University Town 'Sendai / Miyagi' Science Map2021 ~ The Light Map ~この世界は光で満ち溢れています。光と言うと普通はヒトの目に見える「可視光」を指しますが、可視光は電場と磁場の波である「電磁波」の一種で、実は電波や赤外線、紫外線、X 線なども、波の長さ（波長）が異なるだけで同じ電磁波です。この『学都「仙台・宮城」サイエンス
マップ光編』では、可視光を含めた電磁波がどのように社会で使われ、どのような現象に関わっているか、仙台・宮城の切り口で紹介します。

300 kHz
1 km

30 kHz
10 km

落雷 で生じる電磁波（LF 帯：30 〜 300 kHz）
落雷で生じる LF 帯の電磁波
は、雷監視システム等で観測されているが、観測される波形を解析することにより落雷の位置や雷の性質、また将来
的には落雷予測にも使用できる可能性がある。
（仙台高等専門学校 園田研究室）

女川で観測された磁場変動。雷の少ない冬でも、世界の雷によるシューマン共振が 7.6Hz に出ているのが見える。14Hz、20Hz 付近に淡く見えているのも、地球 1 周に波長 2 つ分、3
つ分入るシューマン共振。

単位の説明
距離
波長
※ 電磁波の速さは、その種類にかかわらず、光速（約30 万 km）のため、「波長 × 振動数＝約 30 万 km ／秒」の関係がある。また、波長が短くなる（振動数が高くなる）ほど、電磁波のエネルギーは高くなる。

① 波長（波の山から山あるいは谷から谷の長さ）の単位：
1 m（ メートル ）=1,000 mm
1 mm（ ミリメートル ）= 10-３ m = 1,000 分の 1 m
1 μm（ マイクロメートル ）= 10-6 m = 100 万の 1 m
1 nm（ ナノメートル ）= 10-９ m = 10 億分の 1 m
1 pm（ ピコメートル ）= 10-12 m = 1 兆分の 1 m
1 fm（ フェムトメートル ）= 10-15 m = 1,000 兆分の 1 m
1 am（ アトメートル ）= 10-18 m = 100 京分の 1 m

1 eV（ エレクトロンボルト ）= 電子 1 個を 1V の電位差で加速したとき電子が受け取るエネルギー
1 keV（ キロエレクトロンボルト ） = 10３ eV = 1,000 eV
1 MeV（ メガエレクトロンボルト ）= 106 eV = 100 万 eV
1 GeV（ ギガエレクトロンボルト ）= 109 eV = 10 億 eV
1 TeV（ テラエレクトロンボルト ）= 1012 eV = 1 兆 eV

トンネル内ラジオ再放送装置（数 100 kHz 〜数 100 MHz）
放送電波が
極端に弱く
なるトンネ
ル内で、ラ
ジオ放送を
クリアな状態で提供するだけ
でなく、緊急放送を割り込ませて情報提供する。
市町村防災無線（60 MHz 帯）
災害情報や行政情報などを住民の方々に伝達す
る無線システム。拡声通報による情報伝達に加え、デジタル
無線化によりデータ通信への親和性・通話秘話性の向
上・双方向通信を提供する。

八木・宇田アンテナ

センサーネットワーク（920 MHz 帯）
センサーと電池を内蔵した複数の小型無線ユニットで構成され、土砂災害の監視や河川水位の監視に応用されている。
（日本無線㈱）ワイヤレス電力伝送（数十 kHz 〜数 GHz）
電気自動車を走行させる時、車走行用電力を電池からではなく路面の無線機から供給することで軽量化と低コストの実現が期待される。
（仙台高等専門学校 袁研究室）（マイクロ波）( 波長 45cm、周波数 667MHz)

現在、世界中の家々でテレビ放送の受信用アンテナとして、最も広く用いられている高感度・高指向性アンテナは、東北帝国大学の八木研究室から生まれた。レーダ、TV、無線通信などの高周波領域の進展に大きく貢献し、現在も世界各地で活躍している。
（東北大学電気通信研究所）

八木・宇田アンテナを使用した波長 45cmの UHF 帯の送受信機。この装置を用いて1929 年に仙台と大鷹森の間、約 20km の通信に成功した。
（資料展示室）( 波長 3cm、周波数 10GHz)

岡部金治郎博士は東北大学在職中、効率よく安定したマイクロ波を発振することが可能な分割陽極マグネトロンを世界で初めて発明した。この発明によりマグネトロンは実用化に向けて飛躍的な進歩を果たし、世界でも注目を集め、現在も電子レンジや警戒レー
ダなどにこの技術が広く使用されている。
（東北大学電気通信研究所）

岡部博士が 1927 年、最初の実験に使用した２分割陽極マグネトロン（資料展示室）レーダ （UHF 帯：300 MHz 〜 3 GHz）

地中レーダによる行方不明者捜索（閖上浜）

非破壊探査装置（300MHz 〜 2.3 GHz ）電磁波レーダ方式を採用し地中埋設物・空洞などの構造物を壊さずに探査する装置。
航空機管制用レーダ（2.7 〜 2.9 GHz 帯）
飛行機や管制圏内を飛行する航空機の監視及び航空管制業務を支援する。
探鳥レーダ（3 GHz 帯）
高出力レーダアンテナで海鳥の群れを確実にキャッチする。

