JPH1073661A - Laser radar device - Google Patents

Laser radar device

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JPH1073661A
JPH1073661A JP23053596A JP23053596A JPH1073661A JP H1073661 A JPH1073661 A JP H1073661A JP 23053596 A JP23053596 A JP 23053596A JP 23053596 A JP23053596 A JP 23053596A JP H1073661 A JPH1073661 A JP H1073661A
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optical fiber
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公雄 浅香
Yoshihito Hirano
嘉仁 平野
Kenji Tatsumi
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To highly efficiently combine reception light to an optical fiber, by controlling the focus of a transmission receptions optical system based on the image of the transmission receptions optical system which is focused on a two-dimensional photodetector array. SOLUTION: The light axis of a transmission reception optical system 102 determined with a single mode optical fiber 19a and a telescope 25 is made as the light axis of a transmission beam combining with the guided mode of the optical fiber 19a, and the reception field of the optical fiber 19a is made as the field of the transmission beam. A transmission laser light 20 is converted to a transmission beam by which light axis of the optical system 102 coincides with the light axis of the optical system 22 and an optical coupler 23, and a transmission light 9 is radiated from the scope 25 to make the optical system 102 have the same axes of transmission and reception. A wave length filter 24 passes only the scattered light 11 of received light 25 and couples it to the optical fiber 19a. The other light is reflected and CCD elements 26 obtains image information from the field of the scope 25. From this image information, focus information is extracted by an image processing unit 27, and based on this, the focus of the optical system 102 is controlled by a focus controller 28. By this, the reception light is highly efficiently coupled with the optical fiber 19a.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、レーザレーダ装
置で、特に受信光を光ファイバに結合して受信するコヒ
ーレントレーザレーダ装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser radar device, and more particularly to a coherent laser radar device for receiving received light by coupling it to an optical fiber.

【０００２】[0002]

【従来の技術】図１８は 、Robert L. Byer 等により米
国特許４９０２１２７号公報に示されたアイセーフ波長
で発振するレーザを光源に用いたコヒーレントレーザレ
ーダ装置である。図１８において、１は単一波長で発振
するレーザ、２はレーザ１より出されるレーザ光、３は
部分反射鏡、４はレーザ増幅器、５はレーザ増幅器４で
増幅されたレーザ光、６は偏光子、７は１／４波長板、
８はテレスコープ、９は送信光、１０は目標、１１は目
標１０からの散乱光、１２は受信光、１３は第１の結合
光学系、１４はローカル光、１５は第２の結合光学系、
１６は光結合器、１７は光受信器、１９ａ〜１９ｃはシ
ングルモード光ファイバである。また、１０１はレーザ
レーダ装置のレーザ送信部、１０２は送受光学系を示
す。2. Description of the Related Art FIG. 18 shows a coherent laser radar device using a laser oscillating at an eye-safe wavelength disclosed in US Pat. No. 4,902,127 by Robert L. Byer et al. As a light source. In FIG. 18, 1 is a laser oscillating at a single wavelength, 2 is a laser beam emitted from the laser 1, 3 is a partially reflecting mirror, 4 is a laser amplifier, 5 is a laser beam amplified by the laser amplifier 4, and 6 is polarization. 7 is a 1/4 wavelength plate,
8 is a telescope, 9 is transmitted light, 10 is a target, 11 is scattered light from the target 10, 12 is received light, 13 is a first coupling optical system, 14 is local light, 15 is a second coupling optical system. ,
16 is an optical coupler, 17 is an optical receiver, and 19a to 19c are single mode optical fibers. Reference numeral 101 denotes a laser transmission unit of the laser radar device, and reference numeral 102 denotes a transmission / reception optical system.

