WO2023248572A1

WO2023248572A1 - ライダー用受光装置、ライダー、及び気象観測ライダー

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Publication number: WO2023248572A1
Application number: PCT/JP2023/013550
Authority: WO
Inventors: 正教矢吹; 裕一内保; 一人松木; 栄治竹内; 壽一長谷川
Original assignee: 英弘精機株式会社
Priority date: 2022-06-24
Filing date: 2023-03-31
Publication date: 2023-12-28

Abstract

本発明は同時計数損失及びクロストークが測定結果に与える影響を低減することのできるライダー用受光装置を提供する。本発明は、レーザ光の散乱光を検出するライダー用の受光装置であって、受光した光を１軸方向に波長分散させるように分光する分光素子と、前記分光された光のうち、強度が相対的に高い光の前記分光された光の波長分散軸方向に関する波長分解能を、強度が相対的に低い光の前記分光された光の波長分散軸方向に関する波長分解能よりも高くする光学素子と、前記光学素子によりスペクトルが変化した光を検出するアレイ検出器と、を備える、ライダー用受光装置を提供する。

Description

ライダー用受光装置、ライダー、及び気象観測ライダー

　本発明は、ライダー用受光装置、ライダー、及び気象観測ライダーに関する。

　ライダーは、レーザ光を測定空間へ向けて照射し、その照射から反射光の受光までの時間を測定したり、レーザ光の散乱光のスペクトルを解析したりすることで、種々の測定をする装置である。

　例えば特許文献１には、空の気温分布や水蒸気濃度、風向・風速を観測するための観測手段として、ライダーが使われていることが開示されている。特許文献１には、レーザ光の散乱光を観測する気象観測ライダーであって、散乱光に含まれる回転ラマン散乱光を回折させる回折格子と、回折された前記回転ラマン散乱光を検出する検出器と、前記散乱光に含まれる弾性散乱光を専ら除去する除去素子と、を備える、気象観測ライダーが開示されている。

国際公開第２０２０／０７５８６９号公報

　本発明者らは、ライダー用受光装置の開発過程において、受光した光のスペクトル解析のためにアレイ検出器を用いると、各検出チャンネルにおいて入力される光量と出力する信号値との関係が非線形になること（同時計数損失）や、アレイ検出器の隣接するチャンネル間でクロストークが生じることにより測定誤差が生じ得るという課題を見出した。特にラマンスペクトルの解析をするようなライダーにおいては、そのような同時計数損失及びクロストークが測定結果に影響を与えやすいことを見出した。

　本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、同時計数損失及びクロストークが測定結果に与える影響を低減することのできるライダー用受光装置、ライダー、及び気象観測ライダーを提供することを目的とする。

　本発明の一実施形態に係るライダー用受光装置は、レーザ光の散乱光を検出するライダー用の受光装置であって、受光した光を１軸方向に波長分散させるように分光された光と、上記分光された光のうち、強度が相対的に高い光の波長分散軸方向に関する波長分解能を、強度が相対的に低い光の波長分散軸方向に関する波長分解能よりも高くする光学素子と、上記光学素子によりスペクトルが変化した光を検出するアレイ検出器と、を備える。

　同時計数損失及びクロストークは、アレイ検出器における各チャンネルが受光する光の光量子束密度の差が大きいほど測定結果に与える影響が大きい。上記ライダー用受光装置は、分光素子により分光された光のうち、強度が相対的に高い光の波長分解能を、強度が相対的に低い光の波長分解能よりも高くする光学素子を、アレイ検出器の前段に備える。上記ライダー用受光装置において、分光素子により分光された光は、そのような光学素子により、強度が相対的に低い光の強度が相対的に高まり、強度が相対的に高い光の強度が相対的に低くなる。したがって、上記ライダー用受光装置では、分光素子により分光された光のスペクトルと比較して、光学素子により変化した光のスペクトルの強度の差が小さくなるため、アレイ検出器における各チャンネルが受光する光の光量子束密度の差が比較的小さくなり、同時計数損失及びクロストークが測定結果に与える影響を低減することができる。

　上記分光された光は、中心波長付近の強度が相対的に高く、スペクトル端付近の強度が相対的に低いスペクトル形状を有していてよい。この態様において、上記光学素子は、上記分光された光のうち、上記スペクトルの中心波長付近の波長を有する光Ｌ_ｃの上記分光された光の波長分散軸方向に関する波長分解能を、上記スペクトルのスペクトル端付近の波長を有する光Ｌ_ｅの上記分光された光の波長分散軸方向に関する波長分解能よりも高くする。この態様によれば、例えば、回転ラマンや振動ラマンを受光する場合において、好適に受光した光のスペクトル解析をすることができる。

　また、上記態様において、上記光学素子は、好ましくは上記光Ｌ_ｃの上記分光された光の波長分散軸方向に関する波長分解能を向上させ、上記光Ｌ_ｅの上記分光された光の波長分散軸方向に関する波長分解能を低下させる。この態様によれば、強度が相対的に高い光の強度が低下し、強度が相対的に低い光の強度が向上するため、一層同時計数損失及びクロストークによる測定結果に与える影響を低減することができる。

　上記態様のいずれかにおいて、上記光学素子は、好ましくは非球面レンズであるか、又は非球面レンズと１つ以上のその他の光学素子との組み合わせである。この態様によれば、例えば非球面ミラーを用いる態様と比較して光学系を小さくすることができる。

　上記光学素子が非球面レンズを含む態様において、上記分光された光の直進方向をｚ軸方向、上記分光された光の波長分散軸方向をｙ軸方向としたとき、上記非球面レンズは、好ましくは、光軸が、上記ｚ軸及び上記ｙ軸と直交するｘ軸方向から見て、上記光Ｌ_ｃの光路と略一致するように配置され、上記非球面レンズは、上記光軸付近を通過する光の上記ｙ軸方向の波長分解能を、上記光軸からｙ軸方向に離れた部分を通過する光の上記ｙ軸方向の波長分解能よりも高くする。この態様によれば、比較的製造が容易な非球面レンズを用いることができる。

　上記のように配置される非球面レンズを用いる態様において、上記非球面レンズは、好ましくは上記ｘ軸方向に延伸するシリンドリカルレンズである。この態様によれば、上記分散された光のｘ軸方向に関する波長分解能を非線形に変換しない。

　上記態様のいずれかにおいて、上記分光素子は、好ましくは、回折格子を含んでいる。

　上記態様のいずれかにおいて、上記分光素子は、好ましくは、上記アレイ検出器の直前に配置されるリレーレンズである。この態様によれば、既存の分光素子を含む既存のライダー用受光装置であっても、当該リレーレンズとしての分光素子を取り付けることにより本実施形態のライダー用受光装置とすることができる。また、受光装置の内部の光学系を調整することなしに、あるいは最小限にして、当該リレーレンズの光学系の調整をすることで、ライダー用受光装置全体の性能を容易に調整することができる。

