な判定を行うこ
とが困難である。

また反射光を用いる替わりに、透過光の減衰を
測定する方法もある。即ち、投光器から一定距離
に離した受光器に向けて自然光を投光し、その間
に雨滴や雪片が入ることによつて透過光の受ける
減衰を測定し、減衰の強さにより雨滴か雪片かを
判定する方法であるが、この方法の場合、光ビー
ムの方向に風が吹くと雪片がその方向に流れ、光
の減衰を低下させてしまう等、風向きや風速によ
つて誤つた判定がなされという問題がある。

さらに雨か雪かの判定は、テレビカメラで観察
することによつてもできるが、装置が高価にな
り、常に人間が監視しておく必要がある。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のような従来の装置では以上のように、光
学式センサを用いる装置においては、センサの設
置した近傍に降雨または降雪があるか否かの検出
はできるが、雨であるか雪であるかの判定が困難
であり、またテレビカメラを用いる場合には、装
置が高価なものとなり、常に人間が監視しておく
必要がある等の問題点があつた。

この発明は、従来の装置における上述の課題を
解決するためになされたもので、降雨であるか降
雪であるかを正確に判定することができる降雨降
雪測定装置を得ることを目的としている。

［課題を解決するための手段］ この発明にかかる降雨降雪測定装置は、投光す
る光ビームを偏光した光ビームとし、雨滴は偏光
面を散乱させないが、雪片は結晶であるため偏光
面を散乱させるという性質を利用し、反射光の偏
光面の散乱を測定することにより雨か雪かを判定
することとした。

［作用］ 反射光を偏光分離器によつて垂直偏光成分と水
平偏光成分とに分離すると、投射光が垂直偏光成
分である場合に、水平偏光成分がある程度以上検
出されるときは雪からの反射波と判定すことがで
きる。

［実施例］ 以下、この発明の実施例を図面を用いて説明す
る。第１図はこの発明の一実施例を示す構成図
で、図において１は投光器用電気回路、２は光
源、３は投光器用レンズ、４は偏光器、５は投光
された光ビーム、６は反射物体、７は反射光、８
は受光器用レンズ、９は偏光分離器、１０は垂直
受光素子、１１は水平受光素子、１２は垂直受信
機、１３は水平受信機、１４は信号処理部であ
り、８〜１３で受光器が構成されている。

偏光された光ビーム５が投射され、反射物体６
からの反射光７が受光器で受光され、偏光分離器
９で垂直偏光成分と水平偏光成分とに分離され、
垂直偏光成分は垂直受光素子１０で電気信号に変
換され、水平偏光成分は水平受光素子１１で電気
信号に変換される。

垂直受光素子１０と水平受光素子１１との出力
は、それぞれ垂直受信機１２と水平受信機１３と
で増幅され、信号処理部１４に入力される。信号
処理部１４では垂直受信機１２の出力と水平受信
機１３の出力とを処理することによつて、反射物
体の性質を判断する。

例えば水平受信機１３の出力が垂直受信機１２
の出力に比し充分に小さい時は、反射物体６にお
いて偏光面の散乱が生じてないことを意味し、従
つてその反射物体６は雪でないと判定する。

第２図〜第５図は、この発明における原理を説
明するための図であつて、これらの図において第
１図と同一符号は同一または相当部分を示し、１
５は雨滴、２４は氷粒、３３は雪片、１６，１９
はそれぞれ入射光｛光ビーム５であるが、ここで
は反射物体に対する入射光となる｝。１７，３０
はそれぞれ反射光、１８，２０，２１，２５，２
６，３１，３２はそれぞれ屈折光、２２，２７，
２８，３４はそれぞれ偏光波面を表す。

第２図に示すように、雨滴１５のＡ点に入射し
た偏光波面２２を有する入射光１６は、入射角に
対応した反射光１７となるが、この反射光１７の
偏光波面は入射光１６の偏光波面２２と同じであ
る。

Ａ点で雨滴１５内に屈折し、Ｂ点において屈折
して雨滴１５から出射する屈折光１８の偏光波面
も、雨滴１５が水であり、等方性物質であるた
め、入射光１６と同じ偏光波面２２を持つ。

