JP2006023330A - 複数の光学的特性を有する光学フィルタと気象観測への応用 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数個の光学フィルタが有する固有の光学的特定や安定性を、それぞれ独立に調整・制御する必要がある問題点を解決する。
【解決手段】 所定の間隔を有し、二枚の対向する第一及び第二の石英基板を備える光学フィルタであって、前記第一の石英基板の内面は、少なくとも二つの厚さの異なる、第一及び第二の反射膜を備える光学フィルタにより、上記課題は解決される。前記第一及び前記第二の反射膜は、それぞれ異なる光の周波数を選択的に透過させることを特徴とする。
【選択図】 図４

Description

本発明は、ライダー（レーザーレーダー）による気象観測システムに利用される光学フィルタの改良技術に関する。

ライダー（LIDAR; Light Detection and Ranging）は、観測領域の大気中の短いパルスのレーザ光を照射し、その散乱光をライダー信号として測定し、解析することにより、大気の状態を観測する技術である。ライダー観測のためのレーザ光には、通例、Ｎｄ：ＹＡＧレーザが用いられる。レーザ光の照射による散乱の種類には、エアロゾル（浮遊粒子状物質）によるミュー散乱、大気構成分子によるレイリー散乱やラマン散乱などがあり、これらを利用して大気温度やエアロゾルの空間分布、大気密度、大気成分の濃度分布などの観測要素を解析することができる。具体的には、かかる解析は、ライダー信号を表現した、いわゆるライダー方程式と呼ばれる式を解くことにより行われる（たとえば、特許文献１参照）。

図１は、気象観測ライダーシステムの基本構成を示す概略図である。本気象観測ライダーシステム８０は、ライダー観測に適した単一のパルスレーザ光を発生させ、観測対象である大気中に向けてこれを発射する送信ユニット１０と、その送信ユニット１０から発射されたレーザ光の反射光（散乱光）を応答信号（ライダー信号）として受信する受信ユニット２０と、その受信ユニット２０により受信された応答信号を各種のライダー観測に必要な応答信号にそれぞれ分光し検出する、フィルタと検出器から構成される分光ユニット３０と、これらの各ユニットを構成する機器を制御するとともに、分光ユニット３０により検出した応答信号に基づいて観測領域の各観測要素についての解析処理を行う制御/処理ユニット５０と、を備える。

送信ユニット１０の中核をなすレーザ装置１１は、シーダ光を供給するシーダ１２を備えるＱスイッチＮｄ：ＹＡＧレーザである。そして、レーザ装置１１は、シーダ１２に対する外部からの印加電圧を制御するフィードバック制御を行うことで、安定的な発信周波数のレーザ光を生成することができるように構成されている。レーザ装置１１は、生成した高周波パルスのレーザ光の第三高調波成分（λ＝３５５ｎｍ）を、不図示の非線形光学素子により取り出して、適切な出力エネルギーを外部に出射する。

レーザ装置１１から射出されるレーザ光の光路上には、ビームスプリッタ１３が配置されている。ビームスプリッタ１３は、ライダー観測のための主レーザ光と、生成しているレーザ光の発信周波数の安定化制御のためのレーザ光（以下、単に「監視用レーザ光」と称する。）とに分光する。主レーザ光は、ビームエクスパンダ１４を介して適宜の径に調製された後、所定の位置から大気に向けて発射される。一方、ビームスプリッタ１３によって取り出された監視用レーザ光は、光ファイバーにより周波数モニタ装置１５に誘導される。周波数モニタ装置１５には、高分解能のフィルタが配設される。周波数モニタ装置１５は、現に生成されているレーザ光の周波数スペクトルを監視するため、誘導された監視用レーザ光を２チャンネル（フィルタを通過したものとそうでないもの）に分けて、不図示の２つの光検出器によりそれぞれ検出し、その検出結果を制御／処理ユニット５０に送出する。制御／処理ユニット５０では、コンピュータ１６が周波数モニタ装置１５から送出される検出結果に基づいて、レーザ光の発信周波数が安定化するように、シーダ１２に対する印加電圧を制御している。