【０００３】図に基づき動作を説明する。単一波長で発
振するレーザ１からの直線偏光したレーザ光２は部分反
射鏡３を介してレーザ増幅器４に入射し、増幅される。
この増幅されたレーザ光２は増幅レーザ光５として送受
光学系１０２に送られる。送受光学系１０２において増
幅レーザ光５は偏光子６を通過し、１／４波長板７によ
り円偏光に変換され、テレスコープ８から送信光９とし
て目標１０に向けて照射される。送信光９は目標１０に
おいて散乱され、その一部が散乱光１１としてテレスコ
ープ８により受光される。受光された光は１／４波長板
７により直線偏光に変換され、偏光子６で反射され、受
信光１２となる。受信光１２は第１の結合光学系１３に
より光結合器１６に至るシングルモード光ファイバ１９
ａに結合される。一方、直線偏光したレーザ光２は部分
反射鏡３において一部反射され、ローカル光１４とな
る。ローカル光１４は第２の結合光学系１５により光結
合器１６に至る他方のシングルモード光ファイバ１９ｂ
に結合される。受信光１２とローカル光１４は光結合器
１６においてミキシングされ、シングルモード光ファイ
バ１９ｃを介して光受信器１７に送られ、光受信器１７
においてコヒーレント検波される。そして、受信光１２
とローカル光１４のビート信号の周波数から目標の速度
が分かる。また、目標までの距離を測定するには、レー
ザ増幅器４をパルス動作させ、パルス化した増幅レーザ
光５が送信されてから光受信器１７において受信光１２
とローカル光１４のビート信号が検波されるまでの時間
を測定すればよい。The operation will be described with reference to the drawings. Linearly polarized laser light 2 from a laser 1 oscillating at a single wavelength enters a laser amplifier 4 via a partial reflecting mirror 3 and is amplified.
The amplified laser light 2 is sent to the transmission / reception optical system 102 as the amplified laser light 5. In the transmission / reception optical system 102, the amplified laser light 5 passes through the polarizer 6, is converted into circularly polarized light by the 波長 wavelength plate 7, and is emitted from the telescope 8 as transmission light 9 toward the target 10. The transmission light 9 is scattered at the target 10 and a part thereof is received by the telescope 8 as scattered light 11. The received light is converted into linearly polarized light by the 波長 wavelength plate 7, reflected by the polarizer 6, and becomes the received light 12. The received light 12 is converted into a single mode optical fiber 19 reaching the optical coupler 16 by the first coupling optical system 13.
a. On the other hand, the linearly polarized laser light 2 is partially reflected by the partial reflecting mirror 3 and becomes local light 14. The local light 14 is transmitted to the optical coupler 16 by the second coupling optical system 15 on the other single mode optical fiber 19b.
Is combined with The received light 12 and the local light 14 are mixed in the optical coupler 16 and sent to the optical receiver 17 via the single mode optical fiber 19c, where the optical receiver 17
Is coherently detected at Then, the receiving light 12
The target speed can be determined from the frequency of the beat signal of the local light 14. Further, in order to measure the distance to the target, the laser amplifier 4 is pulsed, and after the pulsed amplified laser light 5 is transmitted, the light
Then, the time until the beat signal of the local light 14 is detected may be measured.

【０００４】この構成のコヒーレントレーザレーダ装置
では受信光１２とローカル光１４をそれぞれシングルモ
ード光ファイバ１９ａ、１９ｂに結合している。コヒー
レント検波では、光受信器の検出面上において信号光と
ローカル光の波面を一致させる必要があり、両者のずれ
は検波効率の低下を招く。空間において信号光とローカ
ル光の波面を完全に一致させるのは高い精度を要求され
ることであり、また外的擾乱にも影響を受ける。一方、
シングルモード光ファイバでは導波モードが一つである
ため、信号光とローカル光はシングルモード光ファイバ
の光結合器により同一のシングルモード光ファイバを導
波する。このため、両者の波面を容易に一致させること
ができ、高効率でコヒーレント検波を行うことができ
る。さらに、光ファイバは取り回しが容易であり、装置
構成の自由度を増やすことができる。また、偏波保存光
ファイバを用いれば、温度変化や振動による偏波変動を
抑えることができるので、外的擾乱にも強い構成とな
る。In the coherent laser radar device having this configuration, the received light 12 and the local light 14 are coupled to single mode optical fibers 19a and 19b, respectively. In coherent detection, it is necessary to make the wavefronts of the signal light and the local light coincide on the detection surface of the optical receiver, and a shift between the two causes a decrease in detection efficiency. To completely match the wavefronts of the signal light and the local light in space requires high precision, and is also affected by external disturbances. on the other hand,
Since the single mode optical fiber has one waveguide mode, the signal light and the local light are guided through the same single mode optical fiber by the optical coupler of the single mode optical fiber. For this reason, both wavefronts can be easily matched, and coherent detection can be performed with high efficiency. Furthermore, the optical fiber is easy to manage, and the degree of freedom of the device configuration can be increased. In addition, if a polarization maintaining optical fiber is used, polarization fluctuations due to temperature changes and vibrations can be suppressed, so that the configuration is resistant to external disturbances.

