(57)【要約】回折格子を用いずに、ＵＶＣ領域（波長２００〜２８０ｎｍ）のレーザ光を空中に照射して、発生する散乱光を精度よく観測可能な気象観測ライダー用受光系を提供する。ＵＶＣ領域の特定波長のレーザ光を空中に照射して、発生する散乱光を観測する気象観測ライダー用受光系であって、入射する光を所定の向きに反射させる反射部と、前記反射部から入射する光から特定の波長を分光する分光部と、を備え、前記分光部は、干渉フィルタを備える。
2020138133.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＵＶＣ領域の特定波長のレーザ光を空中に照射して、発生する散乱光を観測する気象観測ライダー用受光系であって、
入射する光から特定の波長を分光する分光部を備え、
前記分光部は、干渉フィルタを備え、
前記干渉フィルタは、中心波長を異にする窒素分子のラマン散乱光用と水蒸気分子のラマン散乱光用とが設けられ、
前記窒素分子のラマン散乱光用は、半値全幅が５ｎｍ以下であり、
水蒸気分子のラマン散乱光用は、半値全幅が１．２ｎｍ以下である
気象観測ライダー用受光系。
【請求項２】
前記干渉フィルタは、さらに酸素分子のラマン散乱光用が設けられ、
前記酸素分子のラマン散乱光用は、半値全幅が５ｎｍ以下である請求項１記載の気象観測ライダー用受光系。
【請求項３】
前記干渉フィルタは、複数枚で構成される請求項１又は２に記載の気象観測ライダー用受光系。
【請求項４】
前記複数枚の干渉フィルタのうち少なくとも１枚は、他のものとは中心波長を同じくして半値幅が異なる請求項３記載の気象観測ライダー用受光系。
【請求項５】
入射する光から特定の波長の光を反射させ、その他の波長の光を透過させるダイクロイックミラーを備え、
前記ダイクロイックミラーにより反射させた光を、前記分光部により分光する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の気象観測ライダー用受光系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気象観測ライダー用受光系に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、局地的な豪雨などの異常気象が続いており、気象予測の精度を向上させて異常気象の発生を早い段階で予測し、対策を取ることが望まれている。気象予測精度を向上させるには、地表での各種気象要素の観測、レーダによる上空の観測に加えて、大気境界層内の気温、水蒸気濃度、風向・風速の鉛直分布を観測し、このデータを気象予報モデルに投入して計算することが有効であることが知られている。【０００３】
上空の気温、水蒸気濃度、風向・風速の鉛直分布の計測をするものとして、気象観測ライダーが知られている。風向・風速を計測するライダーはドップラーライダーとして製品化され、風力発電所の建設にあたって風況調査を行うなどに使われている。水蒸気濃度分布を計測するライダーには２つの方式があり、一つは差分吸収方式（DIAL: Differential Absorption Lidar）であり、他方はラマン方式である。【０００４】
差分吸収方式は、２つの近接した波長のレーザ光を上空に飛ばす。一つ目の波長は水蒸気による吸収が小さい波長（λoff波長）で、二つ目は水蒸気による吸収の大きな波長（λon波長）である。このとき、上空のエアロゾルなどで弾性散乱された光を地上で観測し、２つの波長の光の高度毎の減衰率を比較して水蒸気濃度を計測する。この方法では２つの波長を非常に精密に制御することが必要で、１ｐｍ以下の波長安定度が必要である。【０００５】