　上記ライダー用受光装置は、気象観測に好適に用いることができる。特に、回転ラマンスペクトルや振動ラマンスペクトルを分析するような用途に好適である。

　本発明の一実施形態に係るライダーは、レーザ光を照射する照射装置と、上記のライダー用受光装置を備える。このようなライダーは、上記のライダー用受光装置を備えるため同時計数損失及びクロストークが測定結果に与える影響を低減することができる。ライダー用受光装置として、上記の気象観測用ライダー用受光装置を用いる場合、気象観測ライダーとして用いることができる。

　上記気象観測ライダーにおける照射装置が照射するレーザ光は、好ましくは、ＵＶ領域のレーザ光である。この態様によれば、窒素分子、酸素分子、水分子等のラマンスペクトルが好適に得られる。また、上記気象観測ライダーは、好ましくは、気温測定用である。

　本発明によれば、同時計数損失及びクロストークが測定結果に与える影響を低減することのできるライダー用受光装置、ライダー、及び気象観測ライダーを提供することができる。

実施形態におけるライダーの構成図を示す。第１実施形態のライダー用受光装置の構成図を示す。ライダー用受光装置における非球面レンズの配置例の（Ａ）斜視図及び（Ｂ）平面図である。第２実施形態のライダー用受光装置の概略構成図を示す。第３実施形態のライダー用受光装置の構成図を示す。第３実施形態のライダー用受光装置の別の構成図を示す。地上校正装置を備える気象観測ライダーの構成図を示す。ＯｐｔｉｃＳｔｕｄｉｏを用いたシミュレーションにおけるモデルの（Ａ）概要図、（Ｂ）平面図、及び（Ｃ）アレイ検出器の正面図を示す。ライダー用受光装置の集光状態を確認する実験における（Ａ）使用した光学系の概要図、（Ｂ）その拡大図、及び（Ｃ）結果を示す。凹凸のシリンドリカルレンズを導入したシミュレーションの（Ａ）設定及び（Ｂ）結果を示す。凹凸のシリンドリカルレンズを導入した際のライダー用受光装置の集光状態を確認する実験における（Ａ）使用した光学系の概要図、及び（Ｂ）結果を示す。非球面レンズを導入したシミュレーションの（Ａ）設定及び（Ｂ）結果を示す。波長分解能を変化させる光学素子がリレーレンズである場合のシミュレーションにおけるモデルの（Ａ）平面図、及び（Ｂ）側面図、並びに（Ｃ）光学素子に入射する前後での波長分解能の変化分布を示すシミュレーション結果を示す。気温測定精度のシミュレーションにおいて設定したアレイ検出器の各チャンネルの波長を示す。各検出器設定で得られた信号強度分布を示す。信号強度補正を行わなかった場合の気温推定の結果である。各ドットにより構成される直線は、上から順にｃａｓｅ－１、２、３、４、及び５の結果である。ｃａｓｅ－５について、気温２５０Ｋ～３２０Ｋを仮定したときの推定精度の結果である。信号強度補正を行った後の気温推定精度を示す。左図（Ｔ＝２７３）における各ドットにより構成される直線は、上から順にｃａｓｅ－１、２、３、４、５、及び６の結果である。右図（Ｔ＝３００）における各ドットにより構成される直線は、ｘ軸が１００ＭＨｚのときのドットにおいて、上から順にｃａｓｅ－１、２、３、４、６、及び５の結果である。信号強度補正を行った後のバイアスを示す。各ドットにより構成される直線は、上から順にｃａｓｅ－１、２、３、４、５、及び６の結果である。

　以下、図面を参照して本発明を実施するための形態（以下、「本実施形態」という。）について詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付して表している。図面は模式的なものであり、必ずしも実際の寸法や比率等とは一致しない。図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることがある。

［ライダー］
　図１に、本実施形態におけるライダーの基本構成を示す。図１に示すように本実施形態のライダー１００は、概して、照射装置１と受光装置２とを備える。

　図１に示すように、照射装置１は、レーザ装置１０、ミラー１２、ビームエキスパンダ１４を主として備える。照射装置１は、特定の波長を有するレーザ光を射出するための光射出手段としての機能を備える。

　レーザ装置１０は、所定波長のレーザ光ビームを射出する光射出手段である。ライダーの用途に応じて、例えば２倍波結晶、４倍波結晶等の波長変換素子を組み合わせることで、当該レーザ光の波長を適宜選択してよい。ミラー１２は、出力されたレーザ光ビームの方向を照射装置の光射出方向に反射する光学素子である。ビームエキスパンダ１４は、平行光として入射されたレーザ光のビーム径を拡大し、射出光Ｌｏとして出力する光学素子である。

　受光装置２は、受光部２０、絞り２１、分光素子２２、及び信号処理部２３を備える。上記照射装置１によって射出された射出光Ｌ_０は、障害物や大気中の成分に反射及び／又は散乱されることにより、その一部がライダー１００に入射光Ｌｉとして入射する。受光装置２は、当該入射光Ｌｉを検出及び分析する機能を備える。

　受光部２０は、入射光Ｌｉを入射させて光束を収束させる。絞り２１は、収束した入射光Ｌｉを通過させて不要な光成分を除去する。分光素子２２は、受光した光を１軸方向に波長分散させるように分光する。分光素子２２としては、上記機能を有する限り特に限定されないが、例えば回折格子及びプリズムが挙げられる。

　信号処理部２３は、分光素子２２により分光された光を解析し、例えば受光した光のスペクトルを解析する。信号処理部２３は、受光した光のスペクトルを解析し、複数波長の散乱光の強度に基づいて、上空の大気の成分や温度を求める。

　信号処理部２３は後述の光学素子及びアレイ検出器を含む。かかる光学素子は、分光素子２２により分光された光に後述の変換を行う。光学素子を通過した光はアレイ検出器により検出される。アレイ検出器は、複数の検出部を備え、それぞれの検出部（チャンネル）は独立して光量子を検出する。アレイ検出器において、各検出部は等幅及び等間隔で配置されてよい。各検出部の幅は例えば０．５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であってよい。そのようなアレイ検出器において、例えば等間隔に分光された光を検出する場合、各検出部が当該分光された光の各波長を有する光を検出することができ、各チャンネルと各波長を対応付けることにより分光された光のスペクトルを解析することができる。アレイ検出器としては、例えば光電子増倍管（ＰＭＴ）アレイ、及びアバランシェフォトダイオードアレイ、及び電子増倍型電荷結合素子（ＥＭＣＣＤ）が挙げられる。

