レーザセンシング学会誌

2巻1号

ISSN 2435-6239

令和 3 年 4 月 30 日発行

2021

Vol.2 No.1

◆特集◆

ライダー技術Ⅰ

31 ページの記事参照

レーザセンシング学会

Laser Radar Society of Japan
http://www.laser-sensing.jp/

レーザセンシング学会誌
Journal of Laser Radar Society of Japan
Volume 2, Number 1（April 2021）

特集：ライダー技術 I
Special Issue on Lidar Technology I
巻頭言
Prefatory note

ライダー技術の発展と産業応用
Progress of LIDAR technology and its industrial application
平野嘉仁 Yoshihito Hirano

1

解説Technical Review

計測用パルス可視・紫外波長変換レーザ
Visible and UV Laser by Frequency Conversion for Sensing Application
廣橋淳二，宮﨑達也，星 正幸，今井浩一，冨張康弘
Junji Hirohashi, Tatsuya Miyazaki, Masayuki Hoshi, Koichi Imai, Yasuhiro Tomihari

4

解説Technical Review

セキュリティ分野におけるレーザリモートセンシング
Security applications of laser remote sensing
伊澤 淳，横澤 剛，倉田孝男，大海聡一郎，藏田真太郎，染川智弘，江藤修三，
眞子直弘，堀澤秀之，山口 滋，藤井 隆，久世宏明
Jun Izawa, Takeshi Yokozawa, Takao Kurata, Soichiro Oomi, Shintaro Kurata, Toshihiro Somekawa, Shuzo Eto,
Naohiro Manago, Hideyuki Horisawa, Shigeru Yamaguchi, Takashi Fujii, Hiroaki Kuze

10

解説Technical Review

1.5 μm レーザ光を用いたドップラーライダによる風計測技術
Wind velocity measurement technology by coherent Doppler lidar using 1.5-μm laser
辻 秀伸，今城勝治，廣澤賢一，亀山俊平，柳澤隆行
Hidenobu Tsuji, Masaharu Imaki, Kenichi Hirosawa, Shumpei Kameyama, Takayuki Yanagisawa

17

解説Technical Review

水中 LiDAR への取り組み
Challenges to Realize Underwater LiDAR
島田雄史，鈴木謙一
Takeshi Shimada, Ken-Ichi Suzuki

25

解説
Technical Review

月・惑星探査用ライダー
Lidar for Lunar and Planetary Exploration
加瀬貞二，水野貴秀，荒木博志，千秋博紀
Teiji Kase, Takahide Mizuno, Hiroshi Araki, Hiroki Senshu

31

編集後記

37

ライダー技術の発展と産業応用
平野 嘉仁
三菱電機株式会社（〒100‒0031 東京都千代田区丸の内 2‒7‒3）

Progress of LIDAR technology and its industrial application
Yoshihito HIRANO
Mitsubishi Electric Corporation, 2‒7‒3, Marunouchi Chiyoda-ku, Tokyo 100‒8310（Received February 20, 2021）
Regarding the progress of LIDAR technology and its industrial application, I describe my experiences forthe last 30 years and the latest technical progress of newly commercialized＂LiDAR＂. With the maturityof LIDAR technology and the clarification of social needs, I hope that LIDAR will make a leap forward
as a＂remote sensing technology that makes invisible things visible＂and that our traditional Laser Radar
Society of Japan will be activated.

最近，世間で＂LiDAR＂という名前が広く知られから反射や散乱で戻ってきた光の情報を取得するラるようになった．高速・高精度に立体空間を撮影す

イダー計測も，測距や大気観測を中心に広範囲の応るカメラとして，車の自動運転，ロボットの目，拡用に向けて開発が進んできた．本学会の前身である

張現実（AR）生成などの用途で注目を集めている．

レーザセンシング（レーザ・レーダ）シンポジウム

最初は，2013 年頃，マイクロソフトがゲームなどの 1972 年の第 1 回報告をホームページで眺めてみに用いるモーションセンサ Kinect に，強度変調しると，稲場文男先生や山中千代衛先生などの日本のた反射光の位相から反射点までの距離を取得する

レーザ界の生みの親を筆頭に，現理事の小林先生やiToF（indirect Time of Flight）方式を導入したことに内野氏の名前も拝見できる．高度成長期における大遡る．イメージセンサの素子毎に位相差を検出する

気汚染の計測や，超高層の計測，超長距離（人工衛方式は，CMOS カメラとの整合性が高く，高分解星）の距離計測など多様な報告がなされており，黎能な距離画像を得られるとともに，比較的安価であ明期における熱気がうかがえる．また，企業からのることから，その後，深度測定，暗所でのオート発表も多く，産業応用への期待感もあったように思フォーカス，顔認証といった用途でスマートフォン

われる．さて，その後 50 年間のシンポジウムの変に搭載されるようになってきた．更に，昨年，光パ

遷をみると，発表件数は 3 倍程度に増えてはいる

ル ス の 往 復 時 間 か ら 距 離 画 像 を 取 得 す る dToF

が，企業からの発表件数はスペースライダーなど一（direct Time of Flight）方式の＂LiDAR＂スキャナが時的なトピックスを除いて増えていないことは残念

iPhone に搭載され登場した．長距離，屋外での使である．ただ，この間，産業応用への努力が無かっ用に優れるとして注目にされており，ここにきて，たわけではない．手前味噌ではあるが，少し，30

まさに 1 人に 1 台の＂LiDAR＂時代が到来した．

年にわたって私と仲間たちで行った挑戦について述

さて，メイマンがルビーレーザを発振させてからべさせていただく．

60 年が経過した．レーザは，人類がレーザ応用技

本学会での私の最初の発表は 1989 年の福岡で開術に新天地を求め開発を進めた結果，通信，加工，かれた第 13 回である．もともと光通信用デバイス

ストレージ，計測，医療，照明といった産業分野の開発をしていた私は，当時の上長である伊東尚氏

で，社会に欠かせないものとなっている．この中から固体レーザの開発を命じられ，スタンフォード

で，レーザ光をターゲットに照射して，ターゲット

大の Byer 教授等により提案された半導体レーザ©2021 Laser Radar Society of Japan1

ライダー技術の発展と産業応用（平野 嘉仁）（LD）励起固体レーザの研究を始めた．LD 励起は，使用している高速信号処理装置と組み合わせること

固体レーザの電気効率をランプ励起に比べ 10 倍近で，半径 10 km，360 度周回データを 1 分程度で測く向上し，熱による出力限界を緩和する．これによ定できる設置型 CDL が完成した．当時，本ライり高ビーム品質の高繰返しレーザが実現可能になる

ダーの最初のユーザである北大の藤吉先生から，リため，高い空間分解能で高速 2 次元測距を必要とす

アルタイムで変化する細かい風の動きを可視化してるヘリコプタの電線検知などへの応用に向けた LD

見せて頂いた時には本当に感激した．また，この結端面励起 Nd:YLF レーザの開発結果を発表した．今果を，当時，小林先生の推薦で CLEO（サンフラン

では平凡な結果だったが，空冷を含め手に載るサイシスコ），浅井先生の推薦で CLRC（アスペン），そズのレーザを設計から製作まで 1 人で行ったのは良れぞれで招待講演させて頂いている．ただ，OPA

い経験となった．その後，LD 励起固体レーザは，は励起光源として 1 μm 帯の大型の固体レーザが別

その寿命の長さから宇宙での利用が注目され始め途必要で，製品の小型化・高信頼化に苦労した．

た．私も，1990 年後半は，本学会の笹野氏，中島CDL 製品で先行していた競合のロッキード・マー

氏，浅井先生，小林先生，内野氏，長澤先生等，多チン社も同様の苦労があったようで，2005 年頃に，くの皆様にお世話になりながら，＂ELISE＂等，衛使用するレーザを，波長 2.1 μm 帯の大型固体レー星搭載ライダー向けに，各種のレーザシステムを開ザから，光ファイバレーザ励起で小型化・高信頼化発させて頂いた．伝導冷却 Nd:YLF レーザや，横基に 向 く 波 長 1.6 μm 帯 の 固 体 レ ー ザ に 変 更 し た．

本モード Nd:YAG レーザでは，平均出力の世界記録

我々も，別のタイプの出力増幅器を模索した．当も達成し，ライダーのプロトタイプの製作まで行っ

初，光ファイバ増幅器の高出力化に向けて，非線形

たが，残念ながら実用にはいたらなかった．

効果の影響を減じるファイバコア径の拡大やファイ

1990 年台末になり，高出力の希土類添加光ファ

バ長の短尺化なども進めたが，抜本的な出力向上まイバが登場すると，ライダーの大きさ，価格，信頼でには至らなかった．最終的に，光ファイバ増幅器

性などの改善に向けて，送受信の光学系以外は，光と同じエルビウム添加ガラスを用い，バルクと 2 次

通信用の部品と光ファイバ増幅器で構成した全光

元導波路（光ファイバ）の中間にあたる平面導波路

ファイバ型ライダーの検討をスタートした．光通信型増幅器を独自開発することで課題の解決を図っの 波 長 帯 1.5 μm が フ ィ ー ル ド で 使 い や す い ア イ

た．結果，高出力化により観測距離は半径 30 km

セーフ波長であることや，コヒーレント光通信用の近くまで拡大し，空港の乱気流監視向けに適用可能

部品や技術も豊富であったことから，当時，研究所となった．また，小型化により航空機搭載が可能にでライダー事業化を模索していた我々は 1.5 μm のなり，JAXA（調布）殿に Boeing 747 での晴天乱気

コヒーレントドップラーライダー（CDL）の製品化

流検出試験を実施いただくに至っている．

に梶をきった．なかでも風計測は，ヒートアイラン

その他，CDL 以外の用途で開発した全光ファイド現象や環境影響物質の拡散といった都市環境監

バ 型 ラ イ ダ ー に CO 2 観 測 LAS（Laser Absorption

視，晴天乱気流や後方乱気流といった航空機の脅威

Spectrometer）が あ る．CO 2 吸 収 線 上 の ON/OFF 2

監視，風況調査や到来風を予測しての制御といった波長に，異なる強度変調周波数を割り当てて 2 波同風力発電の効率化等，数多くの産業応用テーマが考時・同光路で送信し，変調周波数毎での受信光強度

えられたからである．全光ファイバ型ライダーは，比から長距離パスでの吸収を高精度に測る方式を考思惑通り比較的簡単に製品化できたが，光ファイバ

案した．開発品は，JAXA（筑波）殿の航空機搭載の弱点として，その細いコア径での非線形効果，特実証等で精度検証頂いており，将来の衛星搭載につに狭スペクトル幅の光伝搬時におこるブリルアン散

ながることを期待したい．

乱のため，送信ピークパワーに限界があることもわ

この後，2010 年頃から始めた開発が，カメラ並かった．ライダーとして観測距離が数 100 m と短

みのフレームレートで動作する 3D イメージングラ

く，広範囲の風況分布をリアルタイムに測定するよ

イダーである．長距離で高分解能なデータを取得す

うな用途には使えないのである．その頃，丁度良いる場合，すべての点を順次スキャンする方法では，タイミングで，高効率な非線形素子である周期分極

飛行時間のためフレームレートが制限される．解決

反転素子 PPLN（Periodic Poled: LiNbO 3）の大口径には，複数点同時の測距処理が必要で，1 次元の化が三菱電線の谷口氏等により成され，高出力な光APD アレイと，その出力を同時に測距データに変パ ラ メ ト リ ッ ク 増 幅 器（OPA: Optical Parametric

換 す る TDC（Time to Digital Converter）ア レ イ IC

Amplifier）への応用を思い立った．最終的に，OPAを開発した．この受信モジュールで垂直方向のデーを全光ファイバ型ライダーに付加し，気象レーダでタを一括に取得し，水平方向はスキャナでビームを2

レーザセンシング学会誌

第 2 巻第 1 号（2021）

掃 引 す る こ と で， 距 離 1.2 km の 3D 画 像 を 30 フするだろう．

レーム/秒で取得することに成功している．今後，一方，＂LiDAR＂とライダーで最も異なるのが送道路，鉄道，航空滑走路などの路面・路線監視，宇信パワーである．大気散乱を対象とした長距離計測

宙や海底といった極限環境でのイメージングなどにとなれば格段に高い送信パワーが要求される．これ適用が広がることを期待している．

について最近のトピックスがあるので簡単にふれて

さて，ここまで，我々の経験で紹介したように，

おく．一つは，京大の野田先生等の発明であるフォ

新しい技術の導入によりライダーは着実に進歩し，トニクス結晶面発光レーザ（PCSEL: Photonic Crys-

産業への適用事例も増えつつある．さらに，近年，tal Surface Emitting Laser）である．PCSEL は，通常世界的な SDGs に基づく社会課題解決への意識の高の VCSEL と異なり，レーザ共振が活性層に平行でまりから，地球環境保全や気象予測に向けての社会ありながら垂直方向にビームを出射する．このた

ニーズも高まっているように思う．
＂遠隔からみえめ，広い共振領域の活性層内に蓄積された高いエネないものを見る技術＂として広視野の体積データをルギーが利用可能である．また，垂直方向に出射す

リアルタイムで取得できるような高性能なライダー

るビーム形状が共振の光強度分布に比例するため，を小型・低コストで提供できるようになれば，ライ

大口径（～mm）の横基本モードビーム形成が可能

ダーの社会実装がより進むだろう．最後に，これかである．現在，低次横モードでのエミッタ出力としらのライダー技術の進展について考えたい．

て 70 W と従来の VCSEL の数千倍が報告されてい冒頭で述べた＂LiDAR＂は，人が目をつかっておるが，理論的には更なる高出力化も期待でき，今後こなってきた認識の仕事を機械が受け持つためのの実証を待ちたい．面発光であるためアレイ化も容ツールとして開発されている．車やロボットの目

易で，ビーム出射方向も設計で変えることができる

や，人の視覚認識を AR/VR サイバー空間で共有すので，電気的に高出力ビームを掃引できるライダー

るためのセンサとしての市場規模は膨大で，実用化向きの半導体レーザが実現できる日も近い．

には多くの資金とエンジニアリングリソースが投入

二つ目は，高エネルギー発生に適した小型固体されている．多くの技術的イノベーション同様，

レーザ技術である．一般に，高エネルギーを扱う固

＂LiDAR＂における今回の非連続な技術進歩も，集体レーザでは，損傷を抑えるためにレーザビームの積化に優れ，量産化にも適する半導体技術の活用か

大口径化が有効であり，レーザ素子としてディスク

ら 生 ま れ て い る． 例 え ば，iPhone に 搭 載 の形状が良く用いられる．しかし，ディスクは排熱の＂LiDAR＂では，送信にレーザプリンタなどの量産ために厚みを薄くとる必要があり，蓄積エネルギー実 績 を も つ 面 発 光 レ ー ザ（VCSEL: Vertical Cavity

が小さくなることから単一素子からの出力が制限さ

Surface Emitting Laser）が，受光に CMOS イメージれていた．これに対し理研の平等先生等は，複数枚センサで培われた高度な製造技術で作られた SPADの薄ディスク素子を熱伝導率の高いサファイア冷却（Single Photon Avalanche Diode）が用いられ，生産

板でサンドイッチしながら独自技術で接合した性や信頼性を担保した上でスマートフォンに搭載可

DFC（Distributed Face-Cooled）構造の素子を提案し能な低価格も実現している．方式は，機械駆動のなており，すでに体積数立方センチの超小型素子からい，所謂，フラッシュライダーであり，なんといっＪ級の高エネルギー発生を実証している．また，Ｊても，センサチップ上で 2 次元のフォトンカウン

級の出力を波長変換可能な大口径の PPLN も同時にティングとデジタル演算を行い，距離・強度データ

実現しており，各種波長のライダーに適用できそうを直接出力するのは，まさに半導体設計・製造技術である．アイセーフ波長で出力すれば，超小型で長の賜物である．フラッシュ方式以外にも，シリコン