受信ユニット２０は、大気に向けて発射されたレーザ光の反射光(散乱光)を集光する反射望遠鏡である。この反射望遠鏡により集光された観測光（応答信号）は、光ファイバーを介して分光ユニット３０に誘導される。

分光ユニット３０は、受信ユニット２０から光ファイバーを介して導入される応答信号を各種のライダー観測、すなわち、レイリー散乱ライダー、ラマン散乱ライダーおよびミー散乱ライダーの３種類のライダー観測に必要な信号にそれぞれ分光し、検出可能なように構成されている。分光ユニット３０の各光検出手段（不図示）によりそれぞれ検出された応答信号は、Ａ/Ｄ変換器４０を介して制御/処理ユニット５０に送出され解析処理される。これにより、大気温度、水蒸気量およびエアロゾルの分布等が得られることになる。

制御/処理ユニット５０は、コンピュータ１６を中心にして、ディスプレイ１７、キーボード１８およびプリンタ１９などを備える。このコンピュータ１６には入出力ポートが配設されており、コンピュータ１６は、この入出力ポートを介して、各ユニットを構成する機器から送出される信号をそれぞれ受け取り、また、機器に対して信号をそれぞれ出力する。コンピュータ１６の基本的な役割は、本発明に係る気象観測ライダーシステムに対する総括的な制御の下、周波数モニタ装置１５からの監視信号に基づいて、レーザ光の発信周波数が安定化されるように、シーダ１２に対する印加電圧を制御すること、および分光ユニット３０の各光検出手段からの応答信号に基づいて、大気の気温や水蒸気等の状態を解析することである。

図２は、従来技術における気象観測ライダーシステムの分光ユニット３０の構成を説明するための図である。分光ユニット３０は、一つの観測光（応答信号）を、各種のライダー観測、すなわち、レイリー散乱ライダー、ラマン散乱ライダーおよびミー散乱ライダーの３種類のライダー観測のために必要な光に分光し、検出する。

受信ユニット２０から光ファイバーを介して誘導された観測光は、上空大気からの後方散乱光であり、かかる散乱光はレンズＬ１を介して、平行光に変換された後、ビームスプリッタＢＳ１により二つの光束に分割される。そのうちの一つの光束は、フィルタＦ１により特定の中心透過波長かつ特定の透過帯域のみが透過し、レンズＬ２を介して検出器ＰＭＴ１により検出される。もう一つの光束は、ビームスプリッタＢＳ２によりさらに二つの光束に分割される。そのうちの一つはフィルタＦ２により特定の中心透過波長かつ特定の通過帯域の光のみが透過し、レンズＬ３を介して検出気ＰＭＴ２により検出される。さらに、ビームスプリッタＢＳ２により分割されたもう一つの光束は、ミラーＭ１を介してフィルタＦ３により特定の中心透過波長かつ特定の通過帯域の光のみを透過して、レンズＬ４を介して検出器ＰＭＴ３により検出される。検出器ＰＭＴ１、ＰＭＴ２、ＰＭＴ３によるアナログ信号は、Ａ/Ｄ変換器４０を介してコンピュータ１６（図２では不図示）にデジタル転送される。

くわえて、フィルタＦ１、Ｆ２、Ｆ３は、図２に示すように、２枚の鏡が平行に対向した構造のエタロンから構成され、それぞれ独立した温度コントローラ３２、３４、３６を使用することにより、フィルタの光学的特定を決定するフィルタの本体温度を自動制御している。

このように、従来の気象観測ライダーシステムでは単一の光学的特性を有する一つの光学フィルタを複数組み合わせて使用することにより、目的とする光学的特性を得ている。

ところで、前示の説明から、ライダーシステムにおいて光学フィルタを使用する場合には、透過波長における中心波長位置を高精度に調整する必要がある。その方法の一つとして、光学フィルタ本体の温度を高精度に制御・調整する方法が知られている。従来から、電気的特性により熱を発するニクロム線やペルチェ素子などのヒーターや、クーラーを光学フィルタに巻き付けたり、貼付したりした上で、該ヒーターや該クーラーの電流を高精度に制御し、光学フィルタの光学的特性の安定性を保持していた。
国際公開番号 ＷＯ ０３/０７３１２７ Ａ１