【０００５】以上のように、コヒーレント検波において
シングルモード光ファイバを用いる利点は多い。ただ
し、これを用いるためにはシングルモード光ファイバに
受信光およびローカル光を結合する必要がある。シング
ルモード光ファイバのモードフィールド径は約９μｍと
非常に小さく、結合する際にはその導波モードに波面を
合わせる必要があり、特に、受信光にとっては問題とな
る。受信光は離れた位置にある目標で散乱され、大気中
を伝搬し、送受光学系により、シングルモード光ファイ
バに結合される。送受同軸の光学系でかつ送受の視野が
等しいコヒーレントレーザレーダ装置において、目標上
での送信光の照射半径が目標までの距離に対して十分小
さい場合には、目標上での送信光の照射位置とシングル
モード光ファイバの端面の位置関係が送受光学系により
物点と像点の関係にあるときに、受信光をシングルモー
ド光ファイバの導波モードに最もよく合わせることがで
きる。しかし、実際には目標までの距離は不明であるた
め、この関係を得ることができず、結合効率が低下して
いた。As described above, there are many advantages in using a single mode optical fiber in coherent detection. However, in order to use this, it is necessary to couple received light and local light to a single mode optical fiber. The mode field diameter of a single mode optical fiber is as small as about 9 μm, and it is necessary to match the wavefront to the guided mode when coupling, which is a problem particularly for received light. Received light is scattered by a distant target, propagates through the atmosphere, and is coupled to a single mode optical fiber by a transmitting and receiving optical system. In the case of a coherent laser radar device that uses a coaxial transmission / reception optical system and an equal field of view for transmission / reception, when the irradiation radius of the transmission light on the target is sufficiently small with respect to the distance to the target, the irradiation position of the transmission light on the target When the positional relationship between the optical fiber and the end face of the single-mode optical fiber is in the relationship between the object point and the image point by the transmission / reception optical system, the received light can be best matched to the waveguide mode of the single-mode optical fiber. However, since the distance to the target is actually unknown, this relationship cannot be obtained, and the coupling efficiency has been reduced.

【０００６】さらに、目標からの散乱光は大気を伝搬す
るために大気揺らぎを受ける。大気揺らぎによる波面揺
らぎは、送受光学系の開口面上において開口全体におけ
るデフォーカス成分とティルト成分および面上に分布す
る非相関な位相差分布に分けることができる。デフォー
カス成分とティルト成分は受信光の結像点の移動を起こ
し、非相関な位相差分布は光学系の収差と考えることが
でき、結像点のボケを起こす。これがシングルモード光
ファイバの導波モードと受信光とのミスマッチを起こ
し、結合効率を低下させていた。さらに、大気揺らぎは
時間により変化するので、結合効率の時間変動を起こ
す。大気揺らぎによる結合効率の低下は、受信光学系の
開口径，目標の距離，大気揺らぎの程度により異なる
が、例えば、受信光学系の開口径１００ｍｍ，目標の距
離１０００ｍ，大気構造定数Ｃｎ2１×１０ー13，レーザ
の発振波長１．５μｍとした場合、大気揺らぎによる結
合効率の低下は約１３ｄＢと計算される。Further, scattered light from a target undergoes atmospheric fluctuations in order to propagate through the atmosphere. Wavefront fluctuations due to atmospheric fluctuations can be divided into a defocus component and a tilt component over the entire aperture surface of the transmitting and receiving optical system and an uncorrelated phase difference distribution distributed on the surface. The defocus component and the tilt component cause the movement of the imaging point of the received light, and the uncorrelated phase difference distribution can be considered as an aberration of the optical system, causing the imaging point to be blurred. This causes a mismatch between the guided mode of the single-mode optical fiber and the received light, and reduces the coupling efficiency. Further, since the atmospheric fluctuation changes with time, the coupling efficiency changes with time. The decrease in coupling efficiency due to atmospheric fluctuations varies depending on the aperture diameter of the receiving optical system, the target distance, and the degree of atmospheric fluctuation. For example, the aperture diameter of the receiving optical system is 100 mm, the target distance is 1000 m, the atmospheric structure constant Cn 2 1 ×. If the laser oscillation wavelength is 1.5 μm at 10 −13, the decrease in coupling efficiency due to atmospheric fluctuations is calculated to be about 13 dB.