距離のフラッシュライダーも夢でなくなるかもしれフォトニクス技術で製作した光のフェーズドアレイ

ない．

ア ン テ ナ を 用 い， 電 子 的 に 高 速 ビ ー ム 掃 引 す る

これまで述べてきたように，ライダー技術は成熟

FM-CW 方式なども開発されているが，小型・高信を迎えつつあるとともに，社会ニーズも明確になり

頼・低コストを実現するのに半導体プロセスを用いつつある．今こそ＂遠隔からみえないものを見る技ているのは共通である．現在，SPAD やシリコン術＂としてのライダーの産業応用での飛躍と，伝統

フォトニクスの動作波長領域の拡大も進んでおり，あるレーザセンシング学会の更なる活性化に期待しこれらの技術導入でライダーの受信器は大きく進化

たい．

3

特集

ライダー技術 I

計測用パルス可視・紫外波長変換レーザ
廣橋 淳二，宮﨑 達也，星正幸，今井 浩一，冨張 康弘

株式会社オキサイド（〒408‒0302 山梨県北杜市武川町牧原 1747‒1）

Visible and UV Laser by Frequency Conversion for Sensing Application
Junji HIROHASHI, Tatsuya MIYAZAKI, Masayuki HOSHI, Koichi IMAI, andYasuhiro TOMIHARI
Oxide Corporation, 1747‒1, Maginohara, Mukawa, Hokuto, Yamanashi 408‒0302（Received February 1, 2021）
Visible and UV lasers for sensing application were investigated. In order to realize compact, relatively
high repetition rate, high peak power, and reasonable price pulsed lasers, pulsed fiber laser with 1064 nm,
50 kHz repetition rate, and 1 ns pulsed width laser was selected as a fundamental source. Frequency conversion part, proper non-linear optical materials were selected and the focusing and device dimension
were adjusted to achieve compact frequency convertors. For visible（532 nm）laser, convertor size wasachieved down to 100 cc size by utilizing PP-Mg:SLT device. For UV（355 nm and 266 nm）lasers, byselecting PP-Mg:SLT, PP-LBGO, and BBO devices, 100～200 mW level output power were achieved
with the convertor size of 120～220 cc. Those compact configurations were available for mounting themon drones.
キーワード：非線形光学，疑似位相整合，ファイバレーザ
Key Words: Nonlinear optics, Quasi phase matching, Fiber laser

1．はじめにが，可視，紫外光を用いることにより，更なる応用
展開の可能性が期待されている．

近年，各種分析やセンシングの用途において，可視光を用いたライダーの適用事例としては，水

レーザ光はさまざまな分野で利用，実用化されてい中への応用があげられる．水は赤外光が透過しない

る．その中で，レーザの種類は，駆動方式（連続波ため，透過率の高い波長帯域である青色から緑色

や パ ル ス 波（ns, ps, fs））， 波 長（赤 外・ 可 視・ 紫

（波長 440～540 nm 付近）が有効であり，資源探査，外），価格帯など，多種多様であり，用途に合わせ沈没船捜索，海中地形測量などへの応用が期待された装置が開発されてきた．

る．従来の超音波を用いたソナーと比べ，ライダー

レーザを用いたセンシング用途の代表的なものとは高解像度でかつ 3 次元計測が可能であり，従来とし て 近 年 ラ イ ダ ー（LIDAR: Light Detection and

比べて得られる情報の量および精度が飛躍的に拡Ranging, Laser Imaging Detection and Ranging）計 測

大・向上する．具体的には，光の届かない深海の潜技術が進歩しており，採鉱，土木建築，森林管理な

水調査艇による海底調査の例がある．深海では，太どで必要とされる広範囲な 3D データ取得する技術

陽の光が減衰して多くは届かないため，光学カメラなども実用化されている．また，自動車の自動運転

での遠距離での計測が難しい．一方，532 nm の可に向けた基礎データの計測，および自動運転向け用

視レーザを用いたライダーでは数十メートル離れたのリアルタイム計測など，ライダーの応用分野は拡

位置からの測定で高解像度の地底観測ができること大している．現在，3D 計測には主に赤外光（1.5が報告されている 1）．また，航空機に搭載して上空

μm 帯）のパルスファイバレーザが用いられているから河川や海底の地形をマッピングする航空レーザ©2021 Laser Radar Society of Japan4

計測用パルス可視・紫外波長変換レーザ（廣橋 淳二）

測 深（ALB: Airborne LiDAR Bathymetry）も 報 告 さでは，波長 1064 nm，平均出力約 1 W，ピーク出力れている．この方式の場合には，赤外光と組み合わ

最大 25 kW，繰り返し周波数 50 kHz，パルス幅約 1せることで，陸上，水面，水底のいずれにも対応で

ns のパルスファイバレーザで，波長変換で重要ときることが報告されている ．

な る 波 長 線 幅 は 200 pm 以 下， 直 線 偏 光 で LMA

2）

一方，紫外光を用いたライダーへの応用は，上空（Large mode area）の PM ファイバ（コア径 20 μm）

における火山灰の微小なチリの計測や，空気の薄いで伝搬されたものを採用した．サイズは 120 mm×層での風の流れを読み取るための窒素分子の蛍光を

120 mm×27 mm と比較的コンパクトで先端は FC/

用いたライダー計測への応用が期待されている．こAPC コネクタで終端されている．以下では本光源

れら計測を行うためには，波長の短い紫外光（355を基本波レーザとして用いた可視，紫外レーザにつnm，266 nm）のパルス光源が期待されている．

いて報告する．

これらライダー用の計測光源として求められる性

2．小型可視レーザ

能としては，計測の観点からは分解能やノイズを低減させるために，繰り返し周波数が高いこと，ピー

水中での計測を考えた場合，水に対して最も透過

クパワーが高いことが求められる．さらに，実用上率の高い 460～480 nm 近傍の青色が適しているが，は潜水調査艇や航空機に搭載する場合，小型で持ちこれらの波長を直接発振，または 920～960 nm 帯

運びができ，かつ価格的にも普及可能な価格帯であの波長変換をする構成を考えた場合，計測の感度をることが望まれる．特に，近年では Drone への搭載上げるための高ピークパワーレーザを実現することが期待されており，そのサイズ・重量の小型化およが難しい．そのため，水中ライダーの用途には，現び低消費電力化への要求は大きくなっている．この在の実現可能な技術としては，より高いピークパ

ような用途向けのパルスレーザの特徴について，そ

ワーを容易に得られる 1030～1070 nm 帯の赤外基の構成方式による比較を Table 1 に示す．

本波を波長変換する方式がコスト・性能の面で優れ

一般に，DPSS ベースのレーザは，高繰り返しのている．赤外光を緑色に変換する波長変換材料とし構成をとるとサイズが大きくなり，可搬が難しくなては，角度位相整合を用いた LBO と疑似位相整合る．一方でマイクロチップレーザなどに代表されるを用いた PP-KTP, PP-Mg:LN, PP-Mg:SLT など多くのパッシブ Q スイッチ方式のレーザなどは，小型化

候 補 が あ る（LBO: LiB 3O 5, KTP: KTiOPO 4, Mg:LN:が可能である一方で，繰り返し周波数を上げること

Mg-doped LiNbO 3, Mg:SLT: Mg-doped near stoichio-が難しく，パルスジッターもあり，計測上問題とな

metric LiTaO 3）3‒4）．その中でも，前記の基本波レーる場合がある．そこでわれわれは高繰り返し，高ザに対する波長変換素子として，Walk-off がなく常ピークパワー，可搬性を兼ね備えたレーザ光源とし温動作が可能で，且つ光損傷（フォトリフラクティて，ファイバレーザベースの特長に着目し，これら

ブ や グ レ ー ト ラ ッ ク）に 対 す る 耐 性 の 強 いと波長変換を組み合わせた波長変換レーザの開発を

PP-Mg:SLT を採用した．波長変換デバイスの選定に進めている．

おいては，変換効率，材料耐性（ピークパワー，平

本稿では，パルスファイバレーザとして，1064

均出力）のバランスを考えて最適化が必要である．

nm レーザを適用し，これと組み合わせた波長変換

デバイス長とピークパワー密度（フォーカシング条

レーザについて説明する．パルスファイバレーザは件）を複数の条件で検討した結果，2 mm 長を選定

加工用途に多く適用されているが，そのほとんどはすることで，Fig. 1 に示すように変換効率約 50% の波長線幅が数 nm でランダム偏光となっており，波出力を得ることができ，出力ビームは中央部が特に長変換効率が極端に悪く適していない．そこで本稿
Table 1Comparison of pulsed laser properties by different laser
configuration.

Fig. 15Frequency conversion property of 532 nm generation fordifferent units,

レーザセンシング学会誌

第 2 巻第 1 号（2021）

Table 2

Fig. 2Comparison Nonlinear optical device pare for 355 nm
generation 5︲8）.

532 nm laser module.

バックコンバージョンすることなく，ほぼ円形のビームを得ることができた．さらに，複数素子に対して検証した結果，ほど再現することを確認した．
この基礎データに基づき，波長変換レーザを構成した．波長変換素子は機能させるためには温度制御が必要であるが，そのための温度制御回路は波長変換モジュール内に搭載する設計として，ファイバ
レーザと波長変換部の両方の小型化を図った．その結果，Fig. 2 に示すように，100 cc 以下の波長変換モジュール構成を実現できた．
現在この構成は Drone に搭載された水中計測ライ

Fig. 3

Schematics of THG setup for monolithic device.

ダーへの応用が進んでいる．また，近年では，高出力化，赤外と可視の 2 波長同時出力化，より青に近た．

い波長のレーザなどの要望も多く，現在それぞれのその中で，最もロバストな組み合わせのひとつと用途に合わせた設計条件の最適化も進めている．

し て，SHG 部 を 2 mm，THG 部 を 4 mm， 全 長 63．小型紫外レーザ
次に，紫外レーザについて説明する．はじめに

mm としたモノリシックデバイスに対する最適な集光条件を見出した．Fig. 4 に 355 nm の出力が最大となるように調整した集光条件における入力―出力

355 nm レーザを考えた場合，355 nm を発生させる特性の結果を示す．1 素子で 1064 nm からの変換効ためには，SHG（Second harmonic generation）およ

率で 10% 程度，平均出力 100 mW 以上の 355 nm のび THG（Third harmonic generation）の 2 つ の 波 長

出力条件を見出すことができた．従来の方式の場変換過程が必要となる．Table 2 に両過程の波長変

合，波長変換素子が必ず 2 つ必要なり，2 つの素子

換素子の組み合わせ候補を示す．

間にコリメート/集光のレンズが必要であり，さら上記の中で，潮解性がなく変換光のビームが円形にそれぞれの温度調節が必要であった．一方，本構を保つことのできる No. 3 と No. 4 のペアについて成の場合，SHG 素子の素子長が 2 mm 程度で温度，検討した．なかでも No. 3 のペアについては，同じ材料を用いていることから，一つの素子に 2 つの波長変換機能をインテグレートしたモノリシック波長変換素子を設計，作製した．Fig. 3 に波長変換の光学系を示す．
モノリシック構造のそれぞれの変換過程の最適化をするため，SHG 部の素子長を 2～4 mm，THG 部の素子長を 3～7 mm とした複数の素子水準の組み合わせを検討し，あわせて各組み合わせに対して基本波の集光条件も複数確認し，最適となる素子長，集光条件の組み合わせについて，実験的に確認をしFig. 4Frequency conversion property of 355 nm generation bymonolithic PP-Mg:SLT device.

6計測用パルス可視・紫外波長変換レーザ（廣橋 淳二）

Fig. 5

Fig. 6Compact 355 nm laser module.

Fig. 7Frequency conversion property of 355 nm generation by
PP-Mg:SLT and PP-LBGO devices.

Schematics of THG/FHG setup.（FHG: forth harmonic
generation）

波長共に許容幅が十分広い設計をしたことから，一つの温度調節機能のみで SHG/THG の両方の位相整合条件を満たす構成を実現できた．

Fig. 8355 nm beam profile generated by PP-LBGO.

これらの基礎データに基づき，小型波長変換器の試 作 を 行 っ た 結 果，Fig. 5 に 示 す よ う に 532 nm

は SHG/THG ともに 5℃以上の半値幅があり，安定

レーザとほぼ Compatible な 355 nm レーザを実現す性が高いことが確認できた．また，Fig. 8 に示すよることができ，変換モジュールのサイズも 120 cc

うに，出力ビームは Walk-off のない円形のビームを程度に抑えることができた．

得ることができた．

前記で述べた 355 nm 波長変換レーザの場合，小次に，同様の構成で，THG デバイスを FHG デバ

型化のメリットはあるが，材料の吸収の関係のたイスに変更し，深紫外（266 nm）の波長変換につめ，最大出力は～100 mW 程度で制限されてしま

いて検討した．532 nm 発生部の波長変換素子としう．そこで，より出力の高い変換器を目指すに当たては，Walk-off のない PP-Mg:SLT を用いその集光条り，Table 2 に示す No. 4 のペアの構成について検討

件および素子長は前章の 532 nm 変換器の条件を踏した．一般的な加工機等に用いられているレーザの襲した．

場合，高出力耐性を優先し，SHG/THG の組み合わ

その後，1064 nm 光は分離し 532 nm のみ FHG デ

せとしていずれも LBO を用いたものが多くみられバイスに集光した．266 nm への波長変換素子の候る．一方で，LBO の場合，Walk-off によるビーム整

補 と し て は，BBO, CLBO, PP-LBGO が 挙 げ ら れ形が必要であることから，本開発では Walk-off がな

る 9‒10）．それぞれ，BBO は変換効率が高い，CLBO

くビーム整形が容易な PP-LBGO 素子に着目して検は Walk-off が小さく出力耐性が高い，PP-LBGO は討を行った．

潮解性がなく Walk-off がない，という特長がある．

Fig. 6 に，355 nm の 波 長 変 換 の 評 価 系 を 示 す．

一般的には BBO が最も多く用いられているが，近SHG 部 に は PP-Mg:SLT 素 子 を 用 い，THG 部 に

年ではより高出力が必要な加工・検査用途において

PP-LBGO 素子を用いた．PP-LBGO 素子の形状は，は CLBO も用いられる．これらの材料は Walk-off

厚み 0.5 mm，幅 7 mm，長さ 10 mm，周期約 6.4 μmや潮解性の点で不利な点も存在するためこれらの問の 1 次 QPM 構造のものを用いた．SHG/THG 部そ題が存在しない PP-LBGO もデバイスの候補としてれぞれ TEC により個別に温度制御されている．Fig.

挙げられる．本稿では，基本波レーザの強度の最も7 は基本波 1064 nm の入力に対する 355 nm 光の出マッチングのよい BBO に着目し，素子長や集光条力特性である．ここで，基本波に対する波長変換効

件を変えて変換効率やビームのプロファイル特性の率は 15% 以上，平均出力として 200 mW 以上の変評価を行った．

換を得ることができた．その時の温度許容幅として

7

Fig. 9 に素子長 3 水準および集光ビーム径 3 水準

レーザセンシング学会誌

第 2 巻第 1 号（2021）

Fig. 10

Fig. 9Conversion properties of 266 nm in different focusing
condition and device length.

Fig. 11

Beam profile of BBO with and without optimization.

355 nm（left）and 266 nm（right）laser module.