　信号処理部２３により処理及び解析された結果は、ライダー１００がさらに備える表示部に表示されたり、ライダー１００に接続された情報処理装置に無線又は有線で転送されたり、照射装置１にフィードバックされたりしてよい。

［ライダー用受光装置］
　以下、受光装置２の構成について詳述する。受光装置２は、本実施形態のライダー用受光装置であり、受光した光を１軸方向に波長分散させるように分光する分光素子と、上記分光された光のうち、強度が相対的に高い光の上記分光された光の波長分散軸方向に関する波長分解能を、強度が相対的に低い光の上記分光された光の波長分散軸方向に関する波長分解能よりも高くする光学素子と、上記光学素子によりスペクトルが変化した光を検出するアレイ検出器とを備える。光学素子によりスペクトルが変化した光は、上記光学素子を通過した、又は上記光学素子から反射された光であってよい。

　かかる光学素子は、強度が相対的に高い光の波長分解能を高くし、強度が相対的に低い光の波長分解能を低くしてもよく、強度が相対的に高い光及び強度が相対的に低い光の両方の波長分解能を高くしてもよく（この場合、強度が相対的に高い光の波長分解能をより高くする）、強度が相対的に高い光及び強度が相対的に低い光の両方の波長分解能を低くしてもよい（この場合、強度が相対的に低い光の波長分解能をより低くする）。かかる文脈において、波長分解能は、波長解像度と換言することもできる。かかる光学素子は、好ましくは非球面レンズであるか、又は非球面レンズと１つ以上のその他の光学素子との組み合わせである。例えば、凹レンズのような負のパワーを有する光学素子と、非球面レンズとの組み合わせであってもよく、１又は複数の非球面レンズと、１又は複数の球面レンズとの組み合わせであってもよい。かかる光学素子がミラーのような反射光学素子の場合には測定対象のスペクトル範囲において反射率が高い材料又はコーティングが好ましい。かかる光学素子がレンズのような透過光学素子の場合には、光学素子の両面に反射防止膜が施されていることが好ましい。

（第１実施形態）
　図２に、第１実施形態のライダー用受光装置を示す。図２に示すように第１実施形態のライダー用受光装置は、受光部２０、絞り２１、分光素子２２、非球面レンズ２３１、アレイ検出器２３２、並びに凹面鏡２４１及び２４２を備える。絞り２１から入射した光は、凹面鏡２４１により分光素子２２に導かれる。分光素子２２は例えば回折格子である。図２において、分光素子２２は、面内の一軸方向に波長分散させるように入射光を分光する。

　分光素子２２により分光された光は凹面鏡２４２により非球面レンズ２３１に導かれ、非球面レンズ２３１を通過して、アレイ検出器２３２上に入射光Ｌｉの分光スペクトルが投影される。当該非球面レンズ２３１に入射する光、及びアレイ検出器２３２上に照射される光は、図２のｙ軸方向の波長分散を有する。非球面レンズ２３１は、分光素子２２により分光された光のうち、強度が相対的に高い光Ｌ_Ｈの、分光された光の波長分散方向（図２のｙ軸方向）に関する波長分解能を、強度が相対的に低い光Ｌ_Ｌのｙ軸方向に関する波長分解能よりも高くする。一方、従来のライダー用受光装置では、分光素子２２により分光された光は凹面鏡２４２によりアレイ検出器２３２に導かれ、非球面レンズを通過することなくアレイ検出器２３２上に入射光Ｌｉの分光スペクトルが投影される。

　分光素子２２とアレイ検出器２３２の光路の間に非球面レンズ２３１が配置されていることにより、第１実施形態のライダー用受光装置においてアレイ検出器２３２の各チャンネルが受光する光の光量子束密度の差が小さくなる。例えば非球面レンズ２３１が配置されない場合に、光Ｌ_Ｈ及び光Ｌ_Ｌの双方においてアレイ検出器のｎ個のチャンネルに波長範囲Δλを有する光が入射する状況（すなわち、光Ｌ_Ｈにおいては、中心波長をλ_Ｈとして、ｎ個のチャンネルにλ_Ｈ±Δλ／２の波長を有する光が入射され、光Ｌ_Ｌにおいては、中心波長をλ_Ｌとして、ｎ個のチャンネルにλ_Ｌ±Δλ／２の波長を有する光が入射する。）を想定する。この場合、非球面レンズ２３１がアレイ検出器２３２の前に配置されることにより、光Ｌ_Ｈにおいては、ｎ_Ｈ個のチャンネルにΔλの範囲の波長を有する光が入射し、光Ｌ_Ｌにおいては、ｎ_Ｌ個のチャンネルにΔλの範囲の波長を有する光が入射するとすると、光Ｌ_Ｈの波長分解能が光Ｌ_Ｌの波長分解能よりも高いことは、ｎ_Ｈがｎ_Ｌより大きいことを意味する。非球面レンズ２３１が配置されない場合は、光Ｌ_Ｈ及び光Ｌ_Ｌの双方は同数（ｎ個）のチャンネルにより検出されるのに対し、非球面レンズ２３１が配置される場合、ｎ_Ｈがｎ_Ｌより大きいため、光Ｌ_Ｈは光Ｌ_Ｌよりも多くのチャンネルに検出されることとなる。このようにして、分光された光が非球面レンズ２３１を通過することによって、光Ｌ_Ｈと光Ｌ_Ｌの光量子束密度の差が小さくなり、アレイ検出器２３２の各チャンネルが受光する光の光量子束密度の差が小さくなる。その結果、各チャンネルの信号値における同時計数損失及びクロストークの割合の差も小さくなることにより、同時計数損失及びクロストークが測定結果に与える影響を低減することのできるライダー用受光装置を提供することができる。

　図３に、非球面レンズ２３１の配置方法の一例を示す。図３において、ｚ軸は分光素子により分光されアレイ検出器２３２に入射する光の直進方向に対応し、ｙ軸は分光された光の波長分散軸方向と一致する方向に対応する。非球面レンズ２３１は、図３において上記で定義されるｙ軸及びｚ軸に直交するｘ軸方向に延伸するシリンドリカルレンズである。非球面レンズ２３１は、ｘ軸方向から見て（図３において、平面視で）少なくとも一面が球面でない面である凸レンズである。非球面レンズ２３１は光軸（図３（Ｂ）において、一点鎖線で示す。）とアレイ検出器２３２の検出面とが略垂直になるように配置され、図２の分光素子２２並びに凹面鏡２４１及び２４２の角度及び位置を調整することにより、分光された光が非球面レンズ２３１の光軸と略並行になるように照射される。なお、本明細書において、略垂直及び略並行のように、角度に関して「略」との用語を用いる場合、記載する条件を満たす角度±１０°、好ましくは±５°、より好ましくは±１°の範囲を含むことを意味する。