ミリ波で炎の向こうを見る（35 GHz）
画像は左 から、可視光、赤外、ミリ
波の ３種類のカメラを使って人物を撮影した画。下段３列はカメラと人物との間に炎を立てたもの。一番右のミリ波カメラだけが炎を透視。またミリ波カメラでは衣服下の危険物を透視できる。
（東北大学電気通信研究所）

可視光

テラヘルツ光の透過性
テラヘルツ光はプラスチックや紙などのソフトマテリアルを透過する。左の図は麻雀牌をテラヘルツ光で透視したもの。テラヘルツ光が彫られた字のエッジで散乱されている。（周波数 : 0.6 THz（波長 0.5 mm）、空間分解能 : 0.5 mm）

赤外（10μm 帯）ミリ波（35GHz）集積回路 (LSI) の不良解析
フェムト秒レーザーで LSI チップを走査することにより、光電流パルスが流れ、テラヘルツ光が放射される。この原理を応用した LSI 内の不良箇所を検出する技術の開発が進んでいる。
160μm x 1.5mm x 7mesas

ミリ波パッシブイメージング（60 〜 100GHz）
物体が放射しているミリ波帯の熱雑音を検出し、空港などでセラミック製の武器や爆発物などの危険物を探知するセキュリティ装置を研究・開発している。
（東北大学工学部電気情報物理工学科）※ 60GHz を中心に世界中で免許不要で利用できる帯域として可搬型・衛星通信地球局（送信 14 GHz 帯、受信 12 GHz 帯）
災害に強い衛星を利用した衛星地球局。機動性に優れた平面可搬型衛星地球局は、現場での音声／ＦＡＸ、ＩＰ型映像、ＩＰ型データの通信に対応する。

Term Evolution）を協調動作させる通信方式を開発した。

（日本無線㈱）気象レーダ（5 GHz）
仙台管区気象台の気象レーダはアン
テナを回転させな
がら電波（マイクロ波）を発射し、半径数百 km の広範
囲内に存在する雨や雪を観測する。

QCLサンプル18 kV/cm

1.0

2.0

3.0

Frequency [THz]

4.0

5.0

テラヘルツ (THz) 帯半導体レーザ
THz 周波数帯で動作するサブバンド間遷移半導体レーザ ( 量子カス
ケードレーザ ;QCLs) は超小型・長寿命・高耐久といった優れた特長を持っていることから実用型 THz 光源として期待されている。左図はQCLs デバイスアレイを示している。（2THz 帯で世界最高温度に迫る
160K で動作する QCLs と 4THz 帯ピーク出力 250mW の QCLs）
テラヘルツ光と物質の相互作用
テラヘルツ光のエネルギーは非常に弱いため、分子を壊すことなく分子間の構造のみを変える事ができると期待される。最近の研究では、強いテラヘルツ光の照射によって高分子の高次構造が変化することがわかってきた。

大容量コンテンツを快適に楽しむための通信技術（60 GHz 帯※ ミリ波）
ユーザの行動を予測し、ダウンロードするであろうコンテンツをそのユーザ近くの基地局にダウンロードしておく技術。
（㈱ＫＤＤＩ研究所）

船舶用小型レーダ（9 GHz 帯）（仙台管区気象台）

テラヘルツ光の発生と検出
テラヘルツ光の発生と検出は，非線形光学結晶による赤外光⇔テラヘルツ光間の波長変換によって高効率に行うことができるようになった。極めて明るいテラヘ
ルツ光の発生と微弱テラヘルツ光の検出が同時に実現されている。

(Credit: ESA: Planck)

THz

電磁波を発してその反射波形から目標の位置情報等を得るレーダ技術
は、現在様々なところで使用されているが、東日本大震災の行方不明捜索でも名取市閖上浜など太平洋沿岸部において使用されている。
（仙台高等専門学校 園田研究室）

ウインドプロファイラ（1.3 GHz）
仙台管区気象台のウインドプロ
ファイラは、地上から上空に向けて電波を発射し、大気中の風の乱れなどによって散乱され戻ってくる電波を受信・処理することで、12km 程度上空までの風向・風速を測定する。

電波と光の中間にあり、他の光にない特徴が注目される。この有用なテラヘルツ光を用いると、透視
イメージングや物質判別、医療や薬学、情報通信、セキュリティー、非破壊検査など、幅広い応用分
野の開拓が期待される。（国立研究開発法人 理化学研究所）

宇宙の初めから存在し、現在の宇宙を満たしている電磁波。
（東北大学理学研究科天文学専攻教授
二間瀬 敏史 ※所属は情報提供時）

ミリ波 （波長：1〜10mm、周波数：30〜300GHz）

分割陽極マグネトロン

テレメータシステム（70 MHz 帯、
400 MHz 帯）
遠隔地の雨量や水位のデー
タを収集するシステム。流域に降る雨や川の水位は重要なデータであり、迅速かつ確
実にデータを収集して河川やダムの管理・運営を支援する。