波長変換モジュールともに小型に構成することで，に対する変換効率特性を示す．いずれの素子長，集Drone への搭載も可能なサイズ・重量を実現した．

光条件に対しても出力 200 mW 以上の出力を得た．

今後は，これまで航空機では計測できなかった狭小

その中でも最もロバストな条件として，集光条件，なエリアにおいても上空からのセンシングを適用で及び素子長水準を 1 つずつ決定し，ビーム径の評価きるようになるなど，計測分野がより身近なところ

及びビーム整形の光学系の選定を行った．

まで展開できると考えられる．また，本開発で実現

Fig. 10 に素子からの伝搬距離に対するビーム径

したレーザの可搬性はその他の応用分野としてウイについて，ビーム整形前とビーム整形後のビームプ

ルスの不活性化用途などにおいても注目されておロ フ ァ イ ル を 示 す． ビ ー ム 整 形 前 に お い て は，り，今後応用範囲がより広がることを期待される．

BBO の Walk-off を大きく反映した楕円形のビーム謝が確認された．一方，ビーム整形を施すことで，ほぼ円形となり，かつ伝搬距離に大きく依存せずコリ
メートに近い状態を実現できる解を見出した．
以上の結果に基づき，2 素子の構成による 355 nm
および 266 nm 波長変換レーザモジュールの設計・試作を行った．Fig. 11 に外観写真を示す．いずれ
も，リアパネルおよびフロントパネルについては小型のレーザモジュールを踏襲した互換性のある構造
で， 全 長 が 355 nm 用 で 128 mm（204 cc），266 nm用で 138 mm（220 cc）とほぼ同程度のサイズの構成を実現できた．波長変換特性は基本設計で得られた基礎特性を確認できた．また，コネクタ着脱により容易に波長を切り替えられることも確認した．

4．まとめ
本稿では，計測用途に適した高繰り返し，高ピー
クパワーのファイバレーザをより高機能化させる観点で，波長変換技術を用いて実現した可視，紫外パ

辞

本研究の一部は，（独）新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）の研究事業の支援を受けて行
われた．
参考文献
1）石 橋 正 二 郎， 光 技 術 コ ー デ ィ ネ ー ト ジ ャ ー ナ ル「OPTRONICS」/株式会社オプトロニクス社，2016，Vol.
35，58（in Japanese）．
2）中村圭吾，水環境学会誌 Vol. 42（A），174，2019（in Japanese）．
3）S. Wang et al., J. Appl. Phys. 96，（2004）2023.
4）K. Kitamura et al., Ferroelectrics 257,（2001）235.
5）A. A. Kaminskii et al., phys. Stat. sol（a）125,（1991）671.
6）S. Miyazawa, et al., Phys. Stat. Sol., A 208（2011）1195.
7）J. Hirohashi, et al., CLEO 2014, SM4I. 6, San Jose（2014）.
8）J. Hirohashi et al., Advanced solid state laser 2014, Atu4A. 4（2014）.
9）M. Nishioka et al., J. Cryst. Growth 279（2005）76.
10）J. Hirohashi, et al., CLEO 2015, STh3H. 5, San Jose（2015）.

ルスレーザについて述べた．ファイバレーザおよび

8計測用パルス可視・紫外波長変換レーザ（廣橋 淳二）

廣

橋

淳

二

1999 年東北大学大学院工学研究科電気・通信工学専攻博士前期課程修了，2000 年三井化学
株式会社，2003 年 Royal Institute of Technology, Sweden,
Applied Physics department 客員研究員を経て 2006 年同校博士課程修了，Ph.D. 同年より株式会社オキサイドにて主に強誘電体材料の分極制御・非線形光学材料による波長変換デバイスおよびそれを用いたモジュール設
計に従事．

9

レーザセンシング学会誌

第 2 巻第 1 号（2021）

特集

ライダー技術 I

セキュリティ分野におけるレーザリモートセンシング
伊澤 淳 1，横澤 剛 2，倉田 孝男 1，大海 聡一郎 1，藏田 真太郎 1，
染川 智弘 3，江藤 修三 4，眞子 直弘 5，堀澤 秀之 6，山口 滋 6，
藤井 隆 4，久世 宏明 5株式会社 IHI（〒235‒8501 神奈川県横浜市磯子区新中原 1 番地）

1

2
3

4
5

明星電気株式会社（〒372‒8585 群馬県伊勢崎市長沼町 2223）（公財）レーザー技術総合研究所（〒565‒0871 大阪府吹田市山田丘 2‒3）（一財）電力中央研究所（〒240‒0916 神奈川県横須賀市長坂 2‒6‒1）

千葉大学 環境リモートセンシング研究センター（CEReS）（〒263‒8522 千葉県稲毛区弥生町 1‒33）
6

東海大学（〒259‒1292 神奈川県平塚市北金目 4‒1‒1）

Security applications of laser remote sensing
Jun IZAWA 1, Takeshi YOKOZAWA 2, Takao KURATA 1, Soichiro OOMI 1, Shintaro KURATA 1,
Toshihiro SOMEKAWA 3, Shuzo ETO 4, Naohiro MANAGO 5, Hideyuki HORISAWA 6,
Shigeru YAMAGUCHI 6, Takashi FUJII 4, and Hiroaki KUZE 5
1
2

IHI Corporation, 1, Shin-nakahara-cho, Isogo-ku, Yokohama, 235‒8501

MEISEI ELECTRIC CO., LTD., 2223, Naganuma-cho, Isezaki, Gunma, 372‒8585
3

Institute for Laser Technology, 2‒6, Yamadaoka, Suita, Osaka 565‒0871

4

Central Research Institute of Electric Power Industry, 2‒6‒1, Nagasaka, Yokosuka, Kanagawa 240‒0196

5

Center for Environmental Remote Sensing（CEReS）, Chiba University, 1‒33, Yayoi-cho, Inage-ku, Chiba 263‒8522
6

Tokai University, 4‒1‒1, Kitakaname, Hiratsuka, Kanagawa, 259‒1292（Received February 8, 2021）
We describe the application of laser remote sensing technology to a wide range of environments by using
our laser radar technology based on Mie scattering lidar, with various laser-sensing methods such as spectroscopy and image acquisition. Among various targets, this paper focuses on the field of security, namely,
CBRNE（Chemical, Biological, Radioactive, Nuclear, and Explosive）remote detection. The use of ahigh-power, compact femtosecond laser（terawatt laser）enables classifying cesium aerosol（radioactive
and nuclear simulated）and riboflavin aerosol（biological simulated）at a stand-off distance of 10 m andidentifying different plastics（explosive simulated）. In turbid water that simulated seawater, visualizationof the 1951 USAF（U.S. Air Force）resolution test chart was achieved using a pulse laser as part of turbid
water visualization technology. Since no information was available from a normal camera, the results
have confirmed the superiority of our method. We also describe laser Raman measurements that haveshown the ability to identify underwater substances.
キーワード：レーザリモートセンシング，LIBS，nPEF，イメージング，ラマン分光
Key Words: Laser remote sensing, LIBS, nPEF, Imaging, Raman spectroscopy

1．はじめにる技術である．その相互作用の物理現象に応じて手法と得られる信号情報を適切に選択することによレーザセンシングは，対象物にレーザを照射し，り，対象物の位置，形状および色彩コントラスト，

対象物とレーザ光の相互作用によって発生する信号

材質，含有微量成分などの様々な情報を得ることが光を受光して分析することにより対象物の情報を得できる．さらに高出力レーザ及び送受信光学系・高©2021 Laser Radar Society of Japan10

セキュリティ分野におけるレーザリモートセンシング（伊澤感度検知素子/手法を組み合わせたレーザリモート
センシング技術に発展させることができる．これにより，遠方や通常ではアクセス不可能な危険な環境においても非接触で安全に計測することが可能である．

淳）

した計測技術・装置の研究開発も行っている．

3．セキュリティ分野への適用事例
本節では，Table 1 に示した適用事例のうち，セキュリティ分野への適用事例の概要を紹介する．こ特にセキュリティ分野においては，有害な物質やれらの研究は，IHI グループと社外研究機関で研究

爆発物など危険性が潜む環境や，水中や上空などのグループを構成して実施している．社外研究機関が極限環境での計測が求められる．我々 IHI グループ実施した基礎研究の成果をもとに当研究グループで（株式会社 IHI および関連会社）では，ミー散乱ラ応用に関する共同研究を実施し，最終的には IHI グ

イダー粉塵計測システムでライダー技術を長年培っループでのシステム化・製品化を目指している．

てきた．この技術をベースに，社外共同研究者と連携して様々な計測手法を組み合わせ，セキュリティ
事業への適用を想定したレーザリモートセンシング
システムの研究開発を行っている．

2．IHI グループにおけるレーザリモート
センシングシステム

3.1 CBRNE 物質遠隔検知システム
あらかじめ計測対象種別が予測できる場合には，その物質に対して最適な手法を選択することが可能である．しかしながら，このような予測が事前にできない場合や計測対象が多種にわたる場合には多数の計測手段を用意しておくことが必要であり，シス

Table 1 は，我々が取り組んでいるレーザリモー

テム構築が難しい．よって，一種類の装置（システトセンシングシステムの一覧である．パルスレーザ

ム）によって複数（可能であれば全部）の種別の物を光源として，散乱，ブレークダウン発光，多光子質を検知できるような手法が望ましい．一方，高出

励起蛍光，ラマン，光吸収などの物理現象から時間

力フェムト秒レーザ（いわゆるテラワットレーザ）

波形，波長スペクトル，画像信号などが得られる．

により発生する非線形現象を用いた計測手法を用い

これを用いて，粉塵環境，有害物質/爆発物，水中，ることにより，1 台の装置で複数の種別に対応する

悪天候下，高温などの様々な条件において環境，交システムを実現できる可能性がある．我々は，高出通，セキュリティ，生産技術等の多岐にわたる適用

力フェムト秒レーザによる大気中のエアロゾル物質

先へ展開を試みている．また，レーザ以外のランプ

な ど の 遠 隔 検 知 技 術 を 研 究 し て お り， こ れ を光や太陽光などの自然光源を用いた吸収分光を利用

CBRNE（Chemical；化学，Biological；生物，Radio-

Table 1

11

Application examples of laser remote sensing in the IHI-Group campaniles.

レーザセンシング学会誌

第 2 巻第 1 号（2021）

中の電子がイオンに再結合する際，エネルギー準位間を遷移することにより，そのエネルギー差に相当
するエネルギー（波長）を持つ光を発光する．エネ
ルギー構造に由来するその発光波長は物質（原子，ラジカル等）の種別により異なるため，分光測定
データを既知の波長データベースと照合することに
より対象物の種別を特定することができる．LIBS
はレーザの波長を選ばず，簡易な構成で多種の物質を検知対象とすることができる上，発光波長の線幅が狭く分離が容易であることから，微量成分の検知にも適している．
nPEF は，光の物質への吸収過程において複数のFig. 1

Schematic of our proposed lidar system for detecting andclassifying CBRNE aerosols by LIBS or TPF using ahigh-power femtosecond laser 6）.

光子（多光子）が同時に吸収され，n 倍のエネル
ギー（1/n の波長）の準位に励起される現象を用いた計測手法である．紫外レーザに比べて製作が容易
な可視～近赤外レーザで，高いエネルギーをもつ準

active；放射性物質，Nuclear；核，Explosive；爆発位に励起することが可能になる．多光子励起の吸収物）物質の遠隔検知システムへの適用を検討してい係数は光強度に対して非線形で，高出力フェムト秒

る．Fig. 1 に シ ス テ ム 構 成 を 示 す 6）． シ ス テ ム はレーザのような高いピークパワーを持つレーザにおミー散乱ライダーによる検知部と，高出力フェムト

いて顕著に現象が現れる．

秒レーザによる識別部からなる．通常は検知部のナ分子（特に有機物のような構造の複雑な分子）にノ秒パルスレーザを対象空間に照射・走査し，空間おいては，分子の共鳴現象に由来する発光が多数か

全体を持続的に監視する．監視中に不審なエアロゾ

つ微細・複雑なスペクトル形状を持ち，通常の計測

ルを検知した場合に，その距離と方向を抽出し，高においては複数のスペクトルが結合した広い線幅の

出力フェムト秒レーザを照射して識別を行う．

スペクトルとして観測される．このスペクトルは同システムの究極の目標は，数百 m から数 km の一の元素組成を持つ物質においても分子構造の違い

距離領域において，高出力フェムト秒レーザを用いにより中心波長ないしは形状が異なる．このため検た LIBS（Laser Induced Breakdown Spectroscopy；

知したのち種別を識別する際，特に有機物のように

レ ー ザ 誘 起 ブ レ ー ク ダ ウ ン 分 光）と，nPEF（n元素組成が類似しているが，分子構造が異なる物質

Photon Excited Fluorescence；多光子励起蛍光）の一の種別を識別するのに有利である．

種 で あ る TPF（Tow Photon excited Fluorescence；2高出力フェムト秒レーザを用いるもう一つのメ

光子励起蛍光）の手法を用いて様々なエアロゾルのリットであるフィラメンテーションでは，自己収束

スタンドオフ検知および識別を行うことである．

現象による連続的な集光チャネルが形成される．こ

高出力フェムト秒レーザ光の照射により，高い

れは，空気ないしはレンズ等の透過媒質の，光強度ピークパワーを用いた非熱的過程による低温プラズに対して非線形な屈折率の分布により，レーザビー

マが生成される．このため，プラズマの熱輻射によムの断面内が局所的に集光し，光の伝搬方向に連続るバックグラウンドノイズを抑制したコントラスト

した集光領域（チャネル）を生成する現象である．

の高いスペクトルが得られ，高感度計測の観点から

ピークパワーが高いほど屈折率の分布は大きくな有望である．加えて，フィラメンテーション現象をり，高出力フェムト秒レーザのような高いピークパ用いて遠距離において相互作用長の長い集光チャネ

ワーを持つレーザにおいて影響が顕著になる．フィ

ルを生成することが可能であり，遠隔での物質検知

ラメンテーションの結果として集光領域においてブに有用である．

レークダウンが生じ，プラズマの連続的なチャネル

さ ら に は 検 知 手 法 と し て 用 い た LIBS お よ びが生成される．従来のナノ秒レーザではプラズマ化

nPEF は高出力フェムト秒レーザを用いることによさせるために強く集光させる必要があり，100 m をり同一のシステムで実現可能であり，計測対象種に超えるような遠距離でのプラズマ化は難しい．一方よって手法を使い分けることができる．

フェムト秒レーザでは，このフィラメンテーション

LIBS は高い強度のレーザ光を物質に集光し，ブ現象を用いることにより，レーザ光は平行光もしく

レークダウンさせてプラズマを生成する．プラズマ

は緩やかな集光状態であってもレーザ光自身の自己12セキュリティ分野におけるレーザリモートセンシング（伊澤淳）収束により遠距離での集光，プラズマ化が可能である．高出力フェムト秒レーザを用いたフィラメン
テーション現象の実例として，Fujii らの報告がある 27）．この報告では，フィラメンテーション現象
による大気のプラズマ化を多数の筋状の発光として観測しており，ビームパターンの断面中にフィラメ
ンテーション現象による複数の集光スポットを確認している．LIBS 計測により，距離 16 m において塩化ナトリウム（食塩）エアロゾル中のナトリウムの遠隔検知に成功している 27）．
フェムト秒レーザはナノ秒レーザと比較してより

Fig. 3

TPF spectrum observed for riboflavin aerosol, with laser
energy of 10 mJ/pulse, pulse width of 100 fs, laser beam
size of ～3 mm of diameter at the aerosol position, riboflavin aerosol concentration of 1.3 μg/L （0.0032 wt% of
riboflavin in aqueous solution）. 7）

Fig. 4

LIBS spectrum observed for bulk organic plastic samples,with laser energy of 0.6 mJ, the actual pulse width of 150
fs（slightly longer than the nominal value of 120 fs）, thespot diameter of approximately 0.1 mm（an estimatedvalue）9）.

高度なレーザ技術に基づいており，特にテラワット
レーザと称されるような高出力フェムト秒レーザに関しては，これまで実験室レベルでの運用しかできなかった．近年になってレーザ技術と取扱いノウハ
ウの向上により専用コンテナでの運用が可能となり，屋外での移動と試験が可能となった．レーザの小型化と耐環境性の向上は継続して研究開発が進んでおり，将来的にはより運用性の高いシステムの実現が期待できる．
R，N 物質のような元素物質の検知を模擬して，セシウムの検知試験を実施した．Fig. 2 は，計測された LIBS スペクトルの典型例である 4）．中心波長852.1 nm にて，セシウムに由来する急峻なピークが観測されている．現状では，計測距離 10 m でセシウムエアロゾル濃度 3.2 μg/L におけるスペクト
ルピークの有無を判別できた 4）．
B 物質のような有機物エアロゾルの検知は，リボ

10 m において 1.3 μg/L のリボフラビンエアロゾル

フラビンを模擬物質として用いた．Fig. 3 は観測さ濃度におけるスペクトルピークの有無を判別できてれた典型的な TPF スペクトルである 7）．蛍光のピー

いる 4）．

クは，約 500 nm から 550 nm の波長範囲で観察さE 物質の検知については，有機プラスチックを模れた．この結果は，リボフラビンの TPF 検出に関擬物質とした LIBS により行っている．Fig. 4 にナする過去の報告と一致している 28）．現状では距離

イロン 6，ウレタン，ポリエチレン，ポリスチレン
試 料 に つ い て の LIBS ス ペ ク ト ル を 示 す 9）． 小 型
フェムト秒レーザを用いた机上試験により，CH，
CN，C 2 のラジカル発光が，C，H の元素のピークに加えて観察されている．この試験では，検知に加え，各試料における LIBS スペクトルからの種別の違いについての類別を行っている．単純なピーク波長の違いだけでは，すべての試料がほぼ同じ化学種で構成されているので，同じ波長にピークが現れ類別ができない．我々はスペクトルのピーク強度比を用いた類別を試み，Fig. 5 に示すように 2 種（2 次元）の強度比を用いることにより各々の類別ができ

Fig. 2

13

LIBS spectrum observed for cesium aerosol, with laser
energy of 181 mJ/pulse, pulse width of 1000 fs, beam
size of 3 × 5 mm（at the aerosol position）, concentrationof the cesium aerosol of 3.2 μg/L（0.001 wt% of cesium
chloride in aqueous solution）4）.