しかしながら、前述のように、複数個の光学フィルタを組み合わせる方法を採用した場合には、複数個の光学フィルタが有する固有の光学的特定や安定性を、それぞれ独立に調整・制御する必要がある。そのため、フィルタの数に応じた温度コントローラが必要となり、システム全体が高価になるという問題点が指摘されていた。

くわえて、光学フィルタの安定性のほかに、複数の光学フィルタ相互のアライメント調整が別途必要となり、そのアライメント調整のための人員コストがさらに嵩み、前記システム全体の維持管理を含み、一層高価なものとする問題点が指摘されている。

そこで、上記事情に鑑み、本発明者らは、前記課題を解決するために、鋭意研究した結果、複数の光学的特性を一つの光学フィルタに設けることにより、上記課題を解決できるという知見を得て、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明の第一の態様では、所定の間隔を有し、対向して配設される第一及び第二の石英基板を備える光学フィルタであって、前記第一の石英基板の内面は、少なくとも二つの厚さの異なる、第一及び第二の反射膜を備える、光学フィルタを提供する。本発明に係る光学フィルタは、前記第一の石英基板の反射膜の厚さを異なる厚さとすることにより、それぞれ異なる光の周波数を選択的に透過させるという、複数の光学的特性を備えるものである。これは、反射膜の厚さを変化させて、透過する光の位相を変化させることにより、第一及び第二の反射膜を透過する光の周波数を変化させるものである。

一方、本発明においては、前記第二の石英基板の内面は、一定の膜厚の反射膜を備えるが、第二の石英基板の内面の反射膜の反射率は、対向する第一の石英基板の内面の反射率と同一である。

また、本発明の前記第一の石英基板において、第一の前記第一及び前記第二の反射膜は、ストライプ状に分割して形成されている。あるいは、本発明の前記第一の石英基板において、前記第一及び前記第二の反射膜は、前記光学フィルタの中心角を中心として分割して形成されている。かかる構成により、光を選択的に透過させることができる。

また、本発明の前記第一の石英基板の好ましい態様において、前記第一及び第二の反射膜は、均等に分割されている。

また、本発明に係る光学フィルタの好ましい態様において、前記第二の石英基板の内面には、前記第一及び第二の反射膜とは異なる厚さの反射膜を備える。さらに、本発明に係る光学フィルタの好ましい態様において、前記二枚の石英基板の外面には、反射防止膜を備える。

また、本発明に係る光学フィルタの好ましい態様において、前記二枚の石英基板の外面の稜線は、平行に配置される。かかる配置を採用することにより、基板表面反射による入射光路への迷光の影響を抑えることができ、さらにフィルタ内部への干渉防止によりフィルタの性能を向上させることができる。

さらに、本発明に係る光学フィルタの好ましい態様において、前記二枚の石英基板は、スペーサを介して対向して配設される。特に、本発明における前記スペーサの材質としては、線膨張率が小さいものが好ましく、具体的には、ゼロデュアが好ましい。

本発明の第二の態様では、第一の石英基板を第二の石英基板を備える光学フィルタの製造方法であって、（１）前記第一及び第二の石英基板の一方の表面を研磨する研磨工程と、（２）前記第一の表面に、少なくとも二つの厚さの異なる反射膜を形成する形成工程と、を含む製造方法を提供する。かかる製法により、一方の石英基板の内面に、少なくとも二つの厚さの異なる反射膜を形成された、複数の光学的特性を一枚の光学フィルタに設けることができる。

本発明に係る製造方法の好ましい態様において、前記研磨工程は、機械加工又はエッチングにより行われ、石英基板の表面を精度よく均一にし、後行する反射膜の厚さを高精度に制御することが可能になる。

本発明に係る前記製造方法の好ましい態様において、反射膜の形成工程は、蒸着法により行われる。かかる方式により、反射膜の厚さを高精度に制御させて形成されることが可能となる。