テラヘルツ光（テラヘルツ波）（0.1 〜 100 THz）

宇宙マイクロ波背景放射

後進テラヘルツ波パラメトリック発振器（0.3 〜 3mm）
新原理に基づく周期分極反転ニオブ酸リチウム結晶を用いて、近赤外
パルスレーザー光を入射するだけで、入射方向と逆の後方に強いテラ
ヘルツ波が発生する。手のひらサイズのテラヘルツ波波長可変光源で、共振器構造がなく堅牢で非破壊検査応用で期待される。

割り当てられている周波数帯。60GHz 帯通信と LTE（Long

ミリ波観測による宇宙の解明（100 〜 300GHz)
ミリ波で宇宙を観測すると、宇宙初期の状態を調べることが可能。超伝導をつかった高感度なミリ波検出器を搭載した望遠鏡が、宇宙誕生の秘密を解明することが期待されている。
（国立研究開発法人 理化学研究所）

光通信と無線通信を融合する第３のひかり：テラヘルツ波（0.3 〜 30 THz）
テラヘルツ波は、地球上に存在するあらゆる物質に作用し、その物質の性質を調べたり、他のひかりを増幅したり、その色を変えたり、さまざまな機能をもたらす。テラヘルツ波によって、光通
信と無線通信とを融合することができ、その結果、災害に強く、安全でどこにでもすぐにつながる情報社会が実現できる。
（東北大学電気通信研究所）

１画素

超伝導ミリ波検出器

GroundBIRD望遠鏡

2017 年に観測を開始する GroundBIRD 望遠鏡とミリ波検出器。実験は理化学研究所と高エネルギー加速器研究機構が中心に推進している。

木星・ガリレオ衛星観測のためのサブミリ波分光計（600 GHz 〜 1.2 THｚ)
木星・ガリレオ衛星の大気と表層について、化学的 ( 大気組成など )・物理的 ( 物質循環など ) な特徴から、これらの星の進化に迫る観測を行う。
2022 年打ち上げ、2030 年木星軌道投入予定。
（東北大学、情報通信研究機構、欧州宇宙機関ほか）

単電子トランジスタの開発（1 〜 10 THz）
テラヘルツ波を微小な半導体構造に照射することで半導体内の電子１個１個の動きを制御し、次世代計算機へ応用するための基礎研究を行っている。
（東北工業大学電気電子工学科 柴田研究室）

遠赤外線宇宙全天地図（60 〜 180 μm）
日本の赤外線観測衛星「あかり」が取得したデータをもとに、2007 年から８年掛かりで超高解像度遠赤外線宇宙全天地図を完成し、2014 年 12 月、
全世界に公開した。東北大学大学院理学研究科天文学専攻の服部を中心としたグループは、地図作製プロジェクト立ち上げ当初から携わり、データ
解析の主たる作業は、天文学専攻所有の PC クラスタで行われた。
（東北大学理学研究科天文学専攻、東京大学総合文化研究科 広域科学専攻、
筑波大学計算機科学研究センター、JAXA/ISAS）

100 THz
3 μm

194 THｚ 231 THz
1.55 μm 1.3 μm

分子の指紋領域

光通信発祥の地

分子振動・格子振動による物質固有の吸収スペクトルが中赤外光の領域に現れる
ため、その領域は「指紋領域」と呼ばれる。

光通信の三要素である「光を発する」「光を伝える」「光を受ける」に関する先駆的な研究開発が、いずれも東北大学電気通信研究所で行われた。
（東北大学電気通信研究所）

惑星大気環境の赤外分光観測（１〜 15μm）
惑星の赤外分光観測から二酸化炭素やメタンなどの分子の発光や吸収を調べ、遠く離れた惑星の大気環境を明らかにする。
（東北大学理学研究科 惑星プラズマ・大気研究センター）
光通信（1.3 μm, 1.55 μm）
半導体レーザが発する近赤外光の強度や位相を変化させて、低損失な光ファイバに通すことで、デジタル情報を高速に離れた地点に転送する。
（NTT 未来ねっと研究所）

気象衛星（ 赤外線、可視光）
気象衛星ひまわり 8 号は、地球から射出される
光のうち特定の波長域を分析することで、雲や水蒸気、火山灰などの分布を高精度に観測する。
日射計・日照計（0.29 〜 3 μm）
太陽から放射される波長 0.29 〜 3 μmの光は「日射」と呼ばれ、太陽からのエ
ネルギーの約 97％を占める。仙台管区
気象台では日射計により日射のエネル
ギーを、そして日照計により太陽が雲に覆われていない時間を観測している。

日照計

赤外熱映像装置（8 〜 13 µm）
赤外熱映像装置は物体が放射する赤外線を感知して温度分布を測定する。火山の噴火口周辺の表面温度を離れた場所から測定できる。
（仙台管区気象台）

水分吸収に優れる特殊レーザー（3.1 μｍ）
東北大学との開発成果品、がん細胞組織のみを破壊できる。
（㈱ミウラセンサー研究所）

ナノ秒近赤外光パルスを用いたレーザー温度ジャンプ法（ 1880 nm）
ナノ秒近赤外光パルスを水溶液に照射すると、溶液の温度を急激に上昇させることができる。このレーザー温度ジャンプ法を用いて水の沸騰や混合溶液の相分離などの相転移を誘起することによって、これらの過程における分子の挙動を追跡することが可能になる。
（東北大学理学研究科 化学専攻 有機物理化学研究室）
ナノ秒レーザー温度ジャンプ法
によって誘起された水の沸騰