ることを確認した 11）．このような分析には，PCA（Principal Component Analysis； 主 成 分 分 析）や
PLS-DA（Partial Least Squares Discriminant Analysis；
部分的最小二乗判別分析）などの多変量解析手法がレーザセンシング学会誌

第 2 巻第 1 号（2021）

Fig. 6
Fig. 5

Schematics of the underwater visualization system †1.

Classification of LIBS spectra of organic materials basedon 2D plot of peak intensity ratios 11）.

有用と考えられる 9）．

3.2 水中画像および水中成分計測
近年，資源探査などの海洋利用が盛んになってきている．ROV（Remotely Operated vehicle；遠隔操作型 の 無 人 潜 水 機）
，UUV（Unmanned Underwater

Fig. 7

Vehicle；無人水中航走体）等に水中カメラを搭載しExamples of visualization of USAF chart in turbid waterby a normal camera and the underwater visualization
system †1.

た海底探査が従来技術として確立しているが，沿岸域などでは通常のカメラでは数 m 以上の距離が観これにより目標物手前の濁水からの散乱光を除去

測困難な濁水域が大半である．水中では電磁波も使し，濁水中でも鮮明な画像を得ることができる．

用できないため，濁水中の計測ではこれまで超音波

Fig. 7 に，実海域を模擬した濁水中での計測例を計測が主流であった．光を用いた方式では，パルス示す †1．水槽内の水道水に濁度標準試料（カオリ

レーザを用いた TOF（Time of Flight；飛行時間）にン）を混合して濁度 0.75 の濁水を調整し，距離 4

よる距離計測をベースとした点群計測による形状構

m で撮影している．左が通常カメラおよび通常照築技術が水中計測へ適用されてきた（Table 1 の No.

明，右が本システムによる撮影画像である．本シス

9 が空中での適用事例である）．我々は検知された

テムでは，照明光源に波長 532 nm の Nd:YAG SHG

物体の種別を認識するために，空間分解能の向上や（最大出力 50 mJ，パルス幅約 5 ns）を用い，A4 サ

コントラスト情報などの付加価値増加を目的としイズの USAF（U.S. Air Force）解像度テストチャーて，レーザと超高速ゲート付き超高感度カメラによト（1951 USAF resolution test chart）をターゲットとる濁水中の画像計測技術に取り組んでいる．

して全面に拡散照射し，散乱光を ICCD（Intensified

Fig. 6 にシステム構想を示す †1．ROV，UUV 等のCharge-Coupled Device；光増幅機能付き電荷結合素

水中機器に搭載し，ソナー等による広域探索で検知

子）カメラで撮影している．ICCD のゲインを制御された不審な物体・障害物に対して本システムによして約 20 ns の時間ゲートをかけ，濁水からの散乱

る計測を行い，物体の画像計測と識別を行う．本シ

光を排除している．通常カメラでは光量は十分であ

ステムは，パルスレーザとゲート付高感度カメラをるものの，濁水からの散乱によって白濁してしま

用いた高感度画像計測システムである．レーザを目い，ターゲットの描画を判別することができない．

標物に照射し，散乱光を撮像装置にて画像計測す一方で本システムによる画像は，時間ゲートによりる． こ の 時， 撮 像 装 置 入 射 部 に 取 り 付 け た 高 速

濁水からの散乱光を排除し，鮮明な画像が得られてシャッタにより目標物からの散乱光が撮像装置に到いる．

達するタイミングに合わせて時間ゲートをかける．

海中におけるレーザセンシングの適用先として，
形状・画像計測の他に海中成分の検知識別も有用でIHI パ ン フ レ ッ ト＂濁 水 中 可 視 化 技 術＂，Subseatech
Japan 2018．

†1

ある．海中は海底パイプラインなどのエネルギー・
資源の輸送手段としても活用されている．広域にわ

14

セキュリティ分野におけるレーザリモートセンシング（伊澤淳）

ギー・生産技術などの様々な分野への適用を進めて
いく．
参考文献

Fig. 8

Raman spectra of canola oil with thicknesses of 5, 10, and
20 mm located 2 m away in the water tank 14）.

たるパイプラインの漏洩監視および早期発見の手段として，広範囲にわたる領域を短時間でモニタリン
グできる手法の開発が望まれている．海水中の漏洩成分を検知し，パイプライン由来の成分（油分）を識別する手法として，ラマン散乱の分光計測に取り組んでいる．
Fig. 8 に，水中ラマン計測の例を示す 14）．水槽中に油膜厚さ 5～20 mm のオイルセルを設置し，波長532 nm の Nd:YAG SHG（最大出力 10 mJ，パルス幅
約 10 ns）を水槽窓から照射した．水槽窓からオイルセルまでの水中距離は 2 m である．信号光をレーザ近傍に設置した受光光学系および分光計測装置にてスペクトル計測し，ラマン信号を検出した．100
回積算信号の 5 回平均のスペクトル（露光時間：4ms）を取得した．測定の波長分解能は 1.4 nm である．本図では，観測視野に含まれる水がほぼ均一であることを利用し，3400 cm －1 に見られる水のラマ
ン信号（O-H の対称伸縮モード）で規格化している．さらに見やすいように，信号強度にオフセットをかけて並べてある．油からは信号強度の大きな
2910 cm －1 の C-H の対称伸縮モードが水のラマン信号の裾に観測されている．挿入図に油の 2910 cm －1部分の拡大図を示しているが，油膜厚さに応じて油のラマン信号が大きくなっていることがわかる．
本結果により，水中の油に対してもラマン法による遠隔測定は可能であり，海底パイプラインの油流出事故を遠隔から観測できる可能性を示した 14）．

4．おわりに本稿では，セキュリティ分野のレーザリモートセンシングにおける当研究グループの取り組み例として，高出力フェムト秒レーザを用いた CBRNE 物質の遠隔検知と，濁水中の可視化技術ならびにラマン
分光による海中成分検知技術について紹介した．今後もレーザリモートセンシング技術と分光・画像計
測技術をはじめとする各種レーザセンシング技術を融合させて，セキュリティ分野並びに環境・エネル

151）J. Izawa, T. Kurata, T. Yokozawa, S. Eto, and T. Fujii: “Standoff detection of cesium aerosol by LIBS using a ns-pulsed
laser”, Proceedings of International Conference on Laser
Applications in Nuclear Engineering（LANEʼ13）, Yokohama,Japan, April 23‒25,（2013）35.
2）横澤 剛，伊澤 淳，倉田孝男，松永 易，染川智弘，眞子直弘，久世宏明：「エアロゾル識別用スタンドオフ計
測システムの検討」，第 31 回レーザセンシングシンポジ
ウム予稿集，B-4，（2013）20．
3）伊澤 淳，横澤 剛，倉田孝男，松永 易，江藤修三，藤井 隆：「レーザ誘起ブレークダウン分光法によるセシウ
ムエアロゾルの遠隔検知」，第 31 回レーザセンシングシ
ンポジウム予稿集，F-4，（2013）120．
4）J. Izawa, T. Yokozawa, T. Kurata, A. Yoshida, Y. Matsunaga, T.
Somekawa, S. Eto, N. Manago, H. Horisawa, S. Yamaguchi, T.
Fujii, and Hiroaki Kuze: “Stand-off detection and classificationof CBRNE using a lidar system based on a high power femtosecond laser”, Proc. SPIE, 9253-10（2014）.
5）藤 井 隆， 伊 澤 淳， 倉 田 孝 男， 横 澤 剛， 江 藤 修 三：
「フェムト秒レーザを用いたレーザ誘起ブレイクダウン
分光によるセシウムエアロゾルの遠隔検知」，第 31 回
レーザセンシングシンポジウム予稿集，P-11，（2015）
46．
6）国内特許，2018 年，第 6425351 号．
7）伊澤 淳，横澤 剛，倉田孝男，松永 易，染川智弘，眞子直弘，久世宏明：「フェムト秒レーザによる多光子吸収過程を用いた生物由来エアロゾルの遠隔検知」，第 31
回レーザセンシングシンポジウム予稿集，P-22，（2013）86．
8）伊澤 淳，横澤 剛，倉田孝男，三代 周，松永 易，染川智弘，眞子直弘，久世宏明：「フェムト秒レーザを用いた多光子吸収過程における生物由来エアロゾルの蛍光特性」，第 32 回レーザセンシングシンポジウム予稿集，P-25，（2014）86．
9）倉田孝男，伊澤 淳，松永 易，横沢 剛，堀沢秀之，山口 滋：「レーザ誘起ブレークダウン分光を使った有機化
合物の識別」，第 31 回レーザセンシングシンポジウム予稿集，P-23，（2013）88．
10）倉田孝男，伊澤 淳，堀澤秀之 A，横澤 剛 B，松永 易，山口 滋：「レーザー誘起ブレークダウン分光を使った有機化合物の識別」，レーザー学会学術講演会第 35 回年次大会講演予稿集 E11aⅠ9（2015）．
11）国内特許，2018 年，第 6307903 号．
12）染川智弘，伊澤 淳，藤田雅之，河仲準二，久世宏明：「レーザーラマン分光を利用した水中油の遠隔計測技術の開発」，第 67 回応用物理学会春季学術講演会講演予稿集，415p-B409‒2（2020）．
13）T. Somekawa, J. Izawa, M. Fujita, J. Kawanaka, and H. Kuze:“Remote detection of oils in water using laser Raman spectroscopy”, Opt. Commun. 480（2020）126508.
14）染川智弘，伊澤 淳，藤田雅之，河仲準二，久世宏明：「レーザーラマン分光を利用した水中油の遠隔計測技術の開発」，第 38 回レーザセンシングシンポジウム予稿集，A-1，（2020）．

レーザセンシング学会誌

第 2 巻第 1 号（2021）

15）中島勇人，山本貴史，松坂文夫，原 煕，藤井政光，甲斐憲次：「アイセーフ・レーザーによる大気環境計測」，
レーザー研究 25 巻 1 号，（1997）50．
16）横沢 剛，東川 孝，伊澤 淳，眞子直弘，久世宏明：第44 回 光波センシング技術研究会 講演路文集，「アイセ ー フ ラ イ ダ ー シ ス テ ム の 産 業 応 用」，LST-44‒22，（2009）147．
17）中島勇人，山本貴史，松坂文夫，原 煕：「アイセーフコ
ヒーレントレーザレーダの開発」，第 19 回レーザセンシ
ングシンポジウム予稿集，B-2，（1998）13．
18）濱野靖徳，小原正孝，藤森俊郎，山口 滋，佐藤順一：「小型可搬型 LIF 測定装置の開発」，石川島播磨技報 36
巻 2 号，（1996）84．
19）関本清英，鎌上則夫，久光 豊，小野一也，永田宏一
郎：「三次元レーザレーダの開発」，石川島播磨技報 43
巻 4 号，（2003）114．
20）高野武寿，山口 真，平岩勇樹，寺内 強，中村寿夫：「小型三次元レーザレーダの開発」，石川島播磨技報 47
巻 2 号，（2007）81．
21）久光 豊，関本清英，永田宏一郎，上原 実，大田栄一：「三次元レーザレーダ式踏切障害物検知装置の実用化」，
IHI 技報 48 巻 1 号，（2008）1．
22）関本清英，永田宏一郎，白木博文，兼坂 薫：「三次元レーザレーダによるさらなる交通安全社会の実現に向けて」，IHI 技報 51 巻 4 号，（2011）77．
23）大脇 桂，森田一郎，高橋秀夫，八木武人，海老名信
一：「溶接部可視化装置（iL Viewer）の開発と応用」，石川島播磨技報 42 巻 5 号，（2002）270．
24）伊澤 淳，大海聡一郎，稲元智行，久保田伸彦：「レーザを用いた広域 CO 2 漏えい検知技術の開発」，IHI 技報 52

巻 4 号，（2012）50．
25）伊澤 淳，倉田孝男，馬場隼也，間野正美，犬伏和之：「広帯域赤外 OPO を用いた実森林における大気中 CO 2の濃度計測」，第 34 回レーザセンシングシンポジウム予
稿集，E-9，（2016）58．
26）伊澤 淳，倉田孝男，馬場隼也，間野正美，犬伏和之：「広帯域赤外 OPO を用いた実森林内での CO 2 濃度変動の検知能力」，レーザー学会学術講演会第 37 回年次大会
講演予稿集 E408aⅠ03（2017）．
27）T. Fujii, N. Goto, M. Miki, T. Nayuki, and K. Nemoto: “Lidar
measurement of constituents of microparticles in air bylaser-induced breakdown spectroscopy using femtosecond terawatt laser pulses”, Opt. let. 31（23）,（2006）3456.
28）G. Méjean, J. Kasparian, J. Yu, S. Frey, E. Salmon, and J. -P.
Wolf: “Remote detection and identification of biological aerosols using a femtosecond terawatt lidar system”, Appl. Phys. B
78,（2004）535.