　第１実施形態において、入射光Ｌｉが分光された光は、中心波長付近の強度が相対的に高く、スペクトル端付近の強度が相対的に低いスペクトル形状を有する。そのようなスペクトルを有する入射光Ｌｉとしては、例えば回転ラマン散乱光及び振動ラマン散乱光のようなラマン散乱光が挙げられる。なお、分光された光のスペクトル形状は、必ずしもピーク波長と中心波長が一致している必要はなく、例えば中心波長λ_Ｘ、及びスペクトル幅Δλ_Ｘ（分光された光に含まれる最大波長及び最小波長の差）を有するスペクトルにおいて、λ_Ｘ±Δλ_Ｘ／４の範囲の波長を有する光の強度がスペクトル全体の累積強度の５０％超、好ましくは６０％以上、より好ましくは６５％以上を占めるスペクトル、あるいはピーク波長がλ_Ｘ±Δλ_Ｘ／４の範囲にあるスペクトル等であってよい。非球面レンズ２３１を通過する光は、回転ラマン散乱光及び振動ラマン散乱光のようなラマン散乱光であってよく、そのようなラマン散乱光から弾性散乱光成分が専ら除去された光であってよい。

　図３（Ｂ）に示すように、第１実施形態において、非球面レンズ２３１に入射する光が有するスペクトルの中心波長付近の波長を有する光Ｌ_ｃは非球面レンズ２３１の中心（光軸）付近を通過し、かかるスペクトルのスペクトル端付近の波長を有する光Ｌ_ｅは非球面レンズ２３１の端部付近を通過するように分光素子２２並びに凹面鏡２４１及び２４２の角度及び位置が調整される。すなわち、非球面レンズ２３１は、光軸が、ｘ軸方向から見て、光Ｌ_ｃの光路と略一致するように配置される。中心波長付近の波長とは、例えば中心波長±（半値全幅）／２の範囲の波長であってよく、あるいは、中心波長±（スペクトル幅）／２の範囲の波長であってよい。

　また、図３（Ｂ）において、非球面レンズ２３１は、光軸付近を通過する光のｙ軸方向の波長分解能を、光軸からｙ軸方向に離れた部分を通過する光のｙ軸方向の波長分解能よりも高くするレンズである。中心波長付近の波長を有する光Ｌ_ｃは光軸付近を通過し、スペクトル端付近の波長を有する光Ｌ_ｅは光軸からｙ軸方向に離れた部分（非球面レンズ２３１の端部付近）を通過するため、非球面レンズ２３１は、光Ｌ_ｃのｙ軸方向の波長分解能を光Ｌ_ｅに対して相対的に高くする。ここで、光Ｌ_ｃは光Ｌ_ｅより相対的に強度が高いため、図３に示すような構成によれば、強度が相対的に高い分光された光の波長分散軸方向に関する波長分解能を、強度が相対的に低い分光された光の波長分散軸方向に関する波長分解能よりも高くすることができる。

　光軸付近を通過する光のｙ軸方向の波長分解能を、光軸からｙ軸方向に離れた部分を通過する光のｙ軸方向の波長分解能よりも高くする非球面レンズは、例えばｘ軸方向から見た時のレンズの２つの面を適宜選択することで設計することができる。非球面レンズは、例えば式（１）に示す非球面レンズ関数の係数α、円錐係数ｋ、及び曲率半径Ｒを調整することで設計すればよい。ここで、ｚ軸及びｙ軸は図３に記載の向きとし、ｉは１～７の整数である。

　非球面レンズ関数の例としては、例えば非球面レンズのアレイ検出器側の面をｋ＝０、ｉ＝１の関数とし、他方の面をＲ＝∞、ｋ＝０、ｉ＝１～３の関数とする場合が挙げられる。また、ライダー用受光装置は、非球面レンズを複数枚備えていてもよく、非球面レンズを用いることに代えて凹面鏡２４２を非球面ミラーとしてもよい。また、非球面レンズと非球面ミラーとを組み合わせた態様であってもよい。非球面レンズ２３１は、球面レンズと比較してｙ軸方向についての歪曲収差が増大したレンズであってよい。

（第２実施形態）
　図４に、第２実施形態のライダー用受光装置の概略構成図を示す。図２に示す第１実施形態のライダー用受光装置は、波長分解能を変化させる光学素子がアレイ検出器の前段に配置される非球面レンズであるのに対し、図４に示す第２実施形態のライダー用受光装置は、波長分解能を変化させる光学素子がアレイ検出器の直前に配置されるリレーレンズである点で、第１実施形態と第２実施形態とは異なる。

　より具体的には、図２に示す第１実施形態では、凹面鏡２４２による分光素子２２の結像位置よりも前段に非球面レンズ２３１が配置されているのに対し、図４（Ａ）に示す第２実施形態では、分光素子２２の結像位置よりも後段に光学素子２３３がリレーレンズとして配置されている。このように、光学素子２３３をリレーレンズとして分光素子の結像位置よりも後段に配置することにより、分光素子２２の光学系を調整することなしに、あるいは最小限にしながら、光学素子２３３の光学系の調整をすることで、ライダー用受光装置全体の性能を容易に調整することができる。すなわち、第２実施形態は、既存のライダー用受光装置に、光学素子２３３をリレーレンズとして設置し、その直後にアレイ検出器を設けることにより比較的容易に実現することができる。

　図４（Ａ）に示す第２実施形態のライダー用受光装置は、絞り２１、分光素子２２、光学素子２３３、及びアレイ検出器２３２を備える。図４においては省略しているが、第２実施形態のライダー用受光装置は、第１実施形態と同様に、受光部２０及びその他の光学素子を備えていてよい。その他の光学素子としては、本明細書に記載の光学素子、例えばミラー（平面鏡、凹面鏡）、レンズ等が挙げられる。

　図４（Ａ）において、第１実施形態と同様に光学素子２３３は、強度が相対的に高い光Ｌ_Ｈの、分光された光の波長分散方向（図２のｙ軸方向）に関する波長分解能を、強度が相対的に低い光Ｌ_Ｌのｙ軸方向に関する波長分解能よりも高くする。

　図４（Ｂ）及び（Ｃ）は、図４（Ａ）の光学素子２３３の構成の一例を示す、平面図及び側面図である。図４（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、光学素子２３３は、複数のレンズからなってよい。当該複数のレンズのうち、１つ以上が非球面レンズであると好ましい。また、複数のレンズは、正の屈折力を有するレンズ及び／又は負の屈折力を有するレンズを含んでいてよい。