本発明に係る前記製造方法の好ましい態様において、前記第一の石英基板の表面に設けた反射膜を内面にし、前記第二の石英基板の表面に設けた反射膜を内面に配するように、スペーサを介して所定の間隔に、前記第一及び第二の石英基板を配設する。ここで、スペーサの材質としては、線膨張率が小さいものが好ましい。本発明に用いられるスペーサの具体例としては、ゼロデュア（Zerodur）等を挙げられる。

さらに、本発明の第三の態様では、レーザ装置からの所定の中心周波数を有するパルス状のレーザ光を照射して、その反射光を観測する気象観測ライダーシステムであって、観測される反射光を、前記レーザ光の波長帯域の光と、前記レーザ光の波長帯域以外の波長帯域の光とに分光する分光器と、前記分光器によって分光された前記レーザ光の波長帯域の光を透過させる、本発明の第一の態様における光学フィルタと、前記光学フィルタを透過した光を検出する光検出手段と、を備える気象観測ライダーシステムを提供する。

くわえて、本発明の第四の態様では、前記光学フィルタを用いることを特徴とする気象観測法を提供する。

本発明によれば、複数の光学的特性、具体的には、複数の透過する光の周波数を有する、一枚の光学フィルタを提供することができる。

さらに、本発明によれば、本発明に係る光学フィルタを利用した気象観測ライダーシステムにより、複数の温度コントローラを不要として、該システム全体を低廉化させ、該システムメンテナンスの容易化が実現される。

本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。以下の実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな形態で実施することができる。

本発明に係る光学フィルタの基本的構成を説明する。図３は、本発明に係る光学フィルタの概略断面図である。図３では、本発明に係る光学フィルタの具体例として、エタロンフィルタを例として説明する。ここで、エタロンフィルタとは、光透過媒質を有し、この光透過媒質の光入射面側と光出射面側の両面に、反射膜または反射防止膜を形成して構成されており、特定の周波数の整数倍の光のみを選択的に透過するように構成されたフィルタである。

本発明に係る光学フィルタ１００は、対向する光透過媒質である石英基板１１０，１２０が、所定の間隔で離間して構成される。この所定の間隔は、スペーサを介することにより達成される。特に、本発明における前記スペーサの材質としては、線膨張率が小さいものが好ましく、具体的には、ゼロデュアが好ましい。

本発明に係る光学フィルタ１００の第一の石英基板１１０と第二の石英基板１２０は、その外面１１０ａ，１２０ａの稜線は平行に配設され、その外面１１０ａ，１２０ａには、反射防止膜１３０を備える。この反射防止膜１３０は、前記基板の外面に設けられていればその形態が特に制限されるものではないが、本発明では、外面１１０ａ，１２０ａに、図３に示すように、反射防止膜１３０を各外面に一定の膜厚で形成されていることが好ましい。反射防止膜の具体例としては、屈折率の異なる薄膜、SiO₂、TiO₂やZnO₂等を適当な膜厚にすることにより、反射防止膜を成膜することができる。

次に、前記石英基板１１０，１２０のそれぞれの内面１１０ｂ，１２０ｂに配設される反射膜について説明する。本発明に係る光学フィルタ１００であるエタロンフィルタは、第一の石英基板１１０の内面１１０ｂに、少なくとも二つの異なる厚さの反射膜１４０，１５０を備える。ここで、本発明に用いる反射膜の材質は、以下のものに限定されるわけではないが、SiO₂やTiO₂等が挙げられる。そして、前記反射膜１４０，１５０の膜厚の制御は、同材質の単層膜の数を制御することにより、必要に応じて、その反射膜の厚さを適宜調整することができる。

このように、少なくとも二つの厚さの異なる反射膜を、具体的には、第一の反射膜１４０と第二の反射膜１５０を、エタロンフィルタを構成する一方の石英基板の内面に配設することにより、各反射膜１４０，１５０を透過する光の位相を変化させて、透過する光の周波数を変化させている。かかる構成により、各反射膜１４０，１５０にて、特定の周波数の光を選択的に透過させることができる。