伊

澤

淳

1994 年 3 月慶應義塾大学理工学部電気工学科卒，1996 年 3 月同大学院理工学研究科修士課程電気工学専攻修了．同年 4 月より石川島播磨重工業
株式会社（現 株式会社 IHI）に勤務し，現在に至る．主にレーザ光源及び周辺装置，レーザ計測技術に関する研究開発に従事．2001 年 3 月学位取得（工学博士，岡山大学）．レーザセンシング学会・
レーザー学会・電気学会会員．

16

特集

ライダー技術Ⅰ

1.5 μm レーザ光を用いたドップラーライダによる
風計測技術

辻

秀伸，今城 勝治，廣澤 賢一，亀山 俊平，柳澤 隆行
三菱電機株式会社 情報技術総合研究所（〒247‒8501 神奈川県鎌倉市大船 5‒1‒1）

Wind velocity measurement technology by coherent Doppler lidar using 1.5-μm laser
Hidenobu TSUJI, Masaharu IMAKI, Kenichi HIROSAWA, Shumpei KAMEYAMA, andTakayuki YANAGISAWA
Information Technology R&D Center, Mitsubishi Electric Corporation, 5‒1‒1 Ofuna Kamakura, Kanagawa 247‒8501（Received February 15, 2021）
Technology for visualizing wind is required for weather forecasting and aviation safety. A wind LIDAR
has been developed for measuring wind remotely as movement of aerosols and molecules in the atmosphere by detecting laser scattering. Especially, the coherent Doppler LIDAR can detect wind with highsensitivity regardless of day or night and it is put in operational service as a measuring instrument for airport weather to prevent aircraft accidents due to downbursts and wind shears, wind power generation efficiency improvement and wind turbine damage prevention. This article describes the history and the typesof wind measurement lidar, and introduces the configuration and performance of the coherent Doppler
lidar system commercialized and under development by Mitsubishi Electric.
キーワード：コヒーレントドップラーライダ，風計測，航空安全，水蒸気計測
Key Words: coherent Doppler LIDAR, wind measurement, aviation safety, water vapor density measurement

1．はじめに計等の計測方法が用いられている．これらの計測方法は，我々が肌で風を感じているのと同様，いずれ

我々がいつも身近に感じられる「風」は，目に見も in-situ（その場）計測であり，風を「見る」こと

えない空気の流れであり，直接肌で感じることはでに相当する遠隔計測や，上空の風を計測することはきるが「見る」ことは難しい自然現象の一つであできない．そこで，気象台や測候所ではラジオゾン

る．大気の循環である風は，気象に影響を与える低デを上空に上げて風向風速を計測している．しか気圧や高気圧の発生や，災害を引き起こす梅雨や台

し，観測場所や観測頻度が限られるため気象予測へ

風などに大きな影響を与えるものであり，風を知るの適用は限定的である．

ことは我々が今後安全・安心な生活を営んでいく上遠方の風を可視化する方法の一つとして，風計測で非常に重要である．また風を知ることは，安全・ライダ（LIDAR, LIght Detection And Ranging）が開

安心な生活に欠かせない気象予報の分野でも重要で発されている 1‒3）．ライダとは，レーダ（RADAR,あり，特に地表の影響を受けにくい上空の風の計測

RAdio Detection And Ranging）が 使 用 す る 波 長が重要である．一般的に風の計測には，カップ形状

mm～km 程度の電磁波である「電波」（Radio）を，の羽で風をうけてその回転速度で風を計測する風杯

波 長 0.3 μm～10 μm の 電 磁 波 で あ る「光」
（Light）

型風速計や，プロペラで風を受ける風車式風向風速に置き換えたものに相当し，その光源には主にレー計，超音波の伝搬速度の差から空気の流れを計測すザ光が用いられる．ライダは光を用いたリモートセる超音波風向風速計，電流により加熱された熱線がンシング（遠隔からの観測）を行う手段の一つであ

風により冷却されることで風速を導出する熱式風速

り，パルス光，または強度や位相を変調した連続光©2021 Laser Radar Society of Japan

17

1.5 μm レーザ光を用いたドップラーライダによる風計測技術（辻秀伸）

を遠方の対象に照射し，その反射光を受信して検出

ent Technology Inc.（現在は Lockheed Martin 社が買することにより，対象までの距離，速度，成分等の収）の Kavaya らは，本レーザ装置を用いてライダ

特性を計測する．

システムを構築し 8），1993 年に NASA のロケット

大気中には目に見えないエアロゾル粒子や分子が数多く存在し，これら対象物をライダにより計測す

射場の風況モニタとして使用されたことが報告されている 9）．

ることで，大気の様々な情報を引き出すことができ

上記風ライダでは波長が 1.064 μm に変更された

る．例えばエアロゾル粒子とは大気中に漂う微細なことで，いくつかの課題が解決されたが，目に対す粒子であり，そのサイズは分子やイオンとほぼ等しる安全性が課題として残った．風計測ライダは，屋い 1 nm から，花粉のような 100 μm まで幅広く分外にむけてレーザ光を照射することが前提になる．

布している．ライダに使用するレーザ光は電波と同

大気中のエアロゾル粒子による微弱な散乱光を受信様に電磁波の一種であり，波の性質を持つため，原するには，高いレーザ出力が必要となるが，レーザ則，光の波長より大きな物体の反射が検出できる．

光はその集光性の高さから，目に対する安全性が厳

大気中にはライダに使用される光の波長と同等以上

し く 規 定 さ れ て い る． 目 へ の 最 大 許 容 露 光 量のエアロゾル粒子が数多く存在するため，光の幾何（MPE）が大きいアイセーフ波長と呼ばれる波長は学的な反射による直接計測することが可能である．

1.4 μm～2.6 μm であり，特に 1.5 μm～1.8 μm は可視

さらに，この反射だけでなく，ミー散乱，レイリー

光に比べて 6 桁大きい MPE を有する 10）．そこで，散乱，ラマン散乱等，分子やフォノンを介した複数

Coherent Technology 社（米）の Henderson ら は，の散乱過程による散乱光や，照射した光を励起光とレーザ発振にて高ピークパルス動作が可能な Tm,

した蛍光，および大気成分の分子による吸収を計測

Ho 系固体レーザ材料を用いた，アイセーフ波長ですることが可能である．このように，ライダは大気ある 2 μm 帯の風計測ライダを開発し 11, 12），製品化の様々な情報を引き出すことができるため，気象観（製品名 Wind Tracer †2）を実現した．本装置は，空測や大気観測に多く用いられている．

港周辺の航空機事故の原因となる乱気流検出に対す

本稿では，ライダを用いた風計測技術について，

る有効性が認められ，2002 年に民間空港では初めその歴史と原理，三菱電機の製品である風計測ライて香港空港に 24 時間常時観測機器として設置され，

ダ DIABREZZA TM†1 の紹介，および今後の風計測ラ

その後の空港に設置される風計測ライダの主流とイダ技術の展開について述べる．

なった．
上記ライダに使用されている 2 μm 帯とは別のア

2．風計測ライダ開発の歴史

イセーフ波長帯として，1.5 μm 帯が挙げられる．

1970 年 に NASA（当 時）の Huffaker ら に よ り，

この波長帯は目に対する安全性の高さに加え，光通

世界で初めてレーザを用いた風計測が行われた 1）．

信用に開発された廉価で高性能な光源，検出器，光波長 10.6 μm の連続発振 CO 2 レーザを用いて，航ファイバや光学部品が使えること，大気中の水蒸気

空機の後方に発生する翼端渦（後方乱気流）の計測の吸収線が少なく吸収による伝搬損失を避けるためを行い，渦による風速の時間変化の計測に成功しての波長選択が必要無いこと等のメリットを有する．

いる．その後，1990 年頃までは，主に CO 2 レーザ

2001 年には，三菱電機の柳澤らが波長 1.54 μm でを用いて，大気の境界層における風速分布計測

4, 5）

発振する Er,Yb:Glass をレーザ材料として用いた単や航空機搭載による晴天乱気流計測が行われた 6）．

一周波数高ピークパルスレーザを開発し 13），波長

一方で，波長 10 μm 帯のライダでは，使用できる

1.5 μm 帯のパルスレーザでは初めて，最大計測距

光学部品が限定され高価であること，冷却型の検出

離 6 km の風計測結果を報告した 14）．さらに，2003

器が必要であること，長時間動作ができないことな

年には，単一周波数 Yb:YAG ディスクレーザを基本

どの実用化に向けた課題が生じていた．そこで，

波とした 1.5 μm パラメトリック増幅（OPA）によ1987 年にスタンフォード大学の Kane らが，風計測

り高出力化をはかり，北海道大学の藤吉，山下らにライダに適した固体レーザ光源として，LD 励起単より本レーザを搭載した地上設置型のライダを用い

一 周 波 数 Nd:YAG レ ー ザ（波 長 1.064 μm）を ス ラて都市環境における広域風計測の有効性を実証しブレーザ増幅器で高出力化した固体レーザ装置の開た 15）．三菱電機は，2006 年にはパルス光を用いた発を行い，それを用いた風計測ライダを NASA と全光ファイバ型の風計測ライダを世界に先駆けて製共同で開発した ．これに続いて，1989 年に Coher7）

†2
†1

18

http://www.mitsubishielectric.co.jp

https://www.lockheedmartin.com/en-us/products/
windtracer.html

レーザセンシング学会誌

第 2 巻第 1 号（2021）

品化し 16），2013 年にはデータ取得率を向上するた量を利用するため，太陽光等の背景光に影響を受けめのアダプティブ制御を搭載した風況調査用ライダ

やすい．また，レーザ光源波長に対するエッジフィを製品化した 17）．また，海外では，英国防省研究

ルタのカット波長の変動は，受信強度に対して大き所（QinetiQ）において，連続光を用いた全光ファイく影響するため，レーザ光源の波長安定制御やカッバ型の風計測ライダを開発しト波長変動を抑えるためのフィルタの温度管理が必，その開発者ら

18, 19）に よ り ZephIR 社（英）†3，Halo photonics 社（英）†4

要になる．

が 設 立 さ れ た． さ ら に， 仏 国 立 航 空 宇 宙 研 究 所

このように，二つの方式にはそれぞれ特徴がある（ONERA）は，パルス光を用いた全光ファイバ型のため，目的に合わせて使い分けることができる．例

風 計 測 ラ イ ダ を 開 発 し 20）， そ の 開 発 者 ら に よ り

えば，成層圏においてはエアロゾル粒子が少なく主

Leosphere 社（仏）†5 が設立された．気象用計測器最に大気分子の散乱を観測することになるため，レイ

大 手 の VAISALA（フ ィ ン ラ ン ド）が，2020 年 に

リー散乱によるインコヒーレント方式が適していLeosphere 社を買収して今に至っている．

る．一方で，航空安全や都市環境計測，風力発電向3．風計測ライダの種類
風計測ライダにはいくつかの方式があり，大きく
ドップラー方式，分布変化検出方式の 2 つに大別される．

け等の産業用途では，昼夜を問わない 24 時間計測が要求されることから，コヒーレント方式が適している．
分布変化検出方式では，直接検波によるエアロゾ
ル粒子の分布の時間変化を計測する．そのため，送ドップラー方式では，単一周波数のレーザ光を大信光に単一周波数の光源が不要で，受信も強度のみ気に照射し，大気中のエアロゾル粒子からの後方散を検出すれば良く，ドップラー方式に比べて廉価に乱光を受信する．エアロゾル粒子は大気の流れであ構成できる．一方で，強度分布の時間変化から移動る風とともに移動しているため，後方散乱光は風速量を検出するため，相対的に空間分解能が低下するに相当するドップラーシフトが発生する．このドッ

遠方の風速や局所的に分布が変化する乱気流等の検

プラーシフト量を計測することで，風速を検出す

出は困難で，航空気象等の安全確保のための風速観る．

測には不適である．

このドップラーシフト量の計測方法に関して，コ

5 章以降で紹介する三菱電機の風計測ライダでヒーレント方式（ヘテロダイン検波方式）とインコ

は，産業用途への適用を念頭に波長 1.5 μm を用い

ヒーレント方式（直接検波方式）の 2 種類の方法がたコヒーレント方式を採用している．ドップラー方ある．コヒーレント方式 1）では，送信光の一部と受式のライダでは，波長制御された単一周波数の光源

信光を合波してヘテロダイン検波し，送信レーザ光が必要となるが，特にヒーレント方式では，インコと受信光の周波数差を計測することで，ドップラー

ヒーレント方式と比較して，大気からの散乱光を光シフト周波数を計測する．このドップラーシフト周

ヘテロダイン検波するため，その送信光およびロー波数から，送信光の視線方向の風速を算出する．本カル光として干渉に適したコヒーレントな光源が要

方式は送信光と受信光の干渉効果を利用するため，求 さ れ る． こ れ ら に 対 し， 波 長 1.5 μm 帯 で は，太陽光等の背景光の影響を受けずに，昼夜問わず安ファイバ増幅器出力を固体レーザによりさらに高出定した計測が可能になる．

力に増幅することで，高エネルギー出力可能なコ

インコヒーレント方式 2）では，受信光を二つの異ヒ ー レ ン ト 光 源 を 実 現 し， 本 方 式 に 適 用 し て いなる波長通過帯域を持つエッジフィルタに通し，こる 21）．また波長 1.5 μm 帯は，アイセーフ帯である

れら二つのフィルタの透過強度比から，受信光のこと，通信用で高い信頼性が得られている光ファイ

ドップラーシフトによる波長変化量を計測する．本バ構成が可能であること等の利点がある．さらに，

方式ではレイリー散乱がより強く発生する紫外光が後述のコヒーレント方式における感度の高さから，利用できる．このためエアロゾル粒子が少ない上空

インコヒーレントに比べ小さな光学系で必要とされにおける観測では，大気分子によるレイリー散乱光

る SNR を得ることができる．

を利用可能なインコヒーレント方式が有効である．
一方で，ドップラーシフトの検出に受信強度の変化

4．コヒーレントライダの原理
Fig. 1 に，コヒーレント方式の風計測ライダの測

†3
†4
†5

https://www.zephirlidar.com

定原理と装置構成例を示す．変調の方式やパルス化

http://www.leosphere.com

は一般的な AOM（Acousto-Optic Modulator）を想定

http://www.halo-photonics.comの方式は複数の方式が用いられているが，Fig. 1 で

19

1.5 μm レーザ光を用いたドップラーライダによる風計測技術（辻Fig. 1秀伸）

Measurement principle and configuration of a coherent Doppler LIDAR.

した構成を示している．LD から出力された周波数
f 0 のレーザ光は二つに分岐され，一つは送信光とし

SNR =て，もう一つはヘテロダイン検波のローカル光とし

η hve

√

2P s PLO

2

e
2η hv
PLO B

2

=

ηP s
hvB

（1）

て利用される．分岐された送信光はパルス変調器にコヒーレント方式においてはローカル光が十分強

よりパルス化されるとともに，中間周波数シフト

ければ，一般的な光検出器雑音成分である暗電流やΔf が付加される．送信光はパルス変調器を通過後，熱雑音が，ローカル光ショット雑音に対して十分小レーザ増幅器により増幅され，送受分離部を通過しさくなる．その結果，SN 比は式（1）に示すようたのち送受信光学望遠鏡によりビーム径を拡大さに，検出器雑音成分に依存せず，理想的にはショッ

れ，大気中に照射される．照射された送信光はエアト雑音限界の SN 比が得られ，理論限界に近い高感ロゾル粒子により散乱され，その散乱光を送受信望

度受信が可能となる．

遠鏡で集光される．この散乱光は，大気に照射した光の周波数に，風によるエアロゾル粒子の移動速度に応じたドップラーシフト周波数 f d が付加された
周波数になる．集光された散乱光は，送受分離部により送信系と分離され，ローカル光と合波し，ヘテ

5．三菱電機ドップラーライダシステム「DIABREZZA」
5.1 地上/洋上設置型単距離ライダ（DIABREZZA_W）17）

ロダイン検波する．これにより，受信した散乱光の本ライダは風力発電向けの小型高分解能な風計測

周波数からローカル光の周波数を差し引いた周波ライダであり，ウィンドファームにおける風況観測数，つまりパルス変調器による中間周波数シフトへの適用を想定している．ライダの外観を Fig. 2 にΔf とドップラーシフト周波数 f d が加算された周波示す．本ライダでは，鉛直方向 1 視線の風速と，天数が検出される．その後，信号処理部で Δf を差し

頂角 15° に傾けた 4 方向の視線方向風速をそれぞれ引くことで，ドップラーシフト周波数 f d，さらには風速が算出される．また，パルス化された送信光の送信から受信までの時間を計測することで，距離を算出する．さらに，視線方向を複数切り替えて風速を観測することで，風向を算出することができる．
式（1）に， コ ヒ ー レ ン ト 方 式 の SN 比 を 示
す 22‒24）．P S は受信信号強度［W］，P LO はローカル
光強度［W］，η は量子効率，e は電気素量［q］，hはプランク定数［Js］，ν は光周波数［Hz］，B は受信に用いる帯域幅［Hz］である．

20

Fig. 2

Outlook of the compact and high-resolution coherent
Doppler LIDAR for wind power.

レーザセンシング学会誌

第 2 巻第 1 号（2021）

Table 1

Specifications of the compact and high-resolution
coherent Doppler LIDAR for wind power.

Fig. 3

Outlook of the long-range coherent Doppler LIDAR.

Table 2

Specifications of the long-range coherent Doppler
LIDAR.