【０００７】図１９に大気揺らぎによる結合効率の低下
を示す。図１９において、１８ａ，１８ｂは受信光、１
９ａはシングルモード光ファイバである。大気揺らぎに
よる影響をデフォーカスとティルトによるものとする
と、送受光学系による受信光の結像点は大気揺らぎの時
間変化と共にその位置を移動することになり、シングル
モード光ファイバ１９ａへの結合効率が揺らぐことにな
る。受信光１８ａのようにある時刻に受信光の結像点が
シングルモード光ファイバ１９ａの端面上にあり、高い
結合効率を持っていたとする。しかし、次の瞬間には大
気揺らぎの状態が変化し、受信光の結像点は受信光１８
ｂのように任意に変化し、結合効率は劣化する。なお、
受信光の結像点に対して、デフォーカスはシングルモー
ド光ファイバの光軸方向への移動を引き起こし、ティル
トは光軸の垂直方向への移動を引き起こす。FIG. 19 shows a decrease in coupling efficiency due to atmospheric fluctuations. In FIG. 19, reference numerals 18a and 18b denote received light, 1
9a is a single mode optical fiber. Assuming that the influence of atmospheric turbulence is caused by defocus and tilt, the imaging point of the received light by the transmitting / receiving optical system moves its position with the time change of atmospheric turbulence, and the coupling efficiency to the single mode optical fiber 19a is reduced. It will fluctuate. It is assumed that the imaging point of the received light is on the end face of the single mode optical fiber 19a at a certain time like the received light 18a and has a high coupling efficiency. However, at the next moment, the state of atmospheric turbulence changes, and the imaging point of the received light is
It changes arbitrarily as shown by b, and the coupling efficiency deteriorates. In addition,
The defocus causes the single-mode optical fiber to move in the optical axis direction and the tilt causes the optical axis to move in the vertical direction with respect to the image point of the received light.

【０００８】また、レーザ光源に目に見えない波長のレ
ーザ光（例えば、１μｍ帯，２μｍ帯といった赤外レー
ザ光）を用いたレーザレーダ装置においては、送信光の
照射位置を視認することができないので、測定対象の同
定が困難であった。特に、複数の目標が隣接して移動し
ているときには目標識別上問題であった。Further, in a laser radar apparatus using a laser light source with a laser beam of an invisible wavelength (for example, an infrared laser beam such as a 1 μm band or a 2 μm band), the irradiation position of the transmission light cannot be visually recognized. Therefore, it was difficult to identify the measurement target. In particular, when a plurality of targets are moving adjacent to each other, there is a problem in target identification.

【０００９】[0009]

【発明が解決しようとする課題】上記のように、受信光
をシングルモード光ファイバに結合して受信する従来の
コヒーレントレーザレーダ装置では、通常、目標までの
距離が不明であることから、送受光学系に対する目標と
シングルモード光ファイバの位置関係を最適とすること
ができないので、受信光のシングルモード光ファイバへ
の結合効率が低くなる欠点があった。また、受信光は大
気中を伝搬することから大気揺らぎによる波面揺らぎの
時間変動があり、これが上記結合効率の低下を引き起こ
すという問題点があった。さらに、赤外レーザ光のよう
に目に見えないレーザ光を用いたレーザレーダ装置では
目標識別に問題があった。As described above, in a conventional coherent laser radar device for receiving received light by coupling it to a single-mode optical fiber, the distance to the target is usually unknown, so Since the positional relationship between the target and the single mode optical fiber for the system cannot be optimized, there is a disadvantage that the coupling efficiency of the received light to the single mode optical fiber is reduced. Further, since the received light propagates in the atmosphere, there is a time variation of the wavefront fluctuation due to the atmospheric fluctuation, which causes a problem that the coupling efficiency is reduced. Further, there is a problem in target identification in a laser radar device using invisible laser light such as infrared laser light.