　設計及び製造を容易にする観点からは、光学素子２３３は、複数のシリンドリカルレンズからなることが好ましい。シリンドリカルレンズは、図４のｙ軸方向（分光された光の波長分散方向）に延伸してもよく、ｘ軸方向（光の直進方向であるｚ軸方向とｙ軸方向に直交する方向）に延伸してもよい。光学素子２３３は、ｙ軸方向に延伸するシリンドリカルレンズと、ｘ軸方向に延伸するシリンドリカルレンズとを含むことが好ましく、ｘ軸方向に延伸する非球面を有するシリンドリカルレンズと、ｘ軸方向に延伸する球面シリンドリカルレンズと、ｙ軸方向に延伸する球面シリンドリカルレンズとを含むことがより好ましい。ｘ軸方向に延伸する非球面を有するシリンドリカルレンズは、最も前段（すなわち、光学的に分光素子に最も近くなるよう）に配置されていてよい。

　図４に示す第２実施形態において、分光素子２２とアレイ検出器２３２との距離（光路に沿った物理的な距離）は、第１実施形態における分光素子２２とアレイ検出器２３２との距離よりも長くてよい。また、図４に示す第２実施形態において、アレイ検出器２３２は分光素子２２の本来の結像位置よりも後段に配置されてよい。

（第３実施形態）
　本実施形態のライダー用受光装置は、上記の構成以外に、分光された光のうちの特定波長を専ら除去するための構成をさらに備えていてもよい。そのような構成としては、例えばノッチフィルタ及びバンドパスフィルタのような干渉フィルタ、空間フィルタ、及びスリット等が挙げられる。

　以下、分光された光のうちの特定波長を専ら除去するための構成としてスリットを備える態様を、図５Ａ及びＢを参照しながら第３実施形態として説明する。第３実施形態において第１実施形態と同一又は類似する構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

　図５Ａに示す第３実施形態のライダー用受光装置は、第１実施形態のライダー用受光装置と比較して、スリット２５、ミラー２６、追加の分光素子２７、凹面鏡２４３及び２４４をさらに備える点で相違する。

　スリット２５は、一部の光のみを通過させ、その他の光を反射することにより、透過した光を除去する。スリット２５の設置位置を調整することにより除去する光の波長を適宜選択することができる。スリット２５は、少なくとも一部の波長を有する光を除去することができる素子であれば特に限定されず、例えば干渉フィルタ及び／又は空間フィルタを適宜ミラーと組み合わせた光学素子であってもよい。

　分光素子２７は分光素子２２により分光された光をさらに分光する。分光素子２７は例えば回折格子である。このように２つの分光素子を有することにより、第３実施形態のライダー用受光装置は、非常に精密なスペクトル分析をすることができる。

　図５Ｂに示す第３実施形態のライダー用受光装置は、図５Ａに示す第３実施形態のライダー用受光装置と比較して、非球面レンズ２３１に代えてリレーレンズである光学素子２３３を備え、さらに光学素子２３３の前段に除去素子２９を備える点で相違する。除去素子２９は、分光された光のうちの特定波長を専ら除去するための素子であれば特に限定されず、例えば干渉フィルタ、空間フィルタ、又はそれらの組み合わせであってよい。光学素子２３３の構成及び好ましい態様等は、第２実施形態で説明したものと同様である。

　図５Ｂに示す第３実施形態のライダー用受光装置では、分光された光のうちの特定波長を専ら除去するための第１の構成として、スリット２５を、第２の構成として、除去素子２９を有する。この態様において、スリット２５及び／又は除去素子２９を省略してもよく、スリット２５に代えて、少なくとも一部の波長を有する光を除去することができる素子（例えば干渉フィルタ及び／又は空間フィルタを適宜ミラーと組み合わせた光学素子）を用いてもよい。

　このように、スペクトルを変化させる光学素子としてリレーレンズである光学素子２３３を用いる場合には、分光素子２７と光学素子２３３の間に集光点が存在するため、集光点付近に一部の波長の光を除去する除去素子２９を設けることができる。図５Ｂに示す構成によれば、除去素子２９により特定の波長の光の除去効率を高められたり、スリット２５のみを用いる場合に比べて高い波長分解能で特定の波長の光を除去（除去する波長の精度が高められる）できたりするという利点がある。

［気象観測ライダー］
　上記のライダー及びライダー用受光装置は、気象観測ライダー、特に気温測定用気象観測ライダーとして好適に用いることができる。

　図１に示すように、気象観測ライダーにおいて、照射装置１は、レーザ光を上空に射出する。また、受光装置２は、大気中の成分、例えば水蒸気（Ｈ_２Ｏ）分子、窒素（Ｎ_２）分子、酸素（Ｏ_２）分子により散乱された光を受光する。

　レーザ装置１０は、例えばＵＶ領域のレーザ光を照射してよい。レーザ装置１０は、例えばＹＡＧレーザの波長２６６ｎｍ、３５５ｎｍ、５３２ｎｍの波長を射出してよく、あるいはエキシマレーザの２４８ｎｍ、３０８ｎｍ、３５１ｎｍの波長を射出してもよい。ＵＶ領域のレーザ光を用いることで日中の太陽光による背景光強度を低減することができる。

　照射装置１は、レーザ光の光路の一部又は全体を含む空間の塵埃度を一定以下に保つ精密空調機を備えていてもよい。精密空調機を備えることにより光学部品の損傷を抑制し、耐久性を向上させることができる。また照射装置１は、光学部品及び周辺の空間の温度変化を一定以下に保つ温度調節機構を備えていてもよい。光学系の急激な温度変動を防止することによっても光学部品の損傷を抑制し、耐久性を向上させることができる。光学素子のレーザ損傷閾値（損傷が始まるレーザ光密度）は波長が短いほど小さく、光学素子の損傷は一般的には大きくなる。特に、ＵＶＣ領域の波長のレーザにおいて気象観測用ライダーの安定稼働が難しいが、上記構成を備えることにより、当該領域での安定稼働が実現する。

　受光装置２は、大気中の成分、例えば水蒸気（Ｈ_２Ｏ）分子、窒素（Ｎ_２）分子、酸素（Ｏ_２）分子により散乱されたラマン散乱光を受光してよい。ラマン散乱光としては、回転ラマン散乱光であってよく、振動ラマン散乱光であってよい。
　受光部２０は、望遠鏡であってよい。望遠鏡の口径は例えば１０ｃｍ以上６０ｃｍ以下、又は１０ｃｍ以上４０ｃｍ以下であってよい。

　受光装置２は、第３実施形態のライダー用受光装置のように、特定波長を専ら除去するための構成をさらに備えていることが好ましい。この態様によれば、受光したラマン散乱光の弾性散乱成分のみを除去し、弾性散乱成分以外の成分をより高精度で分析することができる。