アイセイフレーザー（＞1400 nm）
目に対する安全性が高い波長 1400nm
より長波長で発振するレーザー。この波長領域の光は、万が一、目に入った
場合でも網膜まで到達しにくい。温室効果ガスや風向風速の遠隔計測などに利用される。
（東北工業大学工学部 情報通信工学科 佐藤研究室）
食品熱量測定装置（1.1 〜 2.2 μm）
装置測定庫内に食品を入れて測定ボタンを押す
だけで、非接触でカロリーの測定をする。
（宮城県産業技術総合センター）

製作・著作：特定非営利活動法人 natural science （各コンテンツの画像・資料等の著作権は、コンテンツの供給者に帰属します）

このマップは、学都「仙台・宮城」サイエンスコミュニティの団体会員から提供された全情報（2021 年 6 月末時点）を掲載しています。次年度マップ掲載希望情報は、info@natural-science.or.jp までぜひお寄せください。

作成：大草芳江

監修：伊藤弘昌、江刺正喜、内田龍男

1.55 µm帯

光信号波長(µm)

光通信用波長可変レーザ（1200 〜 2000 nm）
インターネット社会を支える
非常に重要な光デバイスであり、TV のチャンネルを変えるように自在に発振波長を変えられる超小型半導体レーザ。
（東北大学工学部電気情報物理工学科）

面発光型半導体レーザーアレイ素子（VCSEL）（赤外光）
従来の端面発光型半導体レーザー素子に対して、VCSEL は基板面に垂直方向にビームを出射させることができる半導体レーザー素子。VCSEL は二次元的に配列することが可能であるため、従来と比較して格段にレー
ザービームの高密度化を図ることが可能となる。
（㈱リコー）

半導体レーザ光源 (1300 〜 1650 nm)
超大容量の光デジタル信号を発生可能な半導体レーザや、極限まで雑音を低減した半導体レーザなどの高機能光源の研究を行っている。
（東北大学電気通信研究所）

三次元動作解析装置によるヒトの動きの計測（850 nm）

超高速・大容量光ファイバ通信（1530 〜 1605 nm）
ペタ〜エクサビット級の大容量光通信インフラを支える革新的な伝送技術として、超高速光ナイキストパルス伝送、
超多値コヒーレント QAM( 直角位相振幅変調 ) 光伝送、なら
びにその基盤となる高安定な
CW およびモード同期パルスレーザ、マルチコア／
マルチモードファイバの研究開発に取り組んでいる。
（東北大学電気通信研究所）

協賛：公益社団法人応用物理学会東北支部、公益社団法人日本分光学会東北支部、一般社団法人日本光学会

フォトニック結晶 (800 〜 1500 nm)
光の波長より短い周期で２種類の物質が交互に並んだ、人工宝石の一種。波長や偏光を操作する光学フィルターとして、光計測機器に利用される。
（東北大学工学部電気情報物理工学科）

多光子励起イメージング (700 〜 1300 nm)
近赤外光は生体透過性が高く、生体や組織など厚みのある標本の深部を生きたまま断層的に観察・操作する目的で用いられる。
（東北大学医工学研究科 病態ナノシステム医工学）

1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8

Ｅｒ：ＹＡＧレーザ光と中空光ファイバ
赤外レーザ光を効率よく伝送できる中空光ファイバと、生体組織（水成分）や結石に強く吸収される Er:YAG（エルビウムヤグ）を組み合わせた、レーザ
治療装置は有望である。安全であり、安価な高効率レーザ治療装置の実用化を図っている。
（仙台高等専門学校 岩井研究室）

近赤外分光法（800 〜 2500 nm）
近赤外線を利用してお米のタンパ
ク質含量を非破壊的に測定する。
（宮城県古川農業試験場）

フォトニック結晶の作製技術は東北大学電気通信研究所の川上彰二郎
名誉教授によって 1990 年代末に発明された。同教授らのグループは2002 年に東北大学発ベンチャー企業「フォトニックラティス」創立。

1.3 µm帯

日射計

学都「仙台・宮城」サイエンスマップ 光編（電波〜近赤外線）
第 5 版発行：2021 年 7 月 18 日

395 THz760 nm

300 THz
1μm

a

b

f
0

5
水中照射

からだの表面に貼られたマーカーを高性能の赤外線カメラで撮影すること
で、リハビリテーション
対象者などの動きを正確に、素早く、計測する。
（東北大学医工学研究科リハビリテーション医工学分野、医学系研究科 肢体不自由学分野、歯学系研究科 歯学イノベーションリエゾンセンター）