計測し，ベクトル合成により風向を導出する．これにより，マストでは計測困難な，高度 40 m～250 m
までの水平風向風速・鉛直風速（3 次元風ベクトル）の高度分布の計測を可能にしている．Table 1に本ライダの主要性能を示す．
風計測ライダはエアロゾル粒子からの散乱光を受信するため，気象条件が変化してエアロゾル粒子の数が減少した場合，風計測ライダの受信 SN 比が減
少し，結果として風計測可能な距離が短縮されることがある．一方で，ウィンドファームにおける風況
観測では長期間の安定した風況観測が必要とされファイバ並の高増幅利得 24 dB を達成し 25），遠距離る．そこで本ライダには天候条件等に応じて観測パ

測定に適した高出力動作を実現した．

ラメータを自動調整して，所望の高度でのデータ取Fig. 3 に， 地 上 設 置 型 風 計 測 ラ イ ダ の 外 観 を，得率を最大化する環境適用制御機能を備えている．

Table 2 に地上設置型計測ライダの主要性能を示す．

また，洋上風力発電向けのオプション機能とし前述の開発したレーザ増幅器を用いることで，最大て，洋上浮体への設置することを想定した遠隔監視

計測距離 34 km を実現している 26）．本ライダは，制御機能・動揺補正機能が用意されている．

国内は羽田空港（2014 年），成田空港（2016 年），
関西空港（2018 年）に設置され，空港近辺の風観

5.2 地上設置型長距離ライダ（DIABREZZA_A）

測を行っている．また，海外では香港，トルコ，北本ライダは空港向けの大型で長距離観測可能な風

京，フランスの空港に設置され，世界の航空機の安計測ライダであり，航空機が安全に発着できるよう，空港近辺のウインドシアやダウンバーストの観測への適用を想定している．
本ライダは，空港周辺の広い領域をカバーするた

全を見守っている．
また，2010 年から開発を開始した平面導波路型
レーザ増幅器は継続的に改良が加えられ 27），2019
年には最大出力 15.8 mJ が報告されている 28）．

め，長距離な計測が必要となる．これを実現するには，ピークパワーが kW クラスのレーザ出力が要求

5.3 地上設置型中距離ライダ（DIABREZZA_S）

される．

本ライダは可搬型を特徴とした，コンパクトな全

そこで我々は，固体レーザ媒質を用いた高利得平

光ファイバ型風計測ライダであり，様々な用途に対面導波路型レーザ増幅器を開発した．このレーザ増して汎用的に持ち運んで観測する運用を想定してい幅器の導波路は，Er,Yb 添加リン酸ガラスレーザ媒

る．

質をコアとして使用し，無添加リン酸ガラスを第 1Fig. 4 に， 地 上 設 置 型 中 距 離 ラ イ ダ の 外 観 を，クラッドに，光学ガラスを第 2 クラッドに用いたダ

Table 3 に地上設置型中距離ライダの主要性能を示

ブルクラッド構造を特徴としている．この構造によす．本ライダは送受望遠鏡およびスキャナ部を本体り，高ピーク動作が可能な固体レーザを用いて光から分離し，現地で組み立て可能とすることで，可21

1.5 μm レーザ光を用いたドップラーライダによる風計測技術（辻秀伸）

Fig. 5
Fig. 4

Table 3

Outlook of the Nacelle-mounted LIDAR.

Outlook of the All-Fiber Doppler LIDAR system.

Specifications of the All-Fiber Doppler LIDAR system.

Table 4

Specifications of the the Nacelle-mounted LIDAR.

6.1 ナセル搭載型ライダ
本ライダは風力発電用の風力タービンの回転軸を保持する部分にあたるナセルに搭載し，風力タービ
ンに流入する風の風向・風速を測定する運用を想定している．計測された風向・風速情報を元に，タービンをリアルタイムに制御することで，効率的な発電を実現する．Fig. 5 に，ナセル搭載型ライダの外搬型でコンパクトな構成を実現している．また，汎観を，Table 4 にナセル搭載ライダの主要性能を示用的な利用を想定することから，本ライダが照射す

す．本ライダはナセルに搭載することを前提に，全るレーザ光はアイセーフ条件を満足しており，目にてのコンポーネントが 1 つのユニットに統合されて対する安全を考慮している．本ライダの観測距離とおり，小型軽量化を実現している．また，大気条件

して，気象条件にも依存するが，大気境界層内であに応じた観測パラメータの自動最適化によりデータ

れば水平距離 3 km まで計測可能である．適用分野

取得率を最大化している．

として，例えば上層風の鉛直プロファイルや局所風の計測等の気象観測分野や，ビル風，高速道路などの突風，および小型航空機の横風計測等の都市災
害，安全分野等を想定している．

6．風計測ライダ技術の展開

6.2 水蒸気・風速同時計測向けコヒーレント方式差分吸収ライダ 29, 30）

本ライダはこれまでのコヒーレント方式風計測ラ
イダの技術を応用し，風速の他に水蒸気も観測可能にしたライダである．水蒸気と風を同時に観測する

風計測ライダ技術の今後の展開として，風計測ラ

ことで，豪雨発生源となり得る水蒸気フラックスをイダにより計測された風向・風速情報を元に，対象把握し，高精度な豪雨予測が可能になると考えられをリアルタイムに制御することで，危険を回避し，ており，豪雨被害を最小限に抑えることのできる防円滑な運用を維持する等の産業応用に向けた開発が災・減災社会への貢献を目指している．

加速すると考えられる．また，風計測ライダ技術をFig. 6 に本ライダの構成図を示す．本ライダでは応用した水蒸気計測についても近年開発が進められ

水蒸気の吸収波長に合わせたレーザ光源（1531.383ている．ここでは二つの開発中のライダについて紹nm）と，水蒸気の非吸収波長に合わせたレーザ光

介する．

源（1531.575 nm）の 二 つ の 波 長 の レ ー ザ 光 源 を，

22

レーザセンシング学会誌

第 2 巻第 1 号（2021）

ダ DIABREZZA TM の紹介，および今後の風計測ラ
イダ技術の展開について概要を説明した．
本稿では，民間企業の一製品としてのライダを紹介したが，製品は研究用途における開発といくつかの相違が発生する．
まず，風計測ライダは野外の過酷なフィールドでFig. 6

Schematic of 1.53-μm coherent DIAL.

の運用が想定されるため，単純化して言えば「いつでも，どこでも」所望の性能が得られるように製造しなければならない．このためには，部品一つ一つに至るまで温度，湿度，塩分等の環境条件への適応性能の確認が必要になり，適応できない部品が一つでもあれば，製品として成立しないことになる．
また，製品は仕様に基づいた同じ性能を担保する必要があるが，一方で構成する部品一つ一つにはそれぞればらつきがあるため，組み上げた製品にも性能にばらつきが生じる．このため，部品のばらつきを考慮した部品選定や設計，試験が必要になる．

Fig. 7Comparison with DIAL and in-situ sensor H 2O data.

これらの様々な検討を重ねて設計された装置は，研究用途における開発時の装置よりも高コストにな

光スイッチにより切り変えて交互に照射する．照射る．しかし，製品の価格は購入する方々のニーズにしたそれぞれのレーザ光に対して，Fig. 1 で示したより決まるため，ニーズにより決定された製品価格

コヒーレント方式風計測ライダと同様にヘテロダイに対し，設計した装置の製造コストが上回れば，そン検波する．検波された受信信号を吸収波長と非吸の装置は製品化できない．その場合，製品化するた

収波長で比較すると，吸収波長では大気の水蒸気にめには低コスト部材の選定や，機能の見直し等，低よる減衰により受信信号が低下する．この吸収波長コスト化が必要になる．

と非吸収波長の受信信号の差から水蒸気量を算出す

今回紹介した風計測ライダの製品は，以上のようる．さらに，通常のコヒーレント方式風計測ライダ

な製品化に対するいくつものハードルを越えてきたと同様，ヘテロダイン検波により大気のエアロゾル

ものになる．風計測ライダ技術の展開で示したいく

粒子の移動速度に相当するドップラーシフトを観測

つかの技術が今後製品化されるかは，今後これらのすることで，風速も同時に計測可能である．Fig. 7

ハードルが超えられるかにかかっている．風計測ラに本ライダによる水蒸気観測結果と観測地点に設置

イダのように気象観測を目的としたセンサは，一般

した温湿度計から算出した水蒸気測定値の時間変化

消費者向けというよりは産官学向けであるため，を比較した結果を示す．Fig. 7 より，水蒸気量の時ニーズを掘り起こすためには産官学が一緒になって間変化が両機器で誤差 0.56 g/m 3 の範囲内で一致し技術開発，有用性の実証，適用分野の提言等を行うており，本センサが正しく水蒸気を計測しているこことが重要と考える．民間企業としては，一緒に掘とが確認されている．

り起こしたニーズを製品の形で実現することで，安現在，高精度な豪雨予測に関して様々な研究がされており，例えば気象研究所では，観測誤差が比湿で 1 g/kg と仮定した水蒸気鉛直分布のライダ観測
データを利用することで，豪雨の降水予測精度が改善されることをシミュレーションにより実証している 31）．今後は，本ライダを用いて水蒸気フラックスを観測し，この観測結果を反映させた豪雨予測技術を開発する予定である．

7．おわりに赤外線レーザを用いたドップラーライダによる風計測技術として，三菱電機の製品である風計測ライ

全・安心社会の実現に向けて貢献していきたい．
参考文献
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20）Jean-Pierre Cariou, B. Augere and M. Valla: “Laser source
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21）T. Yanagisawa, T. Sakimura, K. Hirosawa, T. Takasaki, N.
Samejima, M. Furuta, H. Tanaka, S. Kameyama, T. Ando, K.
Asaka, and Y. hiarno: “History of 1.5 μm laser source for thecoherent Doppler LIDAR in Mitsubishi Electric”, Proceedingof 19th Coherent Laser Radar Conference（2018）We9.
22）小林喬郎，M. Hanza，石原久寛，稲場文男：信学技報
OQE-80‒141（1981）101.
23）R. Frelich: “Velocity error for coherent Doppler lidar withpulse accumulation,” J. Atoms. Oceanic, Technol. 21（2004）
905.
24）S. Kameyama, T. Ando, K. Asaka, Y. Hirano, and S. Wadaka:“Performance of Discrete-Fourier-Transform-Based Velocity
Estimators for a Wind-Sensing Coherent Doppler Lidar
System in the Kolmogorov Turbulence Regime”, IEEE Trans.
on Geosci. Remote Sens, 47（2009）3560.
25）T. Sakimura, Y. Watanabe, T. Ando, S. Kameyama, K. Asaka,
H. Tanaka, T. Yanagisawa, Y. Hirano, and H. Inokuchi: “1.5-μm
high average power laser amplifier using an Er,Yb:glass planar
waveguide for coherent Doppler LIDAR,” Proc. SPIE, 8526
（2013）852604.
26）S. Kameyama, T. Sakimura, Y. Watanabe, T. ando, K. asaka,
H. Tanaka, T. Yanagisawa, Y. Hirano, and H. Inokuchi: “Windsensing demonstration of more than 30 km measurable range
with a 1.5 μm coherent Doppler lidar which has the laser
amplifier using Er,Yb:glass planar waveguide,” Proc. SPIE
8526（2013）85260E.
27）K. Hirosawa, T. Sakimura, N. Samejima, T. Yanagisawa, and
S. Kameyama: “9-mJ laser amplifier at 1540 nm for a coherent
lidar system with 250 Hz repetition”, in 19th Coherent Laser
Radar Conference（CLRC 2018）（2018）paper Mo8.
28）T. Sakimura, K. Hirosawa, Y. Watanabe, T. Ando, S. Kameyama, K. Asaka, H. Tanaka, M. Furuta, M. Hagio, Y. Hirano, H.
Inokuchi, and T. Yanagisawa: “1.55-μm high-peak, high-average-power laser amplifier using an Er,Yb:glass planar waveguide for wind sensing coherent Doppler lidar”, Optics
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29）M. Imaki, K. Hirosawa, T. Yanagisawa, S. Kameyama, and H.
Kuze, “Wavelength selection and measurement error theoretical analysis on ground-based coherent differential absorption
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30）M. Imaki, H. Tanaka, K. Hirosawa, T. Yanagisawa, and S.
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31）S. Yoshida, S. Yokota, H. seko, T. sakai, and T. nagai: “Observation System Simulation Experiments of Water Vapor Profiles
Observed by Raman Lidar Using LETKF System,” SOLA, 16（2020）43.

24

辻

秀

伸

2009 年東京工業大学大学院理工学研
究科物性物理学専攻博士後期課程単位取得退学．同年より三菱電機（株）
情報技術総合研究所に入社．3 次元
距離計測用レーザセンサの研究開発に従事．2011 年 3 月東京工業大学大学院理工学研究科物性物理学専攻博士（理学）取得．現在，ライダ等の光学センサ設計・開発に従事．

レーザセンシング学会誌

第 2 巻第 1 号（2021）

特集

ライダー技術Ⅰ

水中 LiDAR への取り組み
島田 雄史，鈴木 謙一
株式会社トリマティス（〒272‒0023 千葉県市川市南八幡 4‒2‒5 いちかわ情報プラザ 407）

Challenges to Realize Underwater LiDAR
Takeshi SHIMADA and Ken-Ichi SUZUKI
Trimatiz Limited, 407 Ichikawa Business Plaza, 4‒2‒5 Minamiyawata, Ichikawa, Chiba 272‒0023（Received February 15, 2021）
This paper describes our challenges to realize underwater LiDAR. We have provided a LiDAR kit suitablefor developing prototype LiDARʼs for various applications. Based on our developing experiences regarding these LiDARʼs, we have started to challenge the research and development of an underwater LiDAR.
In this paper, firstly we introduce ALAN consortium that promotes underwater optical wireless technologies including underwater LiDAR. Secondly, we explain loss characteristics of underwater optical propagation and optical devices usable in underwater, which are important issues for developing an underwater
LiDAR. After that, we explain our developed prototyping underwater LiDAR and also show a 3D scan
image of an object located in underwater, which were successfully obtained using that.
キーワード：ライダー，水中ライダー，タイムオブフライト，可視光レーザーダイオード
Key Words: LiDAR, Underwater LiDAR, Time of Flight, Visible light laser diode1．はじめに一方，水中や海中向けの LIDAR については，ほとんどが学術研究分野での利用 4, 5）にとどまってい

LIDAR（Light Detection and Ranging）は， レ ー

たが，水中に光無線技術などの水中光技術を適用しザー光を用いて測距や環境測定を行う装置である．

た LAN（Local Area Network）の構築を目的とした

特に測距に用いる場合を LiDAR と略することが多ALAN（Aqua LAN）コンソーシアム 6）により，水中

く，レーザー光を対象物に照射することによって生光技術の一つとして水中 LiDAR の産業化に向けた

じる反射光の戻ってくるまでの時間が，対象物との研究開発が推進されている．本稿では，これまでに距離によって異なることを利用して距離を測定す開発してきた空間 LiDAR 及びこれからの市場拡大

る ．また LiDAR は，空間分解能が数 cm 以下と高が 期 待 さ れ る 水 中 LiDAR， 特 に 測 距 に 特 化 し た

く，レーザー光を走査することにより多点測定を行LiDAR への取り組みについて紹介する．

1）

い対象物の形状や動きを把握することが可能である．そのため，最近では，電波の損失の大きい水中

2．空間 LiDAR への取り組み

や海中の探査，河川や電波を反射しにくい非金属物

我々は，これまでにパルス状のレーザー光を対象

質が分布する地形の探査，人の動きを正確に計測す

物に照射することによって生じる反射光が戻ってくるためのセンサー 2）や自動運転のセンサーなどにる時間が，対象物との距離によって異なることを利LiDAR が広く利用されはじめている．特に，最近用した距離測定（ToF；Time of Flight），及びスキャの自動運転の機運の高まりにより，自動運転向けのナによる多点観測が可能な LiDAR の開発を行ってセンサーとしての LiDAR の市場が立ち上がることきた．開発した LiDAR は，様々な用途を想定したで 3），LiDAR の小型・低コスト化が進み，その普及

LiDAR の研究開発，実験に使えるように，測定距にはずみがかかることが期待される．

離レンジ，スキャン角度，測距精度，波長（光デバ©2021 Laser Radar Society of Japan25

水中 LiDAR への取り組み（島田 雄史）

イス選定による可視光～近赤外への対応），出力な高出力化したことで，SN 比（Signal to Noise Ratio）

どのカスタマイズや，投光部，受光部，制御回路部の厳しい長距離でも正確な距離測定，3D スキャンのカスタマイズに対応可能となっている 7）．例えば

による街中の風景の 3D 画像化，電線の観測が可能

人の目に害を与えにくい 1,500 nm 帯波長の光源をな高い空間分解能（10 Gb/s 系高速デバイス適用に用いた「アイセーフ LiDAR」や，水中での損失のよるミリ単位の高分解能）を実現している．なお，