ラマン方式は、レーザ光を上空に飛ばし、上空の水蒸気（Ｈ２Ｏ）分子、窒素（Ｎ２）分子、酸素（Ｏ２）分子によりラマン散乱された光を地上で検出し、この二つの散乱光の強度比からＨ２Ｏ濃度を測定し、水蒸気濃度分布を計測するものである。ラマン散乱光は強度が非常に弱く、これを精度よく検出することが重要である。【０００６】
ラマン方式の研究開発で使われるレーザは、一般的にＹＡＧレーザの高調波を使用し、波長３５５ｎｍを使うのが一般的である。３５５ｎｍの波長を使うときには、水蒸気（Ｈ２Ｏ）分子、窒素（Ｎ２）分子によるラマン散乱光波長はそれぞれ３８７ｎｍ、４０５ｎｍであり、この波長の光を検出するときには、日中は太陽光が混じりノイズになり、ラマン散乱光を精度よく検出することは非常に難しい。このため、この波長を使った水蒸気濃度計測は夜間に限られるのが通常である。気温計測用ラマンライダーも波長３５５ｎｍのレーザが一般的に使われるが、同様に太陽光がノイズになり、昼間は精度よく測定ができていない。【０００７】
日中の太陽光の影響をなくし、昼夜、精度よく計測する方法として、ＵＶＣ領域（Ultraviolet C、波長２００〜２８０ｎｍ）にあるＹＡＧレーザの４倍波である波長２６６ｎｍを使ったラマンライダーがある（下記非特許文献１参照）。この波長のレーザを使うとき大気中の酸素（Ｏ２）分子、窒素（Ｎ２）分子、水蒸気（Ｈ２Ｏ）分子によるラマン散乱光の波長はそれぞれ２７８ｎｍ、２８４ｎｍ、２９５ｎｍである。波長３００ｎｍ以下の太陽光は上空のオゾン層（高度１０〜５０ｋｍ）で吸収され、地表にはほとんど届かず、太陽光はノイズになりにくい。【０００８】
また、このような気象観測ライダーにおける光検出器には、ポリクロメータ方式の検出器が用いられている（例えば、特許文献１参照）。このようなポリクロメータ方式の検出器では、反射部を透過した光が入射し、反射部を透過した光は、反射ミラーにおいて反射して分光部に至る。分光部は、回折格子（グレーティング）により構成され、入射した光を波長毎に分光し（波長分解し）、反射ミラーを介して受光部上に導く。すなわち、分光部に入射した光は、波長によって受光部の異なる位置に到達するメカニズムである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１５−１０５８８５号公報
【非特許文献１】M. Froidevaux、他６名、「A new lidar for water vapor and temperature measurements in the Atmospheric Boundary Layer」、AsiaFlux Newsletter Issue ２８、１３−１７、２００９年３月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述のとおり、ＵＶＣ領域のレーザ光を用いたラマンライダーにおいて、分光部を、ポリクロメータを代表とする回折格子を用いた場合には、迷光により分光したい波長以外の光も混入しノイズとなり、非常に弱いラマン散乱光は、その影響を極端に受けることになる。【００１１】
そこで、本発明は、回折格子を用いずに、ＵＶＣ領域のレーザ光を空中に照射して、発生する散乱光を精度よく観測可能な気象観測ライダー用受光系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】
【００１２】
本発明の一態様に係る気象観測ライダー用受光系は、ＵＶＣ領域の特定波長のレーザ光を空中に照射して、発生する散乱光を観測する気象観測ライダー用受光系であって、入射する光から特定の波長を分光する分光部を備え、前記分光部は、干渉フィルタを備え、前記干渉フィルタは、中心波長を異にする窒素分子のラマン散乱光用と水蒸気分子のラマン散乱光用とが設けられ、前記窒素分子のラマン散乱光用は、半値全幅が５ｎｍ以下であり、水蒸気分子のラマン散乱光用は、半値全幅が１．２ｎｍ以下である。【００１３】