ここで、エタロンと呼ばれる二枚の平行平面板の間で光を多重反射させて、特定の周波数の光のみを透過させる分光フィルタであって、ファブリペロー干渉計とも呼称される。間隔ｄ、屈折率ｎの媒質中に平行に設置されたエタロンに角度θ_iで波長λの光が入射してきたとき１往復分の光路差によって生じる位相差は、

となる。エタロンに振幅ｌの光が入射したとき、エタロンの強度透過率をＴ、強度反射率をＲとすると干渉計から透過及び反射する光の振幅はそれぞれ、

となり、ファブリペロー干渉計の透過強度の比率は以下のように与えられる。

一方、第二の石英基板１２０の内面１２０ｂは、一定の膜厚の反射膜１６０を設ける。ここで、第二の石英基板における反射膜１６０と第一の反射膜１４０および反射膜１５０との間には、反射膜１６０と、反射膜１４０および反射膜１５０との反射率は相違することが好ましいが、同一であってもよい。そして、このような構成により、対向する第一の石英基板の第一の反射膜１４０を透過する光の中心周波数をν１とし、第二の反射膜１５０を透過する光の中心周波数をν２としたとき、前記内面１２０ｂに設けられた反射膜のν１およびν２に対する反射率は、それぞれ同じ関係にある。前述のように、反射膜の膜厚を制御することにより、透過する光の位相を変化させるだけであり、特定の周波数の光の反射率は、膜厚が変化しても不変である。

本発明に係るエタロンフィルタは、一方の石英基板の内面に設けた反射膜が、少なくとも二つの異なる厚さを有することにより、各反射膜にて固有の光の周波数を選択的に透過させることができるため、各種の目的に応じて設計を可能とする。

なお、以下の光学フィルタとしての実施形態の説明では、図３における第一の石英基板１１０の内面に設ける反射膜の種々の態様を説明するが、第二の石英基板１２０の構成は、図３と同様な構成ため、省略する。

（光学フィルタとしての第一の実施形態）
図４は、本発明に係るエタロンフィルタの第一の実施形態を説明する図である。図４に示すように、一方の石英基板の内面には、ストライブ状に二分割された反射膜の態様を例示する。図４に示す第一のセクション２１０に配設される反射膜と第二のセクション２２０に配設される反射膜において、図３で説明したように、膜厚が相互に異なる反射膜が設けられる（図４（Ｂ）参照）。本発明に利用される反射膜の膜厚としては、以下のもの限定されるわけではないが、1000 nm 〜 2000 nm、好ましくは1000 nm 〜 1800 nm、より好ま
しくは1000 nm 〜 1750 nm である(ある程度、幅を持たせて記載しました。ご確認下さい。)。そして、第一のセクション２１０と第二のセクション２２０とに配設される反射膜の差としては、以下に限定されるわけではないが、1 nm 〜80 nm、 好ましくは10 nm 〜 75 nm 、より好ましくは 25 nm 〜 50 nm である。

図４に示す実体態様では、第一のセクションと第二のセクションは均等に二分割されているが、必ずしも均等である必要はないが、本発明に係るエタロンフィルタの使用目的に応じて、均等に分割されていることが好ましい場合もある。かかる構成により、一枚の光学フィルタであるエタロンフィルタは、二つの光学特性、具体的には二つの、透過する光の中心周波数を具有する。

なお、図４では、エタロンフィルタを構成する基板石英を円状の形態について説明したが、必ずしも円状に限定されるものではなく、ストライプ状に二分割可能であれば、矩形であってもよい。

（光学フィルタとしての第二の実施形態）
図５は、本発明に係るエタロンフィルタの第二の実施形態を説明する図である。図５に示すように、一方の石英基板の内面には、ストライブ状に三分割された反射膜の態様を例示する。図５に示す第一のセクション３１０に配設される反射膜と、第二のセクション３２０に配設される反射膜と、第三のセクション３３０に配設される反射膜において、図３で説明したように、膜厚が相互に異なる反射膜が設けられる（図５（Ｂ）参照）。本発明において、反射膜の膜厚に関して、第一、第二および第三のセクションの順序に無関係に、反射膜の膜厚が相互に異なればよく、第一のセクション、第二のセクションおよび第三のセクションの順に、反射膜の厚さが増大してもよく、逆に減少してもよい。なお、図５に例示する態様では、第二のセクションの膜厚が他の第一および第三のセクションの膜厚よりも厚い構成であり、反射膜のみに注目すれば、凸状の形態の反射膜を備える光学フィルタを示す。