オーロラ光（100 〜 1000nm）
オーロラ光を地上や人工衛星から観測し、高層大気の環境や太陽からのエネルギー流入の変動を知る。
（東北大学理学研究科 惑星プラ
ズマ・大気研究センター）

c
d
e
0
1
2

深さ (mm)③ 電子ボルトの単位：

77.1 MHz ：FM 仙台
82.5 MHz：NHK FM

30 THz
10 μm

近赤外線

距離 (mm)② 振動数（周波数）の単位：
1 Hz（ ヘルツ ）= 1 秒間に 1 回振動
1 kHz（ キロヘルツ ）= 10３ Hz = 1,000 Hz
1 MHz（ メガヘルツ ）= 106 Hz = 100 万 Hz
1 GHz（ ギガヘルツ ）= 109 Hz = 10 億 Hz
1 THz（ テラヘルツ ）= 1012 Hz = 1 兆 Hz
1 PHz（ ペタヘルツ ）= 1015 Hz = 1,000 兆 Hz
1 EHz（ エクサヘルツ ）= 1018 Hz = 100 京 Hz

1260 kHz：東北放送
891 kHz：NHK 第 1

3 THz
100 μm炎あり

シューマン共振（40,000 km）
雷が起こす電磁波のうち、波長が地球を 1 周する長さの波は、
地球と電離層にはさまれた空洞内で共振し ( シューマン共振 )、他の周波数より強く観測される。
（東北工業大学情報通信工学科
中川研究室）

AM 放送 （仙台） FM 放送 （仙台）中赤外線

300 GHz
1 mm

3 GHz
0.1 m

炎なし

国土地理院数値地図（仙台市）による雷放電電磁界解析

300MHz1m

Intensity [arb.unit]

振動数
波長

遠赤外線

光損失

電波

3
結石切削

a: Er:YAG レーザ光源
b: レンズ
c: 中空光ファイバ
d: キャップ
e: 結石
f: 生理食塩水

デジタルデータ化による創生期
こけしの再現（赤外線）
明治期のこけしを赤外線デジタル
カメラで撮影、展開図を作成し、経年劣化による損傷や退色が著しい部分を補った全体像を再現。
（東北生活文化大学 美術学部美術表現学科）

University Town 'Sendai / Miyagi' Science Map2021 ~ The Light Map ~500 THz600 nm2.07 eV
赤（760 〜 610 nm）

橙（610 〜 590 nm）
海の透明度によるが、水深約 10 m で赤と黒の識別ができなくな
り、青以外の色は、
明るさしか区別できなくなる。

ポリゴンスキャナモータ（650 〜 780 nm）
レーザープリンター等に用いられ、半導体レーザーから照射されたレーザー光を反射し、感光体上に走査する。ポリゴンミラー（多面鏡部）は１分間に数万回転する。
（リコーインダストリー㈱）マイクロレンズ（可視光から赤外光）
光の性質を引き出し、光効率をアップさせるのが微細加工によるマイクロ
プロセス技術。光通信分野では光ファイバーにおける発光・受光効率を高め、ディスプレイ分野では液晶パネルの光効率を大幅にアップできる。
（㈱リコー、リコーインダストリアルソリューションズ㈱）光を用いた量子力学と量子情報の探求（400 〜 1500 nm）
光の量子である「光子」を用いた新しい計測技術を開発し、「不確定性原理」や「量子もつれ」等の量子力学の基礎原理の検証や、量子力学の原理を応用した未来の情報通信技術「量子情報通信」の研究を行っている。
（東北大学電気通信研究所）

ガラスの光物理とフォトニクス応用（400 〜 1550 nm）
透明なガラスは人々の生活に身近な材料ではあるが、このガラスは固体でありながら液体と同様のランダム構造を持ち、未知なる構造や光特性を示す。我々は光物理によってこれらの謎を解き明かし、光ファイバー素子や発光体、熱伝導回路などへの応用を推進している。
（東北大学工学部電気情報物理工学科）

ベクトルビーム（可視光および近赤外光）
偏光分布が不均一なベクトルビームは、超解像顕微鏡
やレーザー加工などへの応用が期待されている。
（東北大学多元物質科学研究所 佐藤俊一研究室）

光音響イメージングによる生体の可視化（532 〜 1210 nm）
物質にナノ秒オーダーのごく短いレーザー光を照射す
ると、光の吸収により熱が発生し物質が瞬間的に膨張する。その際に発生した超音波を受信することで画像化する技術を光音響イメージングと呼び、現在、生体内の毛細血管を可視化する研究を行っている。
（東北大学医工学研究科 医用イメージング研究分野）

600 THz500 nm
2.48 eV

特殊な構造制御により創り出されたマルチカ
ラーのガラス発光体

黄（590 〜 570 nm）

緑（570 〜 500 nm）

750 THz400 nm3.10 eV
青（500 〜 450 nm）

メタマテリアル（可視光）
原子のサイズと光の波長の中間のサイズで構造をうまく設計すると、負の屈折率など普通の物質ではありえない光応答を持つようにすることができる。これらの構造は電子線リソグラフィーやナ
ノインプリント等のナノ加工技術によって実現されている。
（東北大学理学研究科物理学専攻 光物性物理研究室 ）ナンテン葉脈内の流れ観察（青色照明：緑色のみ観察）
葉脈における導管内を流れる水の蛍光分子を使用した
可視化観察（東北大学工学研究科 石川・今井・大森・菊地研究室）