この態様によれば、気象観測ライダー用受光系において、分光部に干渉フィルタを用いることで、透過波長と阻止したい波長の分離が容易である。特に、ＵＶＣ領域では太陽光の影響をほとんど受けないため、狭い透過帯域の干渉フィルタは必要なく、製造難易度が低く透過率も高い透過帯域の広い干渉フィルタの使用が可能であり、迷光の影響を受けることがなく、気象観測ライダーの性能を向上させることが可能である。【００１４】
また、各干渉フィルタにおいては、最大透過率を大きくすることと半値全幅（ＦＷＨＭ）を小さくすることは相反関係にあり、最大透過率を大きくするためには半値全幅（ＦＷＨＭ）を広く取ることが必要であり、半値全幅（ＦＷＨＭ）を小さくすると透過率は小さくなるところ、上記特性の干渉フィルタでは、最大透過率は大きくし、受光する散乱光強度を強くしてノイズを小さくすることが可能である。【００１５】
また、本発明の他の一態様では、干渉フィルタは、複数枚で構成してもよい。この態様では、干渉フィルタを複数枚組み合わせた場合、透過率は低くなるが、半値全幅（ＦＷＨＭ）は狭くすることができるので、所定の透過率を満たす限りにおいて１枚のみの干渉フィルタでは見いだせない特性を得ることが可能になる。【００１６】
さらに、本発明の他の一態様では、前記複数枚の干渉フィルタのうち少なくとも１枚は、他のものとは中心波長を同じくして半値幅が異なってもよい。以上の態様では、例えば、透過率が高く半値全幅（ＦＷＨＭ）が広い特性の干渉フィルタと、透過率が低く半値全幅（ＦＷＨＭ）が狭い特性の干渉フィルタとを組み合わせた場合、透過率は組み合わせた干渉フィルタの割合を乗じた特性となり、一方で、半値全幅（ＦＷＨＭ）は狭い特性となるので、この場合も１枚のみの干渉フィルタでは見いだせない特性を得ることが可能になる。【００１７】
本発明の他の一態様では、入射する光から特定の波長の光を反射させ、その他の波長の光を透過させるダイクロイックミラーを備え、ダイクロイックミラーにより反射させた光を、分光部により分光してもよい。この態様では、干渉フィルタとダイクロイックミラーを組み合わせて用いることにより、ダイクロイックミラーで太陽光のノイズを低減させた光を干渉フィルタに入射させることができるので、干渉フィルタにおいてより精度の高いラマン散乱光の検出が可能になる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、回折格子を用いずに、ＵＶＣ領域（Ultraviolet C、波長２００〜２８０ｎｍ）のレーザ光を空中に照射して、発生する散乱光を精度よく観測可能な気象観測ライダー用受光系を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態における分光装置を用いた気象観測ライダーの全体構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態における気象観測ライダー用受光系の構成を示す図である。
【図３】図２に示す干渉フィルタの透過特性を模式的に示すグラフ図である。
【図４】本発明の実施形態における気象観測ライダー用受光系の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態（以下「本実施形態」という。）について説明する（なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。）。
【００２１】
（基本構成：気象観測ライダーの構成）
図１に、本実施形態における気象観測ライダー用受光系を用いる気象観測ライダーの基本構成を示す。図１に示すように本実施形態の気象観測ライダー１００は、大きく、送信系１と受信系２とを備える。本実施形態は、特に受信系２の詳細に関する。