本発明に係るエタロンフィルタの使用目的に応じて、反射膜の膜厚の差異を適宜選択することができる。かかる構成により、本発明に係るエタロンフィルタは、一枚のフィルタに、三つの、透過する光の中心周波数を有することが実現される。

（光学フィルタとしての第三の実施形態）
図６は、本発明に係るエタロンフィルタの第三の実施形態を説明する図である。図６に示す態様は、一方の石英基板の内面には、ストライブ状に三分割された反射膜の態様を例示する。図６に示す第一のセクション３１０に配設される反射膜と、第二のセクション３２０に配設される反射膜と、第三のセクション３３０に配設される反射膜において、図３で説明したように、膜厚が相互に異なる反射膜が設けられる（図６（Ｂ）参照）。なお、図６に例示する態様では、第二のセクションの膜厚が他の第一および第三のセクションの膜厚よりも薄い構成であり、反射膜のみに注目すれば、凹状の形態の反射膜を備える光学フィルタを示す。

（光学フィルタとしての第四の実施形態）
図７は、本発明に係る光学フィルタの第三の実施形態について説明する。この第三の実施形態は、前示の第二の実施形態の変形例である。具体的には、円状の光学フィルタの中心点４００を中心として、中心角毎に三分割した、第一のセクション４１０、第二のセクション４２０および第三のセクション４３０に設けられる反射膜の膜厚を変化させた実施形態を例示する。中心点４００を中心として、第一、第二および第三のセクションを均等に三分割すると、中心角度は１２０度となるが、本発明による第三の実施形態では、必ずしも１２０度に限定されるものではない。

かかる構成により、三つの光学特性、具体的には、三つの、透過する光の中心周波数を有する一枚のエタロンフィルタが得られる。

図８は、本発明に係るエタロンフィルタの製造方法の工程図を示す。本発明にかかるエタロンフィルタの製造方法の基本的の工程としては、工程Ｓ１０にて、石英基板の表面を研磨し、その研磨された表面、つまり石英基板の内面に反射膜を成膜し（工程Ｓ１２）、次いで石英基板の外面に反射防止膜を成膜する（工程Ｓ１４）。

工程Ｓ１０では、石英基板の両面同時に、または片面づつ交互に鏡面研磨する。この際、研磨面を直接計測するマイクロメータや研磨面に投射した光の干渉縞を用いて、厚みや平行度を計測する。研磨加工に関しては、機械加工やエッチングにより行うことができる。研磨加工された表面を水洗および乾燥を行い、次の工程へ利用する。工程Ｓ１２にて、研磨済の石英基板の内面に金属材料や誘電体材料を蒸着法により反射膜を成膜させる。最後に、工程Ｓ１４にて、反射防止材料を蒸着により反射防止膜を成膜させる。本発明による製造方法に利用される蒸着法には、以下のものに限定されるわけではないが、化学蒸着法等を挙げられる。

特に、本発明に係るエタロンフィルタでは、反射膜の膜厚を制御する必要があるが、これは、蒸着時間等を制御することにより最終的な膜厚を調製することが可能である。たとえば、図７に例示したエタロンフィルタの反射膜を成膜する際には、第一、第二および第三のセクション４１０，４２０，４３０に、適宜マスクを施し、未蒸着なセクションを成膜中に設けることと、蒸着時間を制御することにより、図７に例示する反射膜を設けることが可能となる。

（気象観測システムへの応用形態）
図９は、本発明に係るエタロンフィルタを適用したライダー気象観測システムを説明する図である。図１および図２で説明した受光ユニット２０からの光ファイバー５００から入射した上空大気からの後方散乱光は、レンズ５１０により平行光に変換されたのち、ビームスピリッタ５１２により二つの光束に分割される。