小さい可視光光源を用いた「可視光 LiDAR」等，

本レーザーシステムでは，低周波数で動作させると様々な用途を見越した LiDAR のプロトタイプ開発

パルスエネルギーが増加し，ピークパワーが高出力に適用されている．

化することから，画像取得に微動ステージを用いた開発したアイセーフ LiDAR の外観と測定例をFig. 1 に 示 す． 光 源 と し て 波 長 1550 nm， 平 均 パ

測定で約 4.5 時間，ガルバノミラーを用いた測定で約 1 時間程度要している．

ワー 20 mW，パルス幅 10 ns，繰り返し周波数 10

3．ALAN コンソーシアム

kHz，ビーム径約 2 mm のパルス光源を用いた．ここ で 1550 nm 帯 の レ ー ザ ー 光 の 最 大 許 容 露 光 量

日本を取り巻く広大な海洋及びその資源を活用す（MPE：Maximum permissible exposure）は，905 nm

る機運が高まっており 9, 10），これらの海洋や資源を帯に比べ単パルス領域において大きくなる 8）．例え

有効活用するためには，海中に情報インフラを整備ば本装置に用いた光源のパルス幅 10 ns で MPE をする必要がある．そこで，海中や水中を一つの生活比較すると，約 240 倍大きくなるため，1550 nm 帯

圏として捉え，それを支える情報インフラとして水ではピークパワーの高出力化が可能である．本装置

中に Local Area Network（LAN）を構築する目的で，では，光源を短パルス化し，低繰り返し周波数で動電 子 情 報 技 術 産 業 協 会（JEITA；Japan Electronics

作させることにより，平均パワーを上げずにピーク

and Information Technology Industries Association）「共

パ ワ ー の 高 出 力 化 を 実 現 し て い る． な お 平 均 パ

創 プ ロ グ ラ ム」と し て ALAN（Aqua LAN）コ ン

ワー，パルス幅，及び繰り返し周波数から換算したソーシアムが設立された 6）．

光パルスのピークパワーは約 200 W である．また

しかしながら海中を代表する水中環境は，音波等本装置は，受光部，TDC 回路でのパルスエッジ検限られた手段しか使えない「最後のデジタルデバイ

出精度から 0.5 cm 程度の距離分解能，測定間隔かド領域」であり，音波のみの利用では，地上並みのら 角 度 分 解 能 0.05° を 有 し て い る と 考 え ら れ る．

通信ネットワークを構築することは困難である．そFig. 1（b）の測定例に示す通り，アイセーフ波長のため ALAN では，新たな可能性として水中光技（1,550 nm）を使用することによりピークパワーを術に着目し，水中ネットワークの構築を推進することとなった．
これらを踏まえた ALAN で検討を行う水中光技術について述べる．光は，特に通信において高速伝送が可能であること，伝送遅延が小さいという特長
が あ る． ま た 100 m 程 度 で あ れ ば 水 中 で 数 100
Mbps 以上の伝送速度で通信が行える可能性を秘めている 11）．また数 m 程度であれば，1 Gbps を超える伝送速度での通信が可能であることが報告されている 12）．
距離測定や多点測定による 3D 探査では，自律型
無人潜水機（AUV；Autonomous Underwater Vehicle）に搭載した水中 LiDAR（3D レーザースキャナー）による，海底地形の 3D 可視化が報告されている 3）．
また音波が苦手な近距離の測定が可能であることから，両者を組み合わせた測定範囲の広い距離測定方式の実現が期待できる．給電については，光を使った非接触給電が可能になれば，遠隔操作型無人潜水機（ROV；Remotely Operated Vehicle）な ど の 水 中

Fig. 1 （a）Appearance of eye safe LiDAR and（b）measured
example.

26

ロボットの活動時間の延伸が期待できる．
これら水中光無線技術などを活用した水中ネット

レーザセンシング学会誌

第 2 巻第 1 号（2021）

Table 2

Fig. 2Concept image of underwater network utilizing underwater
optical wireless technologies in ALAN consortium.

Propagation losses of visible lights as relationships
between their colors and wavelengths in each sea area.

する数 m～100 m 程度の光伝搬では十分低損失である．また水域，水の透明度によって低損失波長が異なり，透明度の高い深海では青色の，透明度が若干

ワークの概念図を Fig. 2 に示す．ここでは，水中ロ

低い近海や沿岸では緑色の，透明度が著しく低い浅ボットが水中 LiDAR やカメラで取得した海中の海や湾内では黄色の損失が小さくなる．なおこれら

データを，水中光無線通信により海上に浮かぶ水中の損失値は，季節ごとのにごりの変化などの水中環

光無線中継装置を介して地上へ転送することを想定

境条件により大きく変わる 17）．

している．これが実現することにより，地上と水中でリアルタイムでのデータ共有が可能となることが期待される．

5．水中で用いられる光デバイス
水中に適用できる可視光デバイスとその性能をFig. 3 に示す．深海で損失の低い青色光源として

4．水中での光の損失

は，変調帯域が GHz 程度以下と狭いが，高出力化，比較のため，音波及び電波の周波数と水中（海低コスト化の進展が著しく入手性の高い窒化ガリウ．なお音波のム LD（GaN-LD）が 普 及 し て い る． ま た GaN 系

値は，文献 13 などを基にした文献 14 の計算ツー

LD は，研究開発が進み緑色光源としても期待され

ル， 電 波 の 値 は 文 献 15 式（2）よ り 算 出 し た．

ている．また LD より扱いにくいが，ファイバー

Table 1 に示すように，水中では電磁波の損失が大レーザー，固体レーザーや波長変換による緑色光源

きく，通信や計測には音波がもっぱら用いられてきが入手可能である．黄色光源としては，固体レー中）での損失を Table 1 に示す

13, 14, 15）た．一方長波領域では，水中での電磁波の損失が小さくなることから，超長波領域（VLF 帯）の電磁波を用いた水中通信が行われている 15）．
電磁波は，高周波になるほど水中での損失が大きくなっていくが，可視光領域で損失が小さくなることが知られている 16）．可視光の波長と水域毎の損失を Table 2 に示す．なお表中の値は文献 16，Fig.
3（a）より算出した．
Table 2 に示すように，光の水中での損失はファ
イバ通信に比べ 3 桁ほど大きいが，ALAN で想定
Table 1

Underwater propagation loss of sound wave and radio
wave in their frequencies.

Fig. 3

Visible light devices and their performances.

27

水中 LiDAR への取り組み（島田 雄史）

ザーや波長変換による研究開発が行われている 6）．

本装置は，パルスエッジ検出精度から距離分解能

受 光 素 子 と し て は， 可 視 光 に 感 度 が あ り 高 速 な

0.5 cm 程度，測定対象物距離の 1.3 m で測定した

Si-APD や， さ ら に 高 感 度 な MPPC（Multi-pixel

ビーム径が，距離 1 m で測定したビーム径とほぼPhoton Counter），光電子増倍管（PMT；Photo Multi-

変わらなかったことから空間分解能としてビーム径

plier Tube）の利用が期待されている．

6．水中 LiDAR

程度の数 mm を有していることが期待される．推定した精度については，今後精度が明らかな計測機
器との比較を行うことで確認を行いたい．

波 長 450 nm， ピ ー ク パ ワ ー 1.6 W， パ ル ス 幅 6

また可視光 LiDAR を耐圧容器に収容することでns，ビーム径約 4 mm×1 mm（距離 1 m で測定）の

ROV（Remotely Operated Vehicle）に 搭 載 可 能 な 水

青色 LD を用いたパルス光源と MPPC 受光器，及び中 LiDAR を開発した．開発した水中 LiDAR を Fig.

TDC（Time-to digital converter）回路，スキャナを組6 に示す．耐圧容器は，内径 205 mm，厚さ 10 mm，

み合わせた可視光 LiDAR を用い，水道水を満たし

全長 440 mm の円筒型容器で，投受光器の他，内部たアクリル水槽内のコンクリート片を水槽外部からに可視光 LiDAR の主要部品であるスキャナ，ス

測定した 18）．観測結果を Fig. 4 に示す．比較のた

キャナドライバ，TDC 回路を収容している．水中

め，同程度のピークパワー，パルス幅，ビーム径を

LiDAR への電源供給，外部からの制御，及び測距持った波長 905 nm の近赤外 LD パルス光源を用いデータの転送は，水中コネクタ及びケーブルを介した LiDAR（NIR LiDAR：Near Infra-Red LiDAR）のて行われている．

測定結果も示す．NIR LiDAR は水中の対象物を計ROV に搭載した水中 LiDAR を用いて，海洋研究

測できなかったのに対して，可視光 LiDAR は対象

開 発 機 構（JAMSTEC）横 須 賀 本 部 の 多 目 的 水 槽

物の計測が可能である．またコンクリート片の表面（全長 40 m，全幅 4 m，水深 2 m（最深部））で行っ

形状（Fig. 4（b）の矢印上）を Fig. 5 に示す．

た 3D スキャンの測定風景及び測定結果を Fig. 7 に示す．また参考として測定対象の写真も示す．多目的水槽内に設置した測定対象物に対し，測定距離 1m の範囲で 3D スキャンを実施することで，水中での 3D 測距画像の取得に成功した 7）．なお画像取得に 10 分程度要している．
しかしながら，本計測においては近端反射による影響の抑圧，測定距離の拡大やスキャンスピードの向上などの問題点が顕在化した．現在，社内の水中実験環境を整備するとともに，上記の問題点への対策を実施して再実験を行っている．再実験の結果については，データがまとまったところで紹介の機会を設けたいと考えている．

Fig. 4

Measured 3D scan images of（a）NIR LiDAR and（b）visible-light LiDAR.

Fig. 528

Surface shape of a concrete piece.

Fig. 6Developed underwater LiDAR.

レーザセンシング学会誌

第 2 巻第 1 号（2021）

取得できることを示した．今後，実験で明らかになった問題点への対策及び再実験を行い開発した水中 LiDAR の完成度を向上させる予定である．
参考文献

Fig. 7

Scenery and result of 3D scan measurement utilizing
underwater LiDAR.

7．おわりにこれからの市場拡大が期待される可視光 LD を用いた水中 LiDAR への取り組みについて紹介した．
また水中 LiDAR を含む水中光無線技術を用いた水中ネットワークの構築を標榜する ALAN コンソー
シアムについて簡単に紹介した．
水中 LiDAR への取り組みについては，まず基礎となる空間 LiDAR 開発状況について述べると共に，
水中 LiDAR を開発する上で重要となる水中での光損失特性及び水中で用いる光デバイスについて言及
した上で，水中 LiDAR の開発状況について紹介した．

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片による 3D 測定」，信ソ大 2019 ABS-1‒19（2019）.

水中計測実験では，青色 LD 光源を用いた水中
LiDAR を用いることにより水中での 3D 測距画像を

29

水中 LiDAR への取り組み（島田 雄史）

島

田

雄

史

1994 年 成 蹊 大 学 法 学 部 法 律 学 科 卒

業．証券会社勤務を経て，1995 年株式会社応用光電研究室に入社，その後，株式会社オプトクエスト，富士通東日本ディジタル・テクノロジ株式会社において主に光ファイバネットワーク向け機器の技術営業に従事．
2004 年に有限会社トリマティス（現 株式会社トリマティス）設立，代表取締役 CEO に就任．2018 年 ALAN
コンソーシアム代表に就任．
鈴 木 謙 一 1990 年宇都宮大学大学院工学研究科修了，2009 年北海道大学大学院博士後期課程修了，博士（情報科学）．1990 年より NTT 研究所において超高
速 光 伝 送 方 式 や 光 ア ク セ ス シ ス テ ム の 研 究 開 発，
IEEE802.3WG，1904WG において PON の標準化に従事
後 2019 年より現職．水中 LiDAR や水中光無線通信技術の研究開発に従事．OSA，IEEE，信学会会員．

30

レーザセンシング学会誌

第 2 巻第 1 号（2021）

特集

ライダー技術 I

月・惑星探査用ライダー
加瀬 貞二 1，水野 貴秀 2，荒木 博志 3，千秋 博紀 412日本電気株式会社（〒183‒8501 東京都府中市日新町 1‒10）

宇宙航空研究開発機構 宇宙科学研究所（〒252‒5210 神奈川県相模原市中央区由野台 3‒1‒1）
3
4

国立天文台（〒181‒8588 東京都三鷹市大沢 2‒21‒1）

千葉工業大学 惑星探査研究センター（〒275‒0016 千葉県習志野市津田沼 2‒17‒1）

Lidar for Lunar and Planetary Exploration
Teiji KASE 1, Takahide MIZUNO 2, Hiroshi ARAKI 3, and Hiroki SENSHU 4
1
2

NEC Corporation, 1‒10 Nisshin Fuchu, Tokyo 183‒8501

Institute of Space and Astronautical Science, Japan Aerospace Exploration Agency,
3‒1‒1 Yoshinodai, Chuo-ku, Sagamihara, Kanagawa 252‒5210

3
4

National Astronomical Observatory of Japan, 2‒21‒1 Osawa, Mitaka, Tokyo 181‒8588

Planetary Exploration Research Center, Chiba Institute of Technology, 2‒17‒1 Tsudanuma, Narashino, Chiba 275‒0016（Received February 15, 2021）
Light Detection and Ranging（LIDAR）has become an indispensable technology for lunar and planetary
exploration. LIDAR for lunar and planetary exploration in Japan starts with＂HAYABUSA＂and leads to＂Martian Moons eXploration（MMX）＂via＂KAGUYA＂and＂HAYABUSA2＂. Here are some of the
LIDAR technologies that have been developed so far.
キーワード：ライダー，レーザ高度計，月惑星探査
Key Words: LIDAR, Laser altimeter, Lunar and Planetary Exploration

1．はじめにる．日本では月探査の「かぐや」3）や，現在進行中の「火 星 衛 星 探 査（Martian Moons eXploration:2020 年 12 月 6 日，小惑星「リュウグウ」のサン

MMX）」4），米国では月探査の Lunar Reconnaissance

プルを格納したカプセルがオーストラリアのウーメ

Orbiter 5），小惑星探査の OSIRIS-REx 6），欧州では現

ラ管理区域の地面に着地した．
「はやぶさ 2」が 2

在水星探査中の BepiColombo 7），インドや中国では回のタッチダウン成功後，無事地球へ帰還しミッ

それぞれ月探査の Chandrayaan-1 8）や ChangʼE-1 9）等，

ションを完了した瞬間である †1．初代「はやぶさ」1）

各国の様々な探査機にライダーが搭載されている．

を始め，世界各国で深宇宙探査ミッションが競うよ近年活発になっている月・惑星探査のライダー技

うに立ち上がっている中，月・惑星探査に必須の技術となっているのがライダー（Light Detection andRanging: LIDAR）である．GPS 等の航法支援が得ら術を以下に紹介する．

2．「はやぶさ」LIDAR

れず，地球からのリアルタイムの制御が効かない遠初号機「はやぶさ」は 2003 年 5 月に打ち上げらい深宇宙で，探査機を自律的に機能させるためにれた小惑星探査機である．2005 年に小惑星「イトは，直接距離を計測できるライダーの役割が大きカワ」にタッチダウン後，2010 年 6 月に地球へ帰い．アポロ計画 2）以降，ライダーは探査機の高度情還し「イトカワ」のサンプルを含むカプセルを投下報を取得し様々な天体の地形観測に利用されてい後， 大 気 圏 に 再 突 入 し た．LIDAR は「イ ト カ ワ」
近傍から運用開始し，高度約 50 km から「イトカhttp://www.hayabusa2.jaxa.jp/†1©2021 Laser Radar Society of Japanワ」を捉え，全球マッピングやタッチダウンまでの31

月・惑星探査用ライダー（加瀬 貞二）

レーザ発振器はパルスエネルギー 8 mJ，パルス
幅 14 ns，繰り返し 1 Hz の Q スイッチ Nd:YAG レー
ザであり，Q スイッチ素子には LiNbO 3 を使用している．受信望遠鏡は材料に Silicon carbide（SiC）を使用した口径 126 mm のカセグレン望遠鏡である．
「はやぶさ」LIDAR の軌道上でのレーザショット
数 は， 約 3 か 月 間 の ミ ッ シ ョ ン 期 間 で 約 400 万ショットである．

3．「かぐや」レーザ高度計（Laser Altimeter: LALT）
Fig. 1

HAYABUSA LIDAR.