【００２２】
図１に示すように、送信系１は、レーザ装置１０、ミラー１２、ビームエクスパンダ１４を主として備える。送信系１は、紫外線領域の波長を有するレーザ光を上空に射出するための光射出手段としての機能を備える。
【００２３】
レーザ装置１０は、２倍波結晶、４倍波結晶などの光学素子の組み合わせにより、所定の紫外線、例えば、波長２６６ｎｍのレーザ光ビームを射出する光射出手段である。当該レーザ光の波長は、測定したい大気中の成分、例えば水蒸気（Ｈ２Ｏ）分子、窒素（Ｎ２）分子、酸素（Ｏ２）分子に照射されるとラマン効果による振動ラマン散乱光を生じさせるような波長を選択する。ミラー１２は、出力されたレーザ光ビームの方向を上方に反射する光学素子である。ビームエキスパンダ１４は、コヒーレントな平行光として入射したレーザ光ビームの径を拡大して射出光Ｌｏとして出力する光学素子である。
【００２４】
送信系１は、レーザ光の光路の一部または全体を含む空間の塵埃度を一定以下に保つ精密空調機を備えていてもよい。精密空調機を備えることにより光学部品の損傷を抑制し、耐久性を向上させることができる。また送信系１は、光学部品及び周辺の空間の温度変化を一定以下に保つ温度調節機構を備えていてもよい。光学系の急激な温度変動を防止することによっても光学部品の損傷を抑制し、耐久性を向上させることができる。光学素子のレーザ損傷閾値（損傷が始まるレーザ光密度）は波長が短いほど小さく、光学素子の損傷は一般的には大きくなる。特に、ＵＶＣ領域の波長のレーザにおいて気象観測用ライダーの安定稼働が難しいが、上記構成を備えることにより、当該領域での安定稼働が実現する。
【００２５】
受信系２は、望遠鏡２０、絞り２１、分光部２２、及び信号処理部２３を備える。上記送信系１によって上空に射出された射出光Ｌｏは、大気中の成分、例えば水蒸気（Ｈ２Ｏ）分子、窒素（Ｎ２）分子、酸素（Ｏ２）分子に照射されることによって、ラマン効果による振動ラマン散乱光を生じ、その一部が気象観測ライダー１００に入射光Ｌｉとして入射する。当該受信系２は、当該入射光Ｌｉに含まれる振動ラマン散乱光を検出する散乱光検出手段としての機能を備える。
【００２６】
望遠鏡２０は、入射光Ｌｉを入射させて光束を収束させる。絞り２１は、収束した入射光Ｌｉを通過させて不要な光成分を除去する。なお、本実施形態では望遠鏡の口径が２０ｃｍものを用いているが、これに限られず、例えば、より口径の大きなものを用いることもでき、この場合、光の信号強度が増すので、後述する透過率はより低くても構わない。
【００２７】
分光部２２は、本発明に係り、入射光Ｌｉから振動ラマン散乱光を分光して検出し、検出信号を出力する。分光部２２は、干渉フィルタを使ってラマン散乱光を分離・抽出する構成を採用しており、ポリクロメータを代表とする回折格子を用いない構成としている。具体的構成については、図２以降を用いて詳述する。
【００２８】
信号処理部２３は、振動ラマン散乱光を検出することによって得られた検出信号を入力して解析し、複数波長の振動ラマン散乱光の強度に基づいて、上空の水蒸気濃度を求める。
【００２９】
（実施形態）
次に、本発明の実施形態１に係る気象観測ライダー用受光系２の構成について、図２を用いて説明する。図２は、気象観測ライダー用受光系２の構成を示す模式図である。
【００３０】
図２は、本実施形態の気象観測ライダー用受光系２の構成例である。この例では、ダイクロイックミラー２２１（２２１Ａ〜Ｃ）、干渉フィルタ２２２（２２２Ａ〜Ｄ）を用いてラマン散乱光を分離・抽出している。なお、この例において、干渉フィルタ２２２の２２２Ａから２２２Ｃは、波長を分離できる構成であれば、順序の入れ替えが可能である。
【００３１】