分割されたうちの一方の光速は、ミラー５１３を介して、図６で例示されたストライブ状に分割されたエタロンフィルタ５５０のフィルタセクション５５２により特定の中心透過周波数かつ特定の透過帯域の光のみが透過し、レンズ５６２を介して検出器５７２により検出される。

ビームスプリッタ５１２で分割された他方の光速は、さらにビームスプリッタ５２０による二つの光速に分割される。そのうちの一方の光速は、ミラー５２２を介してエタロンフィルタ５５０のフィルタセクション５５３により特定の中心透過周波数かつ特定の透過帯域の光のみが透過し、ミラー５６３およびレンズ５６５を介して検出器５７３により検出される。

ビームスプリッタ５２０で分割された他方の光速は、エタロンフィルタ５５０のフィルタセクション５５１により特定の中心透過周波数かつ特定の透過帯域の光のみが透過し、ミラー５６１およびレンズ５６４を介して検出器５７１により検出される。そして、検出器５７１，５７２，５７３によるアナログ信号は、Ａ/Ｄ変換器６００を通じてパーソナルコンピュータにデジタル転送される。

前述のように、本発明に係るエタロンフィルタ５５０におけるフィルタセクション５５１，５５２，５５３が、レイリー散乱ライダー、ラマン散乱ライダーおよびミー散乱ライダーの３種類のライダー観測に必要な光を、それぞれに透過するように構成すれば、気象観測ライダーシステムへ応用することが可能である。

なお、レイリー散乱ライダー、ラマン散乱ライダーおよびミー散乱ライダーにおける光の周波数の関係およびこれらのライダーを用いた気象観測法は、国際公開 ＷＯ ０３/０７３１２７ Ａ１に開示されており、参照によりその全体を本願に援用する。

一方で、本発明に係るエタロンフィルタを適用したライダー気象観測システムでは、エタロンフィルタ５５０に、一つの温度コントローラ５８０を設置するのみで、エタロンフィルタの光学的特性を決定するフィルタの温度を自動制御することが可能となる。このように、従来のエタロンフィルタでは、連続運転による温度変化による周波数透過特性の不安定性を解消するための温度コントローラが、各フィルタに対して個別のエタロンフィルタに設置されるが、本発明に係るエタロンフィルタを利用すれば、温度コントローラの設置台数を低減することも可能となるとともに、ライダー気象観測システム全体の装置を小型化することができる。

さらに、一つの温度コントローラの採用により、環境温度変化による透過周波数への影響を簡易に補正でき、高い光学的な安定性を保持することが可能となる。

図１は、気象観測ライダーシステムの基本構成を示す概略図である。 図２は、従来技術における気象観測ライダーシステムの分光ユニットの構成を説明するための図である。 図３は、本発明に係る光学フィルタであるエタロンフィルタの基本的な概略断面図である。 図４は、本発明に係るエタロンフィルタの第一の実施形態を説明する図である。図４（Ａ）は本発明の第一の実施形態によるエタロンフィルタの正面図であり、図４（Ｂ）はその断面図である。 図５は、本発明に係るエタロンフィルタの第二の実施形態を説明する図である。図５（Ａ）は本発明の第二の実施形態によるエタロンフィルタの正面図であり、図５（Ｂ）はその断面図である。 図６は、本発明に係るエタロンフィルタの第三の実施形態を説明する図である。図６（Ａ）は本発明の第三の実施形態によるエタロンフィルタの正面図であり、図６（Ｂ）はその断面図である。 図６は、前記第二および第三の実施形態の変形例である、本発明に係る光学フィルタの第四の実施形態について説明する図である。 図８は、本発明に係るエタロンフィルタの製造方法の工程図を示す。 図９は、本発明に係るエタロンフィルタを適用したライダー気象観測システムを説明する図である。