　ラマン散乱光を検出する気象観測ライダー（以下、「ラマンライダー」という。）は、窒素分子や酸素分子の回転ラマン散乱又は振動ラマン散乱の温度依存性を利用して気温を推定する。ラマン散乱スペクトルの検出には、上記のように分光素子とアレイ検出器により、ラマンスペクトルのストークス成分とアンチストークス成分の両方の形状を同時に捉える多波長法を採用することができる。この手法では、波長のズレに対するロバスト性が高く、回折格子の角度を変化させることで計測波長を調整することが可能であるため、高度な光学系の設置技術を必要としない利点がある。

　ラマンライダーでは、得られたラマン散乱信号から気温を推定する際にラマンライダーとは独立した測定手法、例えばラジオゾンデなどを用いて校正する必要がある。一方、上記のとおりアレイ検出器は同時計数損失及びクロストークが測定結果に影響を及ぼしやすい。とりわけ、回転ラマンスペクトルでは、隣接チャンネルの強度比が１桁以上異なる箇所が複数存在する。ラマンライダーにおいて、特にクロストークの影響は、信号の弱いチャンネルでは無視できず、気温推定精度が低下してしまう。そこで、従来は、気温だけでなく、測定される信号強度ごとにも校正値を設け（信号強度補正）、それらを線形補間した校正値を用いて気温を求めていた。

　また、ラジオゾンデとの比較による校正では、大気や計測距離の影響を受けるため、校正に必要な期間が長くなる、ラジオゾンデの観測数が増えるという課題があった。これらの課題に対して、ラマンライダーに付随させる、気温のみを関数とした回転ラマンスペクトルを取得できる地上校正装置が提案されている（Yoichiro Fujita, Masanori Yabuki, Toshikazu Hasegawa, Eiji Takeuchi: Ground-based calibration of rotational Raman lidar for profiling atmospheric temperature, 2020 AGU fall meeting, 2020.）。そのような地上校正装置では、大気に照射前のレーザ軸上の微小空間に精密調温する装置を設け、その側方散乱から気温ごとのラマンスペクトルを求める。

　本発明者らは、上記のような地上校正装置を備える気象観測ライダーにおいて、アレイ検出器の同時計数損失及びクロストークが、校正の精度に影響を及ぼしやすいことを見出した。また、受光装置として、本実施形態のライダー用受光装置を用いることにより、同時計数損失及びクロストークが測定結果に与える影響を低減し、精度の高い校正不要な気象観測ライダーを提供し得ることを見出した。

　したがって、本実施形態の気象観測ライダーは、地上校正装置をさらに備えていてよい。地上校正装置は、レーザ装置から光が上空に照射される前に、レーザ光の光路に設けられ、側方散乱から気温ごとのラマンスペクトル、特に回転ラマンスペクトルを求めるための装置である。地上校正装置は、例えば校正装置内部の温度を制御するための温度制御装置と、校正装置内部の温湿度を測定する温湿度計と、校正装置内部で生じた光の散乱光を受光する受光部とを備えていてよい。

　図６に、地上校正装置を備えるライダーの構成の一例を示す。図６に示すように、ライダー２００は、照射装置１Ａと受光装置２Ａとを備える。照射装置１Ａは、図１に示すライダー１００の照射装置１と比べて、レーザ装置１０とミラー１２との間に地上校正装置１６を備える点で異なる。地上校正装置１６は、装置内部の温度を制御するための温度制御装置１６２、装置内部の温湿度を測定する温湿度計１６４、及び装置内部で生じた光の散乱光を受光する受光部１６６を含む。受光部１６６からの光は光ファイバ２８ａにより受光装置２Ａに導入される。温度制御装置１６２は、例えば適当に温調した熱媒体をレーザ光の光路周辺を循環させるための構成を有していてよい。受光装置２Ａは、図１に示すライダー１００の受光装置２と比べて、受光部２０からの光及び受光部１６６からの光が光ファイバカプラ２８ｂにより分光素子２２に導入される点で異なる。

　以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。

［付記］
　本発明は以下の実施形態を含む。
［１］
　レーザ光の散乱光を検出するライダー用の受光装置であって、
　受光した光を１軸方向に波長分散させるように分光する分光素子と、
　前記分光された光のうち、強度が相対的に高い光の前記分光された光の波長分散軸方向に関する波長分解能を、強度が相対的に低い光の前記分光された光の波長分散軸方向に関する波長分解能よりも高くする光学素子と、
　前記光学素子によりスペクトルが変化した光を検出するアレイ検出器と、
　を備える、ライダー用受光装置。
［２］
　前記分光された光は、中心波長付近の強度が相対的に高く、スペクトル端付近の強度が相対的に低いスペクトル形状を有する、
　［１］に記載のライダー用受光装置。
［３］
　前記光学素子は、前記分光された光のうち、前記スペクトルの中心波長付近の波長を有する光Ｌ_ｃの前記分光された光の波長分散軸方向に関する波長分解能を、前記スペクトルのスペクトル端付近の波長を有する光Ｌ_ｅの前記分光された光の波長分散軸方向に関する波長分解能よりも高くする、
　［１］又は［２］に記載のライダー用受光装置。
［４］
　前記光学素子は、前記光Ｌ_ｃの前記分光された光の波長分散軸方向に関する波長分解能を向上させ、前記光Ｌ_ｅの前記分光された光の波長分散軸方向に関する波長分解能を低下させる、
　［１］～［３］のいずれか１つに記載のライダー用受光装置。
［５］
　前記光学素子が、非球面レンズであるか、又は非球面レンズと１つ以上のその他の光学素子との組み合わせである、
　［１］～［４］のいずれか１つに記載のライダー用受光装置。
［６］
　前記分光された光の直進方向をｚ軸方向、前記分光された光の波長分散軸方向をｙ軸方向としたとき、
　前記非球面レンズは、光軸が、前記ｚ軸及び前記ｙ軸と直交するｘ軸方向から見て、前記光Ｌ_ｃの光路と略一致するように配置され、
　前記非球面レンズは、前記光軸付近を通過する光の前記ｙ軸方向の波長分解能を、前記光軸からｙ軸方向に離れた部分を通過する光の前記ｙ軸方向の波長分解能よりも高くする、
　［５］に記載のライダー用受光装置。
［７］
　前記非球面レンズが、前記ｘ軸方向に延伸するシリンドリカルレンズである、
　［６］に記載のライダー用受光装置。
［８］
　前記分光素子が、回折格子を含む、
　［１］～［７］のいずれか１つに記載のライダー用受光装置。
［９］
　前記光学素子が、前記アレイ検出器の直前に配置されるリレーレンズである、
　［１］～［８］のいずれか１つに記載のライダー用受光装置。
［１０］
　気象観測に用いられる、［１］～［９］のいずれか１つに記載のライダー用受光装置。
［１１］
　レーザ光を照射する照射装置と、
　［１］～［１０］のいずれか１つに記載のライダー用受光装置を備える、
　ライダー。
［１２］
　レーザ光を空中に照射する照射装置と、
　［１］～［１０］のいずれか１つに記載のライダー用受光装置を備える、
　気象観測ライダー。
［１３］
　前記照射装置が照射するレーザ光が、ＵＶ領域のレーザ光である、
　［１２］に記載の気象観測ライダー。
［１４］
　気温測定用である、［１２］又は［１３］に記載の気象観測ライダー。