すなわち、ラマン信号受光光学部である望遠鏡２０、絞り２１から入射されたラマン信号λ（ラムダ）から、ダイクロイックミラー２２１（２２１Ａ〜Ｃ）により特定波長（λ１〜λ４）を反射させ、干渉フィルタ２２２（２２２Ａ〜Ｄ）により検出する。
【００３２】
ダイクロイックミラー２２１Ａ及び干渉フィルタ２２２Ａは、中心波長２９５ｎｍの水蒸気（Ｈ２Ｏ）分子のラマン散乱光（λ１）を抽出し、ダイクロイックミラー２２１Ｂ及び干渉フィルタ２２２Ｂは、中心波長２８４ｎｍの窒素（Ｎ２）分子のラマン散乱光（λ２）を抽出し、ダイクロイックミラー２２１Ｃ及び干渉フィルタ２２２Ｃは、中心波長２７８ｎｍの酸素（Ｏ２）分子のラマン散乱光（λ３）を抽出する。
【００３３】
より具体的には、ダイクロイックミラー２２１Ａは２９５ｎｍ以上の光を反射させ、２９５ｎｍ未満の光を透過させるので、干渉フィルタ２２２Ａには２９５ｎｍ以上の光が入射される。また、ダイクロイックミラー２２１Ｂは波長２８４ｎｍ以上の光を反射し、２８４ｎｍ未満の光を透過させるので、干渉フィルタ２２２Ｂには２８４ｎｍ以上の光が入射される。ダイクロイックミラー２２１Ｃは２７８ｍ以上の光を反射させ、２７８ｎｍ未満の光を透過させるので、干渉フィルタ２２２Ｃには２７８ｎｍ以上の光が入射される。
【００３４】
このように、干渉フィルタ２２２とダイクロイックミラー２２１を組み合わせて用いることにより、ダイクロイックミラー２２１で太陽光のノイズを低減させた光を干渉フィルタ２２１に入射させることができるので、干渉フィルタ２２２においてより精度の高いラマン散乱光の検出が可能になる。
【００３５】
なお、干渉フィルタ２２２において２２２Ａ〜Ｃの３つにより、水蒸気（Ｈ２Ｏ）分子のラマン散乱光（λ１）、窒素（Ｎ２）分子のラマン散乱光（λ２）及び酸素（Ｏ２）分子のラマン散乱光（λ３）の３つで構成しているが、これは最適な実施例を示すもので、基本的には水蒸気濃度は水蒸気（Ｈ２Ｏ）分子のラマン散乱光強度と窒素（Ｎ２）分子のラマン散乱光強度の比から求まるため、水蒸気濃度を求めるに当たってはダイクロイックミラー２２１Ａ〜２２１Ｂ及び干渉フィルタ２２２Ａ〜Ｂの２つの組み合わせにより実施可能である。ＵＶ領域のレーザ光を用いた場合には、窒素（Ｎ２）分子のラマン散乱光は地表に届くまでに一部がオゾンで吸収される。この影響を補正する目的で、酸素（Ｏ２）分子のラマン散乱光強度を計測するべくダイクロイックミラー２２１Ｃ及び干渉フィルタ２２２Ｃを設けている。オゾン量の少ない場所で計測する場合にはダイクロイックミラー２２１Ａ〜２２１Ｂ及び干渉フィルタ２２２Ａ〜Ｂの２つの組み合わせにより分光し得る。
【００３６】
また、干渉フィルタ２２２Ｄは、エアロゾルなどで弾性散乱された光（ミー散乱光）を受光するチャンネルとして設けている。散乱光の波長はレーザ光と同じであり、例えば２６６ｎｍを使った場合には干渉フィルタの中心波長は２６６ｎｍとなる。ミー散乱光を測定するのは水蒸気濃度の測定そのものに関わるものではなく、レーザ光が問題なく上空に飛んでいることを確認するためのものある。また、水蒸気濃度に加えて上空のエアロゾル濃度の目安になるもの、エアロゾルによるレーザ光の消散係数を測ることができる。
【００３７】
ここで、図３に干渉フィルタ２２２の透過特性を示す。図３に示すとおり、干渉フィルタ２２２の透過率Ｔ(λ)とし、透過率Ｔの半分（Ｔ／２）の位置における波長の幅を半値幅といい、このときの幅を半値全幅（ＦＷＨＭ（full width at half maximum））とする。そして、各干渉フィルタ２２２の波長ラムダでの透過率Ｔ(λ)は式１によって表せられる。
【数１】
2020138133.tif 000003
【００３８】