光合成初期過程（400 〜 800 nm）
太陽からの可視光すべてを効率よく集める光アンテナ分子の研究。光エネルギーが超高速で伝達される仕組みを
様々な波長の超短パルスレー ザー光を使って調べている。
（東北大学理学研究科物理学専攻 光物性物理研究室）

極低温高分解能顕微鏡（ 400 〜 900 nm）
顕微鏡による微小世界の観測を極低温でも可能にするため、対物レンズを真空中に設置する新しいタイプの極低温顕微鏡を開発した。この装置により、植物の光合成タ
ンパク質の細胞内分布等が明らかにできると期待される。
（東北大学理学研究科化学専攻 有機物理化学研究室）

バイオフォトン（主に 400 〜 800 nm）
生体からの極微弱発光であり、活性酸素が関与する疾患と関連することから生体非侵襲計測への応用が期待されている。1986 年
ERATO 稲場生物フォトンプロジェクト（現 JST）が、世界に先駆
けて仙台でスタートした。
（東北工業大学 小林正樹研究室）

がんのバイオフォトン

島状金属薄膜を用いた超薄型偏光フィルム（可視から近赤外）
ナノスケールの金属微粒子からなる薄膜（島状金属薄膜）とガラスの交互多層膜を加熱して引き伸ばすと、金属微粒子が楕円体となり大きな偏光特性を持つようになる。このようにして得られた偏光フィルムは、偏光子部分の厚さが数ミクロン程度と極めて薄いため、加熱により偏光特性を除去することができ、図のように高出力レーザー等で微細なパターン化が可能である。
（仙台高等専門学校 馬場研究室）

液晶ディスプレイ（LCD）のフルカラー化 ( 可視光 )当初、白黒表示だった液晶ディスプレイ（LCD）が、パネ
ル内の電極を細かく分割して各電極に赤、緑、青のカラー
薄膜を形成したインセル型マイクロカラーフィルター方式が考案開発され、カラー化された（1981 年）。これが現在、世界標準となって液晶カラーテレビやコンピューター
用モニター、スマートフォンなどに広く使われている。
（東北大学工学部（電子工学科）内田研究室）

固液界面

UV-A（ 380 〜 315 nm）※

1.5 pHz200 nm
6.20 eVUV-B（ 315 〜 280 nm）※

近紫外線

UV-C（ 280 〜 100 nm）※

※ WHO による

深紫外線

（315 〜 400 nm）
UV-A と呼ばれる波長 315 〜
400 nm（近紫外線）の LED で、
赤・緑・青色の蛍光体を励起して光らせる、自然色の白色
LED を作製できる。窒化イン
ジウムガリウム（InGaN) や窒化アルミニウム
ガリウム（AlGaN）よりも安く作製できる酸化亜鉛（ZnO) が 378 nm の光を出せるため有望。
（東北大学多元物質科学研究所 秩父研究室）

30 PHz
10 nm
124 eV

3 PHz
100 nm12.40 eV

（波長 280 nm 以下）
UV-C と呼ばれる波長 280 nm 以下の深紫外線（DUV）は１光子あたりのエネルギーが高く、細菌を DNA レベルから破壊できるため、安全な水や清潔な環境が無い地域に住む２６億人の生活を改善できる。窒化アルミニウム（AlN）と窒化ガリウム（GaN）ないしは窒化インジウム（InN）の混晶を用いて DUV 光源を作製する。
（東北大学多元物質科学研究所 秩父研究室）

ソーラーブラインド深紫外光センサ（200 〜 265 nm）
DNA をも破壊するほど有害な深紫外線は、オゾンホールができると地上に届き、また殺菌灯からも出ている。酸化ガリウムというワイドバンドギャッ
プ半導体を用いて、太陽光には反応せずに深紫外光のみを検知できるデバイスを開発している。
（石巻専修大学理工学部情報電子工学科）

可視応答光触媒（紫外 〜 700 nm）
可視光を利用して、二酸化炭素を還元し、リサイクルする研究。太陽光を効率よく利用するために、可視光を吸収する光触媒を合成し、吸収する光の波長と二酸化炭素還元生成物の関係を調べている。
（東北工業大学工学部環境エネルギー学科 丸尾研究室）

300 PHz1 nm
1.24 keV「水の窓」

波長 200 〜 10 nm の紫外線は大気の中を伝わらない。
太陽からの真空紫外線は、地表まで到達しない。

真空紫外エリプソメータ（約 50 〜 200 nm）
波長約 100 nm 以下では透明な固体材料が皆無となり、光学定数等を測定するエリプソメータはすべて反射型の光学系で組む必要がある。本装置は偏光の検出に斜入射のフォトダイオードを利用している。
( 東北工業大学工学部環境エネルギー学科 斎藤研究室）（2.3 〜 4.4 nm）
水の吸収がない波長。水分を多く含む生きた細胞の観察に使える X 線。
（酸素に対しては波長が 2.3nm 以上で透過しやす
くなり、炭素に対しては 4.4nm
以上で透過しやすくなる。つまり、波長 2.3 〜
4.4 nm では、水分子を構成する
酸素にはほとんど吸収されない
反面、細胞を構成する炭素に強く吸収される。）