　以下、本発明を実施例及び比較例を用いてより具体的に説明する。本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。

　ＯｐｔｉｃＳｔｕｄｉｏを用いたシミュレーション及びＣＣＤイメージセンサを用いた集光の確認を行った。図７に集光を仮定したモデルを示す。検出領域は最大１０ｍｍとした。アレイ検出器の各チャンネルは、有効幅が０．８ｍｍ、仕切り０．２ｍｍで構成され、１０ｍｍで１０チャンネル分に相当すると想定した。なお、アレイ検出器における各スポットはｆ＝５００ｍｍでｙ軸方向に集光されたものとした。

　また、実際のライダー用受光装置の集光状態を確認するために波長３５４．７ｎｍのレーザを入射させ、検出器位置にＣＣＤ（撮像面積：６．３４ｍｍ（Ｈ）ｘ４．７５ｍｍ（Ｖ））を置いて撮像した。ライダー用受光装置としては、図８（Ａ）に示す２つの分光素子（２４００ｍｍ^－１及び３６００ｍｍ^－１の回折格子）を備えた系を用いた。図８（Ａ）において、ＣＣＤはＣＣＤイメージセンサを表し、その他の各符号は上述と同様である。図８（Ｂ）に示すように凹面鏡２４２からＣＣＤの距離は５００ｍｍとした。その結果、図８（Ｃ）に示すように、ＣＣＤではファイバごとの集光点が確認され、回折格子の角度設定（図８（Ｃ）のＢの値）に対応して集光位置が変化することを確認した。各スポットの線幅は０．９８ｍｍであり、撮像幅６．３４ｍｍ内で計測できる設定波長範囲は、４．９ｎｍであった。

　次に、検出器の直前に凹凸のシリンドリカルレンズを挿入してｙ軸の集光位置を広げることを試みた。図９（Ａ）に示すように、図７の設定において、ｆ＝１００ｍｍの凹レンズ及び凸レンズを配置し、検出位置を初期の焦点位置（図７の設定）から６２ｍｍ後退させた設定とした。その結果、図９（Ｂ）に示すように、各スポットの間隔を図７（Ｃ）と比べて２倍に広げることができ、またスポット半径にも大きな影響がみられないことを確認した。

　次に、実際のライダー用受光装置でもレンズ挿入の影響の確認を行った。図８（Ａ）の凹面鏡２４２及びＣＣＤの間に、凹凸のシリンドリカルレンズを図１０（Ａ）のように挿入した。ＣＣＤによる撮像結果を図１０（Ｂ）に示す。ＣＣＤの位置は縦方向（ｘ軸）の集光位置からは外れているため、図８（Ｃ）に示されるようなファイバごとの集光点は見えなくなるものの、横方向（ｙ軸）には発散せずに集光していることが確認された。各スポットの線幅は０．７２ｍｍであり、撮像幅６．３４ｍｍ内で計測できる設定波長範囲は、４．０ｎｍであった。図８（Ｃ）の結果と比較すると、同一撮像幅内で計測できる波長範囲が０．８２倍になっており、レンズがない場合に比べて波長分解能を低下させられることが確認できた。

　次に、図９（Ａ）の設定において検出器直前のシリンドリカル凸レンズを前面及び後面ともに非球面である非球面のシリンドリカル凸レンズとした、図１１（Ａ）の設定でシミュレーションを行った。非球面レンズとして、上記式（１）で表される非球面レンズ関数において、表１に示す係数を有するレンズを採用した。なお、表１においてＳ１は凹レンズ側の面であり、Ｓ２はアレイ検出器側の面である。その結果、図１１（Ｂ）に示すように、レンズ中央付近を通過した光は複数チャンネルに分散され、レンズ端を通過した光は波長領域を束ねて集光されることがわかった。なお、レンズ両端と中央の曲率を変化させることで、波長ごとの集光チャンネルを変更することができるが、曲率が大きくなる場合はレンズを複数枚に分けてもよい。

　最後に、波長分解能を変化させる光学素子がアレイ検出器の直前に配置されるリレーレンズである場合を想定して、図１２（Ａ）及び（Ｂ）に示すリレーレンズを用いる設定でシミュレーションを行った。図１２（Ａ）及び（Ｂ）において、最左端が、本来検出器が配置される位置（分光素子の本来の結像位置）であり、最右端が、実際に検出器が配置される位置である。図１２（Ａ）は、リレーレンズの平面図（ｘ軸方向からの図）であり、図１２（Ｂ）は、リレーレンズの側面図（ｙ軸方向からの図）である。リレーレンズは、６個のシリンドリカルレンズからなり、図１２（Ａ）及び（Ｂ）の左から、ｘ軸、ｘ軸、ｙ軸、ｘ軸、ｙ軸、及びｘ軸方向に延伸するシリンドリカルレンズである。また、最左端が非球面シリンドリカルレンズであり、その他は球面シリンドリカルレンズである。図１２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように各レンズの湾曲面を左から順にＳ３～Ｓ８として、Ｓ３は、上記式（１）で表される非球面レンズ関数において、表２に示す係数を有する非球面であり、Ｓ４～Ｓ８の各面は、表２に示す曲率半径を有する球面である。

　シミュレーション結果を図１２（Ｃ）に示す。図１２（Ｃ）は、リレーレンズに入射する前後でのｙ軸に沿った波長分解能の変化の分布を示す。グラフ上の各プロットは、ｙ軸方向の単位長さ当たりに含まれる波長幅の、リレーレンズに入射させる前後での比を示す。中心部(ｙ＝０付近)の波長分解能が高くなり（数値としては小さくなり）、端部では波長分解能が低くなった（数値としては大きくなった）ことが示された。

　次に、ライダー用受光装置の変更が気温測定精度に与える影響をシミュレーションした。２４００ｍｍ^－１と３６００ｍｍ^－１の２つの回折格子を使用した場合の波長分解能（０．４２ｎｍ）を基準として、アレイ検出器の前に光学素子を導入することでアレイ検出器上のスペクトルを変化させ、気象観測ライダーの気温測定精度がどの程度変化するかということをシミュレーションした。アレイ検出器の各チャンネルの波長設定を図１３に示す。