式１において、Ｔｍａｘは干渉フィルタ２２２の最大透過率であり、λ０はフィルタの中心透過波長であり、Δλは干渉フィルタ２２２の半値半幅（ＨＷＨＭ（half width at half maximum））であり半値全幅（ＦＷＨＭ）の２分の１である。
【００３９】
気象観測ライダー用受光系２を構成するにあたっては、最適な最大透過率、最適な半値幅を選択することが水蒸気濃度の測定精度を向上させるうえで重要であり、各干渉フィルタ２２２において、最大透過率は極力大きくし、受光する散乱光強度を強くしてノイズ（ショットノイズ）を小さくするのが望ましく、また、半値幅は狭いのが望ましい。これは太陽光が各ラマン散乱光に混じってノイズになるのを防ぐためである。
【００４０】
言い換えれば、干渉フィルタ２２２の透過率を上げると信号（Ｓｉｇｎａｌ）の強度は強くなり、信号強度Ｓがｎ倍だけ強くなると、ＳＮ比（信号（Ｓｉｇｎａｌ）とノイズ（Ｎｏｉｓｅ）の比率）は√ｎだけ改善される。透過率を上げると一般的には半値全幅（ＦＷＨＭ）は広くなり、太陽光によるノイズが増える。半値全幅（ＦＷＨＭ）がｍ倍になるとノイズも近似的ｍ倍になる。
【００４１】
干渉フィルタの製作の面からは、最大透過率を大きくすることと半値全幅（ＦＷＨＭ）を小さくすることは相反関係にあり、最大透過率を大きくするためには半値全幅（ＦＷＨＭ）を広く取ることが必要であり、半値全幅（ＦＷＨＭ）を小さくすると透過率は小さくなる。
【００４２】
以上を踏まえ、本実施形態では、干渉フィルタ２２２における特性として、窒素（Ｎ２）分子のラマン散乱光用の干渉フィルタ２２２Ｂ及び酸素（Ｏ２）分子のラマン散乱光用干渉フィルタ２２２Ｃには、干渉フィルタ１枚または２枚以上の組合せで、最大透過率が１５％以上で半値全幅（ＦＷＨＭ）が５ｎｍ以下であることを要し、水蒸気（Ｈ２Ｏ）分子のラマン散乱光用の干渉フィルタ２２２Ａには１枚または２枚以上の干渉フィルタの組合せで、最大透過率が８％以上で半値全幅（ＦＷＨＭ）が０．９ｎｍ以下であることした。
【００４３】
また、本実施形態の干渉フィルタ２２２では各ラマン散乱光用に１枚の干渉フィルタを用いた場合に加え、複数枚の干渉フィルタを用いていることも可能である。
【００４４】
具体的に、本実施形態の干渉フィルタ２２２の構成の最適な実施形態として、各干渉フィルタ２２２Ａ〜Ｃを２枚の組み合わせにより構成し、干渉フィルタ２２２Ｂ及び２２２Ｃについては、特性の同じ干渉フィルタを２枚用いるが、干渉フィルタ２２２Ａでは、半値幅及び透過率の異なる干渉フィルタを２枚用いる。
【００４５】
同じ特性の干渉フィルタ２枚を組み合わせた時の透過率特性は、最大透過率Ｔ２ｍａｘ、半値幅Δλ2は以下のようになる。
Ｔ２ｍａｘ=Ｔｍａｘ２、Δλ２＝Δλ/√２
Ｔｍａｘは、干渉フィルタ１枚の透過率であり、Δλは半値幅である。
【００４６】
また、異なった特性の干渉フィルタを２枚組み合わせた場合の特性は以下のようになる。
Ｔ３ｍａｘ=Ｔ１ｍａｘ*Ｔ２ｍａｘ 、Δλ３=Δλ１*Δλ２/(Δλ１２+Δλ２２)^０．５
【００４７】
Ｔ１ｍａｘ、Ｔ２ｍａｘは２枚の干渉フィルタのそれぞれの最大透過率を示し、Ｔ３は２枚の干渉フィルタを組み合わせたときの最大透過率を示す。Δλ１、Δλ２は２枚の干渉フィルタの半値幅であり、Δλ３は２枚の干渉フィルタを組み合わせた場合の半値幅である。
【００４８】
波長２６６ｎｍのレーザを使った水蒸気濃度測定用ライダーの干渉フィルタの構成の例を表１に示す。水蒸気（Ｈ２Ｏ）分子のラマン散乱光の検出用には特性の異なる２枚の干渉フィルタを使用し、その他は同じ特性の干渉フィルタ２枚用いる。
【表１】
2020138133.tif 000004
【００４９】
本実施形態では、窒素（Ｎ２）分子のラマン散乱光用の干渉フィルタ２２２Ｂと、酸素（Ｏ２）分子のラマン散乱光用の干渉フィルタ２２２Ｃは、特性の同じ干渉フィルタを２枚用いて、半値全幅（ＦＷＨＭ）を比較的大きな値としているのに対して、水蒸気（Ｈ２Ｏ）分子のラマン散乱光は、半値全幅（ＦＷＨＭ）を狭く設定するようにしている。