3 EHz
100 pm
12.4 keV※ 東北大学未来情報産業研究館
では、1nm 〜 1100nm の波長帯域 ( 軟 X 線 - 紫外 - 可視 - 近赤外）のイメージセンサの研究開発を行っている。
可視光

紫外光

Ｘ線の位相を利用したイメージング（0.1nm）
Ｘ線の波としての性質を利用することで、従来のレントゲン写真では得られない構造情報を描出。
（ 東北大学多元物質科学研究所
量子ビーム計測研究分野）

サクランボの撮像例

蚊の吸血の X 線透過観察（X 線）
蚊の吸血後の貯留された血液の消化過程について X 線顕微鏡で観察。
（東北大学工学研究科 石川・今井・
大森・菊地研究室）

Stripping
5μm

8

臭化タリウム結晶▲レーザープラズマで撮影した
甲虫の X 線写真
ホタテガイの
元素分析

Ｘ線回折装置
結晶の構造（原子の並び方）を調べたり、無機化合物を同定する。

Ｘ線光電子分光装置
深さ方向の元素分析を行う。極表面分析に適している。

結晶粒界
Lateral grain
7
6
5
4
3

Small grain
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Scan Speed (cm/s)

５ μm Wide margin
Thin Si film (65 nm)

ひとみ望遠鏡観測装置（360 〜 900 nm）

光解離反応の画像観測 (200 nm 〜 700 nm)

口径 1.3m の反射望遠鏡で、肉眼の 34490 倍の光を集めることができる。冷却 CCD カメラを用いた天体撮像による測光観測や、中分散分光器を用いた分光観測により、地球から遠く離れた天体の構造や物理状態を明らかにすることができる。
（仙台市天文台）

可視紫外レーザー光で分子やその小集団 ( クラスター ) を励起して、解離化学種を画像として検出する。画像から解離種の運動エネルギーと放出角度分布が得られ、そこから光解離反応の機構を明らかにできる。
（東北大学理学研究科化学専攻 理論化学研究室）

虹（0.38 〜 0.77 μm）
太陽の光が大気中の水滴で屈折、反射および干渉を受けて生じた大気現象。
（仙台管区気象台）

平成 26 年 10 月 28 日
11 時頃 白石市で観測された虹【写真左】ひとみ望遠鏡【写真右】冷却 CCD カメラで撮像した M51

絵画における自然科学的光学調査 ( キジル石窟 224 窟壁面 )（可視光線、紫外線、赤外線）作品を直接裸眼、もしくは拡大鏡を使用した観察調査を基本に、側光線・紫外線・赤外線などを用いて撮影した写真データと組み合わせて、画面表面の様子を観察する。
( 東北生活文化大学 学長 佐藤一郎）

可視光写真

マイクロフォーカス X 線 CT 装置
高速 CT で高解像度な断層像を得る。
（宮城県産業技術総合センター）

可視光＋側光線写真

紫外線蛍光写真【写真左】左右に光源を置き、できる限り画面の凸凹が感じられないよう、描かれている図像をよく観察されるように撮影した写真。
【写真中央】可視光写真をネガにして、側光線（サイド光）写真と重ね合わせると、図像が消えて、表面の凸凹が見える。金箔が使用されている部分はスプーン状のもので削り取られている。
【写真右】土壁に含まれている藁スサが蛍光を発している。顔面表面に塗り重ねられた筆触がより明確に見える。微量蛍光を発する顔料が点状に散在している。

製作・著作：特定非営利活動法人 natural science （各コンテンツの画像・資料等の著作権は、コンテンツの供給者に帰属します）

このマップは、学都「仙台・宮城」サイエンスコミュニティの団体会員から提供された全情報（2021 年 6 月末時点）を掲載しています。次年度マップ掲載希望情報は、info@natural-science.or.jp までぜひお寄せください。

作成：大草芳江

監修：伊藤弘昌、江刺正喜、内田龍男

次世代放射光施設（0.041 〜 25 nm）
太陽の 10 億倍の光「放射光」。2023 年の運用開始を目指し、
2019 年度から青葉山新キャンパス（仙台市）に建設が始まった。
次世代放射光施設の生み出す光の波長を用いると、特に、たんぱ
く質や電子材料に含まれる軽元素や遷移金属について、その分布や、性質に関わる電子のふるまいを詳細に見ることができる。食品、環境、医療、創薬、電池、電子材料など、身の回りのあらゆるモノの、検査や新製品・新材料の開発へ活用できる。世界を先導する、材料、製品、計測手法を創る拠点となることが期待される。
（東北大学多元物質科学研究所）

協賛：公益社団法人応用物理学会東北支部、公益社団法人日本分光学会東北支部、一般社団法人日本光学会

見えない放射線を見るデバイス（数百 keV 〜数 MeV）
Ｘ線、ガンマ線の物体に対する高い透過性を利用した医療診断装置等には、放射線を電気信号に変換する高性能なデバイスが必要。臭化タリウム（ＴｌＢｒ）
半導体結晶は、Ｘ線、ガンマ線を止める力が大きく特性も優れているため、新たな分野を切り拓く新材料として注目されている。
（東北工業大学電気電子工学科
小野寺研究室）（東北大学理学研究科化学専攻 有機物理化学研究室）