　図１３において、ｃａｓｅ－１～６は以下の表に示すライダー用受光装置の設定により得られると想定される波長設定である。なお、表３の非球面レンズ１は、上記式（１）で表される非球面レンズ関数において表１に示す係数を有するレンズである。

　波長２６６ｎｍのレーザを照射し、各検出器設定で得られた回転ラマンスペクトルの信号強度分布を図１４に示す。気温が低いほどチャンネルごとの強度差が大きくなる傾向がある。なお、ここでは、検出器の波長分解能に焦点をあてるため、検出器の検出設定（１チャンネルあたり有効幅０．８ｍｍ、仕切り０．２ｍｍ）、並びに同時計数損失及びクロストークによる信号強度依存性のみを考慮し、レーザ波長揺らぎや検出波長中心位置のズレは無視した。また、気温推定のための校正信号を、信号強度が最大となるチャンネルが２０ＭＨｚのときに取得したと仮定し、観測信号の同チャンネルを２～１００ＭＨｚに変化させた場合について計算した。気温推定に用いた信号は、信号強度が最大となるチャンネルから１／２０となるチャンネルまでの信号を用いた。

　まず、信号強度補正を行わなかった場合の気温推定（ｃａｓｅ－１～５）を図１５に示す。観測値が校正スペクトルと同じ信号強度（２０ＭＨｚ）のときに設定した気温（２７３Ｋ、３００Ｋ）が得られ、校正と観測の信号強度差が大きくなるにつれて推定精度は悪くなった。また、図１４に示す各チャンネルの信号強度差が小さくなる設定ほど推定精度は良くなった。特に、ｃａｓｅ－５のＴ＝３００Ｋの場合については、信号強度補正を行わなくても信号強度比４倍（校正信号：２０ＭＨｚ、観測信号：８０ＭＨｚ）まで１Ｋ以下の精度で気温が求まることがわかった。

　ｃａｓｅ－５について詳しく調べるため、気温２５０Ｋ～３２０Ｋを仮定したときの推定精度を計算した（図１６）。気温３００～３１５Ｋにおいて、ｃａｓｅ－５の設定では強度補正無しでも信号強度によらず高精度の推定ができた。このことは、観測対象とする気温範囲に応じたレンズ設計が有効であることを示唆している。気温推定において信号強度補正のための校正が精度を決める主要因となるため、その寄与を減らすことができれば、校正頻度の減少、多様な場所への展開及び観測高度域の拡大に繋がる。

　次に、実際の運用に近い信号強度補正を行った後の気温推定精度及びバイアス（ｃａｓｅ－１～６）を、それぞれ図１７及び図１８に示す。ここでは信号強度補正値の誤差による影響を統計的に見積もるため、信号強度補正値に１σ＝５％の正規分布誤差を与えて信号強度ごとに１００回の計算を行った。図１４の回転ラマンスペクトルの強度差が少ない信号ほど推定精度は良くなった。以上のシミュレーションにより、校正時の信号強度と観測信号の強度差が大きい場合、非球面レンズの導入により２～５倍以上の気温推定精度が向上することがわかった。本手法は現状の設定に数枚のレンズを挿入するだけで精度向上が望めるため、コストが低減できる。

　１，１Ａ…照射装置、２，２Ａ…受光装置、１０…レーザ装置、１２，２６…ミラー、１４…ビームエキスパンダ、１６…地上校正装置、２０，１６６…受光部、２１…絞り、２２，２７…分光素子、２３…信号処理部、２５…スリット、２８ａ…光ファイバ、２８ｂ…光ファイバカプラ、２９…除去素子、１００，２００…ライダー、１６２…温度制御装置、１６４…温湿度計、２３１…非球面レンズ、２３２…アレイ検出器、２３３…光学素子、２４１，２４２，２４３，２４４…凹面鏡。

Claims

　レーザ光の散乱光を検出するライダー用の受光装置であって、
　受光した光を１軸方向に波長分散させるように分光する分光素子と、
　前記分光された光のうち、強度が相対的に高い光の前記分光された光の波長分散軸方向に関する波長分解能を、強度が相対的に低い光の前記分光された光の波長分散軸方向に関する波長分解能よりも高くする光学素子と、
　前記光学素子によりスペクトルが変化した光を検出するアレイ検出器と、
　を備える、ライダー用受光装置。
　前記分光された光は、中心波長付近の強度が相対的に高く、スペクトル端付近の強度が相対的に低いスペクトル形状を有する、
　請求項１に記載のライダー用受光装置。
　前記光学素子は、前記分光された光のうち、スペクトルの中心波長付近の波長を有する光Ｌ_ｃの前記分光された光の波長分散軸方向に関する波長分解能を、スペクトルのスペクトル端付近の波長を有する光Ｌ_ｅの前記分光された光の波長分散軸方向に関する波長分解能よりも高くする、
　請求項２に記載のライダー用受光装置。
　前記光学素子は、前記光Ｌ_ｃの前記分光された光の波長分散軸方向に関する波長分解能を向上させ、前記光Ｌ_ｅの前記分光された光の波長分散軸方向に関する波長分解能を低下させる、
　請求項３に記載のライダー用受光装置。
　前記光学素子が、非球面レンズであるか、又は非球面レンズと１つ以上のその他の光学素子との組み合わせである、
　請求項３に記載のライダー用受光装置。
　前記分光された光の直進方向をｚ軸方向、前記分光された光の波長分散軸方向をｙ軸方向としたとき、
　前記非球面レンズは、光軸が、前記ｚ軸及び前記ｙ軸と直交するｘ軸方向から見て、前記光Ｌ_ｃの光路と略一致するように配置され、
　前記非球面レンズは、前記光軸付近を通過する光の前記ｙ軸方向の波長分解能を、前記光軸からｙ軸方向に離れた部分を通過する光の前記ｙ軸方向の波長分解能よりも高くする、
　請求項５に記載のライダー用受光装置。
　前記非球面レンズが、前記ｘ軸方向に延伸するシリンドリカルレンズである、
　請求項６に記載のライダー用受光装置。
　前記分光素子が、回折格子を含む、
　請求項１に記載のライダー用受光装置。
　前記光学素子が、前記アレイ検出器の直前に配置されるリレーレンズである、
　請求項１に記載のライダー用受光装置。
　気象観測に用いられる、請求項１～９のいずれか１項に記載のライダー用受光装置。
　レーザ光を照射する照射装置と、
　請求項１～９のいずれか１項に記載のライダー用受光装置を備える、
　ライダー。
　レーザ光を空中に照射する照射装置と、
　請求項１０に記載のライダー用受光装置を備える、
　気象観測ライダー。
　前記照射装置が照射するレーザ光が、ＵＶ領域のレーザ光である、
　請求項１２に記載の気象観測ライダー。
　気温測定用である、請求項１３に記載の気象観測ライダー。