符号の説明

１０…送信ユニット、１１…レーザ装置、１２…シーダ、１３…ビームスプリッタ、１４…ビームエクスパンダ、１５…周波数モニタ装置、１６…コンピュータ、１７…ディスプレイ、１８…キーボード、１９…プリンタ、２０…受信ユニット、３０…分光ユニット、４０…Ａ/Ｄ変換器、５０…制御/処理ユニット、８０…気象観測ライダーシステム、１００…光学フィルタ（エタロンフィルタ）、１１０，１２０…石英基板、１３０…反射防止膜、１４０，１５０，１６０…反射膜、１７０…スペーサ、２１０，３１０，４１０…第一のセクション、２２０，３２０，４２０…第二のセクション、３３０，４３０…第三のセクション、４００…中心点、５００…光ファイバー、５１０、５６４，５６５…レンズ、５１２，５２０…ビームスピリッタ、５１３，５２２，５６１，５６３…ミラー、５５０…本発明に係るエタロンフィルタ、５５１，５５２，５５３…フィルタセクション、５７１，５７２，５７３…検出器、５８０…温度コントローラ、６００…Ａ/Ｄ変換器

Claims (16)

1. 所定の間隔を有し、対向して配設される第一及び第二の石英基板を備える光学フィルタであって、
   前記第一の石英基板の内面は、少なくとも二つの厚さの異なる、第一及び第二の反射膜を備える、光学フィルタ。
2. 前記第一及び前記第二の反射膜は、それぞれ異なる光の周波数を選択的に透過させる、請求項１に記載の光学フィルタ。
3. 前記第二の石英基板の内面は、一定の膜厚の反射膜を備える、請求項１又は２に記載の光学フィルタ。
4. 前記第一及び前記第二の反射膜は、ストライプ状に分割して形成されている、請求項１ないし３のうち何れか一項に記載の光学フィルタ。
5. 前記第一及び前記第二の反射膜は、前記光学フィルタの中心角を中心として分割して形成されている、請求項１ないし３のうち何れか一項に記載の光学フィルタ。
6. 前記第一及び第二の反射膜は、均等に分割されている、請求項１ないし５のうち何れか一項に記載の光学フィルタ。
7. 前記第二の石英基板の内面には、前記第一及び第二の反射膜とは異なる厚さの反射膜を備える、請求項１ないし６のうち何れか一項に記載の光学フィルタ。
8. 前記二枚の石英基板の外面には、反射防止膜を備える、請求項１ないし７のうち何れか一項に記載の光学フィルタ。
9. 前記二枚の石英基板の外面の稜線は、平行に配置される、請求項１ないし８のうち何れか一項に記載の光学フィルタ。
10. 前記二枚の石英基板は、スペーサを介して対向して配設される、請求項１ないし９のうち何れか一項に記載の光学フィルタ。
11. 第一の石英基板を第二の石英基板を備える光学フィルタの製造方法であって、
    （１）前記第一及び第二の石英基板の一方の表面を研磨する研磨工程と、
    （２）前記第一の表面に、少なくとも二つの厚さの異なる反射膜を形成する形成工程と、
    を含む製造方法。
12. 前記研磨工程は、機械加工又はエッチングにより行われる、請求項１１に記載の製造方法。
13. 前記形成工程は、蒸着法により行われる、請求項１１または１２に記載の製造方法。
14. 前記第一の石英基板の表面に設けた反射膜を内面にし、前記第二の石英基板の表面に設けた反射膜を内面に配するようにして、スペーサを介して所定の間隔に、前記第一及び第二の石英基板を配設する、請求項１１ないし１３のうち何れか一項に記載の製造方法。
15. レーザ装置からの所定の中心周波数を有するパルス状のレーザ光を照射して、その反射光を観測する気象観測ライダーシステムであって、
    観測される反射光を、前記レーザ光の波長帯域の光と、前記レーザ光の波長帯域以外の波長帯域の光とに分光する分光器と、
    前記分光器によって分光された前記レーザ光の波長帯域の光を透過させる、請求項１ないし１０のうち何れか一項に記載の光学フィルタと、
    前記光学フィルタを透過した光を検出する光検出手段と、
    を備える気象観測ライダーシステム。
16. 請求項１ないし１０のうち何れか一項に記載の光学フィルタを用いた、気象観測法。
    
    

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