「かぐや」は 2007 年 9 月に打ち上げられた月探査機である．定常運用と後期運用の約 1 年半の観測を終え 2009 年 6 月に月面へ制御落下した．
「か ぐ や」の レ ー ザ 高 度 計（Laser Altimeter:
LALT）はノミナル高度 100 km（重力の影響で 50
km から 150 km の範囲で変化する軌道を定期的に
約 100 km の高度に修正）から月面までの距離や反射率を観測し，月の詳細な地形図の作成に貢献した．それまで得られていなかった月の極域データ取得 に 成 功 し， 月 の 正 確 な 重 心 推 定 な ど も 行 わ れ
た 11, 12）．
「かぐや」LALT は 2 つのユニットに分かれている（Fig. 3）．合計の質量は 19.1 kg，消費電力 44.2
W，距離分解能は 1 m である．光の送受信を行う
レーザ送受信部（LALT-TR）の内部構造を Fig. 4 にFig. 2

Rendezvous and touchdown sequence for HAYABUSA.

示す．

航法支援を行った 10）．
「はやぶさ」LIDAR から得られた知見は，その後の日本の月・惑星探査ミッションに大きく貢献している．厳しいシステム制約と耐環境性要求の中で3.7 kg という装置質量を実現するため，レーザ，光学系及び電気回路の様々な点で工夫されている．
「はやぶさ」LIDAR の外観を Fig. 1 に，探査機と小惑星のランデブー及びタッチダウンシーケンスをFig. 2 にそれぞれ示す．
Fig. 2 のようなタッチダウンまでの航法支援に利Fig. 3

KAGUYA LALT（Control electronics: LALT-E, Laser.
transmitter/receiver: LALT-TR）

用される装置の特徴には，高高度から天体表面付近の至近距離までカバーする広いダイナミックレンジ
要求がある．
「はやぶさ」LIDAR の観測範囲は 50
m-50 km であり，受信パワー換算にして 60 dB 変化
する中で，自律的にゲインを制御して測距精度を維持しなくてはならない．
「はやぶさ」LIDAR では，光検出器の Avalanche Photodiode（APD）のゲインと 複 数 の チ ャージアンプゲインの組み合わ せ をFPGA による制御で切り替え Automatic Gain Control（AGC）を実現している．

32

Fig. 4Structure of LALT-TR.

レーザセンシング学会誌

第 2 巻第 1 号（2021）

LALT の特徴は 100 mJ クラスのレーザ出力である．「かぐや」の初期計画では傾斜角を持つ周回軌道であったことから，科学的に重要な極域を観測するため，LALT はミラーを可動させて斜めから測距

は，18 か月間のミッション期間で約 2,200 万ショッ
トである．

4．「はやぶさ 2」LIDARする計画であった．このため高いレーザ出力と可動「は や ぶ さ 2」は 2014 年 12 月 に 打 ち 上 げ ら れ，

ミラーが必要であったが，「かぐや」の軌道が極軌

2020 年末にカプセルを分離し，一連のミッション

道に見直されたことでミラーは 45 度に固定となっ完了後，次の目標に向かった．初号機と同様に「はた．レーザ出力は 100 mJ の設計を維持し，斜面ややぶさ 2」LIDAR もタッチダウン直前までの航法支

凹凸によって低下する受信パルスの波高値を補い，援と科学観測の両面で使用された 17）．観測範囲は

起伏の激しい月面高度データの取得率向上に貢献し30 m-25 km，装置全体の質量は 3.52 kg，消費電力ている

18 W，距離分解能は 0.5 m である．

．

13, 14）

レーザの送受信を行う LALT-TR は Fig. 4 に示す「はやぶさ 2」LIDAR の外観を Fig. 6 に示す．

ように 2 階建構造になっている．熱歪を回避したい

レーザ発振器はパルスエネルギー 15 mJ，パルス

光学系を上段に集め，下段に発熱する各種ドライバ

幅 7 ns，繰り返し 1 Hz の Q スイッチ Nd:YAG レー回路を設置している．上段と下段の結合や，レーザザである．「はやぶさ」，「かぐや」の経験を踏まえ，発振器及び送受信望遠鏡の設置にはキネマティック

真空中の熱歪に起因する LiNbO 3 の焦電効果の影響

マウントを使用し，熱分布による歪みの影響を最小を避けるため，Q スイッチにはパッシブ方式を採用

限にしているした 18‒20）．また，レーザ媒質とパッシブ Q スイッ．

15, 16）レーザ発振器はパルスエネルギー 100 mJ，パル

チ素子をボンディングしたコンポジット結晶を使用

ス 幅 17 ns， 繰 り 返 し 1 Hz の Q ス イ ッ チ Nd:YAG

し，1 つの光学素子で共振器を構成した（Fig. 7）．

レーザである．レーザ発振器の光学レイアウトを

この共振器構成により，ミスアライメントや光学ダ

Fig. 5 に示す．

メージのリスクの低減に成功した．レーザ発振器の励起モジュールは強度分布の均一性を図るため
YAG ロ ッ ド の 側 面 8 方 向 に レ ー ザ ダ イ オ ー ド

寸法は 66×90×40 mm，質量は 190 g である．レー
ザ発振器の外観を Fig. 8 に示す．

（LD）を設置している．真空中で動作させることか

受信系のダイナミックレンジの確保は，初号機でら，大気中評価時とのコーティングの特性変化を懸苦労したゲイン切り替えの校正作業を避けるため，

念し，無コーティングのポラライザを使用した．Q
ス イ ッ チ 素 子 に は「は や ぶ さ」LIDAR と 同 様 に
LiNbO 3 を使用し，1/4 波長板とポッケルスセルの

1/4 波長電圧動作の組合せで行うアクティブ方式であ る． レ ー ザ 発 振 器 の 寸 法 は 150×170×83 mm，質量は約 1.6 kg である．
送受信望遠鏡は炭素繊維強化プラスチック（CFRP）製の鏡筒で一体化し，受信系は口径 110mm のカセグレン望遠鏡，送信系は 10 倍のガリレ
オ式望遠鏡を採用している．カセグレンの材料は石英である．
「かぐや」LALT の軌道上でのレーザショット数

Fig. 5LALT laser oscillator optical layout.

Fig. 6

HAYABUSA2 LIDAR.

Fig. 7

Stricture of resonator.

33

月・惑星探査用ライダー（加瀬 貞二）

Fig. 8

HAYABUSA2 LIDAR laser oscillator（Engineering model）.

Fig. 9Bare chip of LIDARX（Prototype）.

光学系を 2 つに分けてそれぞれの検出器でゲイン調整を行う方式とした．遠距離系と近距離系の光学系には 1345：1 の面積比をつけ，APD の逆バイアス
電圧を 2 段階に切り替える．これにより受信系のゲ
インを 4 段階に可変でき，30 m から 25 km の観測範囲で測距精度を確保した．ゲイン切り替えは，受信レベルを検出して AGC により自律的に行った．
遠距離系の受信光学系は開口 127 mm（遮蔽ロスを考慮した有効開口で 110 mm）のカセグレン望遠鏡である．材料には宇宙用に開発された New-Technology Silicon Carbide（NT-SiC）21）を使用した．送信系には 3 倍のエキスパンダを設置し透過後のビーム
拡がり角は 2.4 mrad である．
運用モードには通常の測距モードの他，科学観測

Fig. 10

Circuit structure.

を目的としたダストカウントモードと，地球の衛星

LIDARX は Divider, Integrator, Timing detector 及びレーザ測距（Satellite Laser Ranging: SLR）局と光リ

Time-to-analog converter（TAC）circuit で 構 成 さ れンク実験を行う光リンクモードがそれぞれある．

る．Divider は測距距離で変わる APD 出力の電荷量「はやぶさ 2」LIDAR の軌道上でのレーザショッ

を 適 切 な 容 量 を 選 択 し て 分 割 す る． 入 力 電 荷 は

ト数は 2021 年 1 月現在で約 711 万ショットである．

Integrator で電流-電圧変換され Leading wave を生成

5．火星衛星探査（MMX）用 LIDARする．Leading wave は Timing detector の微分回路でDifferential wave に変換され，そのゼロクロス点がMMX は現在開発中の探査機であり，2024 年の打信号タイミングとして検出される．検出されたタイ

ち上げが計画されている．火星衛星（フォボス）にミングは TAC circuit でアナログ信号に変換され，着陸機を降しサンプルリターンを行う計画である．

距離がアナログレベル信号として出力される．TAC

MMX LIDAR の観測範囲は 100 m から 100 km であcircuit を使用することで，宇宙用デバイスでは扱い

り，「はやぶさ 2」と同程度の 60 dB のダイナミッが困難な高速のクロックを使用することなく，高いクレンジが要求されている

距離分解能を実現できる．

．

22）

MMX LIDAR は「は や ぶ さ 2」LIDAR の 設 計 を

MMX LIDAR は「はやぶさ 2」LIDAR 同様にパッ流用しつつ，レーザ出力の増大と受信回路の改良を

シ ブ Q ス イ ッ チ 方 式 の Nd:YAG レ ー ザ で あ る．

行っている．上述の通り「はやぶさ 2」では 2 系統

レーザ出力 20 mJ 以上，10 ns 以下，繰り返し 1 Hzの光学系としたが，JAXA で開発中であった広ダイであり，装置質量 4.7 kg 以下，距離分解能 0.1 m 以

ナミックレンジの専用 IC（集積回路）LIDARX 23）

下を目標としている．

が完成し，1 系統化が実現した．
LIDARX のベアチップの外観を Fig. 9，回路構成
を Fig. 10 にそれぞれ示す．

34

現在，クリティカル部の部分試作評価を終え，フライトモデル製作の前に行う技術評価用のエンジニ
アリングモデルの開発を進めている 24）．

レーザセンシング学会誌

第 2 巻第 1 号（2021）

6．おわりに「はやぶさ」から始まり「かぐや」，「はやぶさ 2」
を経て「MMX」につながる日本の月・惑星探査用
ライダーについて，培われた技術の一部を紹介した．探査機のバス機器として，また科学観測の観測機器として，月・惑星探査にライダーが不可欠な技術になっている．これらの技術が，今後広がる様々な宇宙観測ミッションに活用されることを期待す
る．
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12）K. Matsumoto, S. Goossens, Y. Ishihara, Q. Liu, F. Kikuchi, T.
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14）田澤誠一，荒木博志，野田寛大，石原吉明，坪川恒也，
河野宣之，佐々木晶，加瀬貞二，村田 茂：“かぐや搭載
レーザ高度計の初期運用報告”，第 26 回レーザセンシン
グシンポジウム予稿集（2008）124．
15）田澤 誠，荒木博志，野田寛大，石原吉明，坪川恒也，
河野宣之，浅利一善，右田恵美子，佐々木晶，加瀬貞二，村田 茂，國森裕生，大嶽久志：“かぐや（SELENE）
搭載レーザ高度計による観測”，測地学会誌 55（2009）2．
16）加瀬貞二，椎名哲男，倉田賢一，神原文博，堀田智充，
村田 茂：“かぐや搭載レーザ高度計の地上試験結果”，
第 26 回レーザセンシングシンポジウム予稿集（2008）
122．
17）T. Mizuno, T. Kase, T. Shiina, M. Mita, N. Namiki, H. Senshu,
R. Yamada, H. Noda, H. Kunimori, N. Hirata, F. Terui, and Y.
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Hayabusa2”, Space Science Reviews 208（2017）33.
18）M. E. Kushina, M. G. Grote, C. E. Wiswall, D. A. Hall, and J.
B. Russek: “Clementine: Diode-pumped laser Qualification”,
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19）中山通雄：“宇宙用半導体レーザ励起 YAG レーザ”，東芝レビュー 56（2001）6．
20）加瀬貞二，黛 克典，川原章裕，卯尾匡史，大島 武，椎名哲男，秋山哲夫，水野貴秀，三田 信，並木則行，野田寛大，山田竜平，千秋博紀，國森裕生：“「はやぶさ2」LIDAR の開発”，第 64 回 宇宙科学技術連合講演会講演集（2014）3C17．
21）K. Tsuno, K. Oono, H. Irikado, T. Ueda, S. Suyama, and Y.
Itoh: “NT-SiC（new-technology silicon carbide）: application
for space optics”, Proc. SPIE 5868（2005）.
22）千秋博紀，水野貴秀，小西晃央，梅谷和弘，名倉 徹，
松本晃治，野田寛大，生瀬裕之，黛 克典，加瀬貞二，
樫根久佳：“火星衛星探査計画 MMX LIDAR 開発状況報
告”， 第 64 回 宇 宙 科 学 技 術 連 合 講 演 会 講 演 集（2020）
3D13．
23）T. Mizuno, H. Ikeda, and K. Kawahara: “Pulse Detection IC
for a Laser Altimeter Using CMOS Technology”, Proc. The
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24）生瀬裕之，黛 克典，加瀬貞二，川原章裕，千秋博紀，
水野貴秀，小西晃央，梅谷和弘，名倉 徹：“火星衛星探査 機（MMX）用 レ ー ザ 高 度 計（LIDAR）の 部 分 試 作 評価”， 第 63 回 宇 宙 科 学 技 術 連 合 講 演 会 講 演 集（2019）
2B09．

35

月・惑星探査用ライダー（加瀬 貞二）

加

瀬

貞

二

1992 年岩手大学工学部電子工学科卒
業．同年，日本電気（株）入社から現

在（同 社 電 波・ 誘 導 事 業 部）ま でレーザ装置開発に従事．近年は，「かぐ や」，「は や ぶ さ 2」等 の 月・ 惑 星探査用ライダーを始め，衛星レーザ
測距（SLR）や宇宙機器のランデブ
ドッキング用センサ等の宇宙用ライダー開発に携わる．レーザセンシング学会会員，応用物理学会会員．

36

レーザセンシング学会誌

第 2 巻第 1 号（2021）

●●● 編集後記 ●●●今号から本学会誌の編集委員を務めさせていただり，本学会には，多くのメーカーの技術者・研究者

くことになりました佐藤です．私だけでなく，他にの皆様にご参加いただいております．今後さらに，も新しい編集委員の方々が加わり，今回が新しい編

産学官問わず全てのレーザセンシング分野に関わる集委員会での初めての学会誌発行となりました．新

皆様に，成果発表あるいは情報交換の場として本学体制での最初の仕事が今号の特集記事の企画でした

会誌をご活用いただきたいと考えており，現在，編が，前号までの特集の流れも考慮した上で，今回は集委員会では，そのために何をすべきか色々とアイ「ライダー技術 I」と題して，ライダー分野の第一デアを出し合いながら検討しているところです．こ線で活躍する国内メーカーによる最新の計測技術，のような編集委員会の会議では，コロナ禍で否応な要素技術及び応用技術を特集しました．巻頭言でしに身に付いてしまったオンライン会議のスキルがは，三菱電機の平野嘉仁様に，ご自身のライダー開

役立っておりますが，本務での新型コロナウィルス

発のご経験を交えながら国内でのライダー開発の歩対応に追われながらの編集作業となり，その点は苦みや海外との開発競争，ライダー技術の今後の展望

労しました．しかし，もっと苦労されたのはこのよについて解説していただきました．解説記事では，

うな状況の中，記事をご執筆いただいた著者の皆レーザ光源技術からライダーの製品化技術，ライ様，査読にご協力いただいた皆様かと思います．今ダーのセキュリティ分野への応用や水中及び宇宙を号の発行にあたりご協力いただきました皆様方に改フィールドとした応用に至るまで，様々な視点からめて感謝申し上げます．

レーザセンシング技術の研究開発動向をご紹介いた編集委員会 副委員長 佐藤 篤

だきました．今号の特集記事からもお分かりの通■編集兼発行人：レーザセンシング学会（http：//laser-sensing.jp/）■企画：レーザセンシング学会編集委員会
石井昌憲，佐藤 篤，西澤智明，柴田泰邦，朝日一平，境澤大亮，津田卓雄，矢吹正教，
杉本幸代，吉田 智■連絡先：〒305︲0052 茨城県つくば市長峰 1︲1
第 3 研究室気付

気象庁気象研究所

台風・災害気象研究部

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