マイクロフォーカス X 線透視検査装置
高精度透視撮影と斜め断層撮影を行う。
9300 EHz
1 pm
1.24 MeV

フェムト秒レーザープラズマからのパルス X 線（X 線領域 0.1 〜 1 nm）
赤外光でもフェムト秒の短いパルスに圧縮することで、高圧電源を使わずに X 線を発生できる。得られたパル
ス X 線は物質分析や医療に応用可能と期待される。

エネルギー分散型 蛍光 X 線分析装置
試料の前処理なしで，そのまま元素分析を行う。

極微弱発光測定装置（ケミルミネッセンス※アナライザー）（可視光〜紫外光）
酸化する物質の極微弱な光を捉え、食品の酸化劣化・抗酸化力の測定などを行う装置。※ケミルミネッ
センスとは、化学反応において、反応系の分子が励起状態から基底状態になる際に生じる微弱な光。
（東北電子産業株式会社）

10

γ線
30 EHz
10 pm
124 keV

可視光と紫外光で撮影したオスとメスのモンシロチョウ（1nm 〜 1100nm）
モンシロチョウのつがいを人間が見ることの出来る可視光下で撮影すると、簡単にオス・メスを判別することはできません。しかし、紫外光下で撮影す
ると、はっきりとメスは白く、オスは黒く見えます。どうしてでしょうか？
( 東北大学 未来情報産業研究館）

学都「仙台・宮城」サイエンスマップ 光編（可視光〜γ線）
第 5 版発行：2021 年 7 月 18 日

硬X線

真空紫外（ 200 〜 10 nm ）真空紫外

生体色素の光感受性（主に 360 〜 800 nm（UVA 〜近赤外））
肌の色を決めるメラニン色素や光増感反応によって活性酸素を生成させるポルフィリン化合物のような生体色素は生命活動と密接である。これらの色素が生命化学反応にどのようにかかわっているのか、
光計測や電子スピン共鳴法によって研究している。
（東北工業大学工学部 環境応用化学科 多田研究室）

蛍光分光表面力装置 (400 〜 800 nm)
厚みをナノメートルレベルで制御した固体表面間の液体における蛍光分光測定を行う。液体に導入したプローブの蛍光から、溶液内の局所特性 ( 粘性、pH 等 ) や光化学挙動を観測できる。
（東北大学未来科学技術共同研究センター 栗原和枝研究室）

液晶波長可変フィルタによる分光イメージング（近赤外光、可視光）
透過波長を制御できる液晶波長可変フィルタを用いて、波長を変化させて対象物を撮影することにより、肉眼では見えない、もしくは見えづらい特徴を見やすくする技術。
（仙台高等専門学校 若生研究室）

Blu-ray Disc™
（405 nm）
波長 405 nm の半導体レーザーを使用。主にハイビジョンのデジタル映像を記録再生する用途で使用されている。2003 年から、宮城県多賀城市で、業界初の民生用ブルーレイディスク™
の生産を行っている。
( ソニーストレージメディアソ
リューションズ（株）)

1 pHz
300 nm
4.13 eV

シンチレータ結晶（300 〜 600 nm）
シンチレータ結晶は、入射する放射線を吸収し、可視光を放出する物質。放出される可視光を光検出器等
で検出・解析することで、入射した放射線の種類、個数、エネルギー等を判別する。
（（株）C＆A、東北大学未来科学技術共同研究センター）

超解像イメージング (400 〜 800 nm)
特殊な光を用いることで、一般的な光学顕微鏡では区別することのできないくらい隣接する 2 つの物体を区別できるようになる。2014 年ノーベル化学賞受賞（超解像度の蛍光顕微鏡の開発）。
（東北大学医工学研究科 病態ナノシステム医工学）

レーザーを利用した薄膜半導体結晶成長（ 532 nm）
レーザー光を照射することにより半導体薄膜材
レーザスキャン
料を加熱して液体にする。引き続いてレーザー
結晶
パワーを下げて固体にする。この過程をサンプ
初期膜
液体
ルあるいはレーザーをスキャンすることにより
熱い
冷たい
連続的に生じさせることで、高品質な半導体薄膜を形成することができる。
（東北学院大学工学部 電気電子工学科 原研究室）

紫（450 〜 380 nm）

軟X線

UV ナノインプリント装置（紫外線）
紫外線 LED から放射される紫外線を用いて、金型の微細なパターンを基板上に塗布した紫外線硬化樹脂に転写する。
（宮城県産業技術総合センター）

Laser power ( W )電子ボルト

395 THz760 nm1.63 eV

温度

振動数
波長

紫外線

▲

可視光

結晶シンチレータを用いた実用向け放射線検出器（ pm 以下 ）目に見えないガンマ線を見える化するためのイメージング装置
や、食品の基準値以下の微量な放射能を検査する可搬装置を開発している。環境測定や核医学、
宇宙観測など様々な分野へ応用可能。
（ガンマアイグループ（仙台高専
加賀谷研究室））