入射光１９はＣ点、Ｄ点で屈折された屈折光２
０となり、またＤ点で反射されＥ点で屈折されて
出射する屈折光２１となるが、これらの屈折光２
０，２１の偏光波面も、上述のように水が等方性
物質であるため、入射光１９の偏光波面２２と同
様である。

以上のように、反射物体が雨滴１５である場合
には、入射光が垂直偏光成分である場合、反射屈
折光に水平偏光成分が含まれることはない。

次に第３図に示すように、偏光波面２７を有す
る光ビーム５が氷粒２４のＦ点に入射したとす
る。氷粒２４は六方晶系の結晶体であり、入射し
た光は複屈折をおこす。即ち、入射光と同一偏光
波面を保ちながら屈折する光に対する屈折率、即
ち常光線の屈折率は1.309であり、入射光と偏光
波面が異なる状態で屈折する光に対する屈折率、
即ち異常光線の屈折率は1.313｛但し、氷粒２４の
温度を０℃とした場合｝であるので、偏光波面２
７を持つ屈折光２５と、偏光波面２８を持つ屈折
光２６とは、進行方向が異なる。

従つて第４図に示すように、氷粒２４のＦ点で
反射される反射光３０は、入射光５と同一偏光波
面に保たれ、Ｆ点で常光線として屈折される屈折
光３２はＨ点で屈折されて氷粒２４から出射され
るが、この屈折光３２は入射光５と同一の偏光波
面を持つ。然しながらＦ点で異常光線として屈折
される屈折光３１はＧ点で屈折されて氷粒２４か
ら出射されるが、この屈折光３１の偏光波面は入
射光５の偏光波面とは異なるものになる。

また第５図に示すように、雪片３３は氷粒２４
が無数に結合して出来た氷粒２４の集合体であ
り、偏光波面２７を持つ入射光は、雪片３３の中
で多数回の反射屈折が繰り返され、第１図に示す
受光器用レンズ８に入る反射光７の偏光波面は、
第５図の３４に示すように、ほぼランダムなもの
となる。

このようなランダムな偏光波面３４の反射光７
は、垂直偏光成分と水平偏光成分とに分離するこ
とができ、従つて投射する光ビーム５を垂直偏光
成分としておけば、反射光７に水平偏光成分が含
まれていないときは雨、水平偏光成分がある程以
上含まれているときは雪と判定することができ
る。

また反射光７に含まれる水平偏光成分の強さに
従つて、みぞれ、湿り雪、乾き雪などの判定も行
うことができる。

［発明の効果］ この発明は以上説明したように、投光する光ビ
ームを偏光した光ビームとし、反射光の偏光面の
散乱を測定することとしたので、雨か雪かの判定
を正確に行うことができ、且つ、みぞれ、湿り
雪、乾き雪などの判定も行うことができるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す構成図、第
２図〜第５図はこの発明における原理を説明する
ための図。 １……投光器用電気回路、２……光源、３……
投光器用レンズ、４……偏光器、５……光ビーム
（入射光）、６……反射物体、７……反射光、８…
…受光器用レンズ、９……偏光分離器、１０……
垂直受光素子、１１……水平受光素子、１２…垂
直受信機、１３……水平受信機、１４……信号処
理部。なお、各図中同一符号は同一または相当部
分を示すものとする。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 所定の偏光波面に偏光された光ビームを空中
   に投光する投光器。 この投光器から投光された光ビームが当該光ビ
   ーム内に存在する雨滴、雪片等の反射物体で反射
   された反射光を受光する受光器、 この受光器に設けられ、受光器が受光する反射
   光を垂直偏光成分と、水平偏光成分とに分離する
   偏光分離器、 この偏光分離器により分離された垂直偏光成分
   の強さに依存する電気信号を出力する第１の受光
   素子、 上記偏光分離器により分離された水平偏光成分
   の強さに依存する電気信号を出力する第２の受光
   素子、 上記第１の受光素子と第２の受光素子とから出
   力される電気信号を入力し、両電気信号の差異に
   より上記反射物体の種類を判定する信号処理部、 を備えた降雨降雪測定装置。