【００５０】
これは、酸素（Ｏ２）分子のラマン散乱光はソーラブラインド領域（波長２８０ｎｍ以下）にあり、太陽光が地表に届くことはなく、半値全幅（ＦＷＨＭ）は広くてもよい。窒素（Ｎ２）分子のラマン散乱光もほぼソーラブラインド領域にあり、同様に半値全幅（ＦＷＨＭ）は広くてもよい。これに対して水蒸気（Ｈ２Ｏ）分子のラマン散乱光の波長（２９５ｎｍ）では太陽光が無視できない程度に混じる。このため、干渉フィルタの半値全幅（ＦＷＨＭ）を狭くする必要がある。
【００５１】
以上のような他の実施形態によれば、気象観測ライダー用受光系２において、分光部２２に干渉フィルタ２２２を用いることで、透過波長と阻止したい波長の分離が容易である。特に、ＵＶＣ領域では太陽光の影響をほとんど受けないため、狭い透過帯域の干渉フィルタ２２２は必要なく、製造難易度が低く透過率も高い透過帯域の広い干渉フィルタ２２２の使用が可能であり、迷光の影響を受けることがなく、結果として気象観測ライダーの性能を向上させることが可能である。
【００５２】
また、各干渉フィルタを、窒素（Ｎ２）分子のラマン散乱光用及び酸素（Ｏ２）分子のラマン散乱光用が、最大透過率が１５％以上、望ましくは２０％以上で、半値全幅が５ｎｍ以下、望ましくは３．５ｎｍ以下であり、水蒸気（Ｈ２Ｏ）分子のラマン散乱光用が、最大透過率が５％以上、望ましくは１０％以上で、半値全幅が１．２ｎｍ以下、望ましくは０．９ｎｍ以下干渉フィルタとすることで、最大透過率は大きくし、受光する散乱光強度を強くしてノイズを小さくすることが可能である。
【００５３】
なお、上述のとおり、本実施形態では望遠鏡の口径が２０ｃｍものを用いているので、上記の透過率が望ましい実施態様となるが、より口径の大きなものを用いる場合には、光の信号強度が増すので、透過率はより低くても問題がない。
【００５４】
さらに、干渉フィルタ２２２を複数枚で構成することで、透過率は低くなるが、半値全幅（ＦＷＨＭ）は狭くすることができるので、所定の透過率を満たす限りにおいて１枚のみの干渉フィルタ２２２では見いだせない特性を得ることが可能になる。
【００５５】
また、複数枚の干渉フィルタ２２２のうち少なくとも１枚は、他のものとは中心波長を同じくして透過率及び半値幅が異なるなど、特性の異なるものとすることで、透過率が高く半値全幅（ＦＷＨＭ）が広い特性の干渉フィルタと、透過率が低く半値全幅（ＦＷＨＭ）が狭い特性の干渉フィルタとを組み合わせた場合など、透過率は組み合わせた干渉フィルタの割合を乗じた特性となり、一方で、半値全幅（ＦＷＨＭ）は狭い特性となるので、この場合も１枚のみの干渉フィルタでは見いだせない特性を得ることが可能になる。
【００５６】
（他の実施形態）
他の実施形態に係る気象観測ライダー用受光系２の構成について、図４を用いて説明する。なお、上述した実施形態と共通する構成については、説明を適宜省略する。図４は、気象観測ライダー用受光系２の他の実施形態の構成を示す模式図である。
【００５７】
図４は、他の実施形態の気象観測ライダーの分光部の構成例である。この例では、ダイクロイックミラーを使わず、干渉フィルタだけでラマン散乱光を分離・抽出している。なお、この例において、干渉フィルタの並べ方は、波長を分離できる構成であれば、順序の入れ替えが可能である。
【００５８】
すなわち、ラマン信号受光光学部である望遠鏡２０、絞り２１から入射されたラマン信号λ（ラムダ）から、ダイクロイックミラー２２１（２２１Ａ〜Ｃ）により特定波長（λ１〜λ４）を反射させ、干渉フィルタ２２２（２２２Ａ〜Ｄ）により検出する。
【００５９】
干渉フィルタ２２２Ａは、中心波長２９５ｎｍの水蒸気（Ｈ２Ｏ）分子のラマン散乱光（λ１）を抽出し、干渉フィルタ２２２Ｂは、中心波長２８４ｎｍの窒素（Ｎ２）分子のラマン散乱光（λ２を抽出し、干渉フィルタ２２２Ｃは、中心波長２７８ｎｍの酸素（Ｏ２）分子のラマン散乱光（λ３）を抽出する。また、干渉フィルタ２２２Ｄは、実施形態１と同様に、エアロゾルなどで弾性散乱された光（ミー散乱光）を受光するチャンネルとして設けている。
【００６０】
干渉フィルタ２２２の特性など、その他の構成について、上述した実施形態と同様であるので省略する。
【００６１】
以上のような他の実施形態によれば、分光部に干渉フィルタを用いることで、透過波長と阻止したい波長の分離が容易である。特に、ＵＶＣ領域では太陽光の影響をほとんど受けないため、狭い透過帯域の干渉フィルタは必要なく、製造難易度が低く透過率も高い透過帯域の広い干渉フィルタの使用が可能であり、迷光の影響を受けることがなく、ライダーの性能を向上させることが可能である。
【００６２】
（その他の変形例）
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。
【００６３】
なお、レーザ光の波長は２６６ｎｍが好適であるが、これより長い波長のレーザを使った場合にも程度の差はあるが同様な効果が得られる。長い波長の例として、ＹＡＧレーザの3倍波の波長３５５ｎｍ、２倍波５３２ｎｍ、エキシマレーザの２４８ｎｍ、３０８ｎｍ、３５１ｎｍなどがある。
【符号の説明】
【００６４】
１…送信系、２…受信系、２０…望遠鏡、２１…絞り、２２…分光部、２２１，２２１Ａ〜Ｃ…ダイクロイックミラー、２２２，２２２Ａ〜２２２Ｄ…干渉フィルタ、２３…信号処理部、１００…気象観測ライダー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】令和3年9月15日(2021.9.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＵＶＣ領域の特定波長のレーザ光を空中に照射して、発生する散乱光を観測する気象観測ライダー用受光系であって、
入射する光から特定の波長を分光する分光部を備え、
前記分光部は、干渉フィルタを備え、
前記干渉フィルタは、中心波長を異にする窒素分子のラマン散乱光用と水蒸気分子のラマン散乱光用とが設けられ、
前記窒素分子のラマン散乱光用は、半値全幅が５ｎｍ以下であり、
前記水蒸気分子のラマン散乱光用は、半値全幅が０．９ｎｍ以下である
気象観測ライダー用受光系。
【請求項２】
前記干渉フィルタは、さらに酸素分子のラマン散乱光用が設けられ、
前記酸素分子のラマン散乱光用は、半値全幅が５ｎｍ以下である請求項１記載の気象観測ライダー用受光系。
【請求項３】
前記干渉フィルタは、複数枚で構成され、
前記複数枚の干渉フィルタのうち少なくとも１枚は、他のものとは中心波長を同じくして半値幅が異なる請求項１又は２に記載の気象観測ライダー用受光系。
【請求項４】
前記水蒸気分子のラマン散乱光用は、最大透過率が５％以上である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の気象観測ライダー用受光系。
【請求項５】
前記窒素分子のラマン散乱光用の干渉フィルタは、最大透過率が１５％以上である請求項４に記載の気象観測ライダー用受光系。
【請求項６】
入射する光から特定の波長の光を反射させ、その他の波長の光を透過させるダイクロイックミラーを備え、
前記ダイクロイックミラーにより反射させた光を、前記分光部により分光する請求項１乃至５のいずれか１項に記載の気象観測ライダー用受光系。
【国際調査報告】
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