【００１０】この発明は、上記のような問題点を解決す
るためになされたもので、受信光を光ファイバに結合し
て受信するレーザレーダ装置において、受信光を上記光
ファイバへ高効率で結合させることができるレーザレー
ダ装置を得ることを目的とする。また、結合効率におけ
る大気揺らぎの影響が小さく、目標の認識・識別力を向
上させたレーザレーダ装置を得ることを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems. In a laser radar apparatus for receiving received light by coupling it to an optical fiber, the received light is coupled to the optical fiber with high efficiency. It is an object of the present invention to obtain a laser radar device that can perform the operation. It is another object of the present invention to provide a laser radar device in which the influence of atmospheric turbulence on the coupling efficiency is small and the target recognition / discrimination power is improved.

【００１１】[0011]

【課題を解決するための手段】第１の発明に係るレーザ
レーダ装置は、レーザ送信光とローカル光を発生するレ
ーザ送信器と、このレーザ送信器により発生された上記
レーザ送信光を目標に照射し、上記目標からの散乱光を
受光する送受光学系と、この送受光学系で受光した散乱
光が結合される光ファイバと、上記レーザ送信器により
発生された上記ローカル光と上記光ファイバに結合され
た散乱光とを合波する合波手段とを備えたレーザレーダ
装置において、上記送受光学系からの像が結像される二
次元光検出器アレイと、この二次元光検出器アレイに結
像された像に基づいて上記送受光学系のフォーカスを調
整するオートフォーカス機構とを備えたものである。According to a first aspect of the present invention, there is provided a laser radar apparatus for generating a laser transmission light and a local light, and irradiating a target with the laser transmission light generated by the laser transmitter. A transmitting and receiving optical system for receiving the scattered light from the target, an optical fiber to which the scattered light received by the transmitting and receiving optical system is coupled, and coupling to the local light and the optical fiber generated by the laser transmitter. And a multiplexing means for multiplexing the scattered light. A two-dimensional photodetector array on which an image from the transmission / reception optical system is formed, and a two-dimensional photodetector array. An auto-focus mechanism for adjusting the focus of the transmission / reception optical system based on the formed image.

【００１２】第２の発明に係るレーザレーダ装置は、上
記二次元光検出器アレイをＣＣＤ（Charge Coupled Dev
ice）としたものである。In a laser radar device according to a second aspect of the present invention, the two-dimensional photodetector array is connected to a CCD (Charge Coupled Device).
ice).

【００１３】第３の発明に係るレーザレーダ装置は、上
記送受光学系が受光した光を分離し、分離した光の一方
を上記光ファイバに結像し、他方を上記ＣＣＤ上に結像
する波長分離フィルタを備えたものである。A laser radar device according to a third aspect of the present invention is a laser radar device which separates light received by the transmission / reception optical system, forms one of the separated lights on the optical fiber, and forms the other on the CCD. It has a separation filter.

【００１４】第４の発明に係るレーザレーダ装置は、上
記二次元光検出器アレイをフォトダイオードマトリクス
としたものである。According to a fourth aspect of the present invention, in the laser radar device, the two-dimensional photodetector array is a photodiode matrix.

【００１５】第５の発明に係るレーザレーダ装置は、上
記送受光学系が受光した光を分離し、分離した光の一方
を上記光ファイバに結像し、他方を上記フォトダイオー
ドマトリクス上に結像する部分反射鏡を備えたものであ
る。According to a fifth aspect of the present invention, the laser radar device separates the light received by the transmission / reception optical system, forms one of the separated lights on the optical fiber, and forms the other on the photodiode matrix. It is provided with a partial reflecting mirror.

【００１６】第６の発明に係るレーザレーダ装置は、上
記二次元光検出器アレイの面上に上記光ファイバの端面
を配したものである。According to a sixth aspect of the present invention, in the laser radar device, the end face of the optical fiber is arranged on the surface of the two-dimensional photodetector array.

【００１７】第７の発明に係るレーザレーダ装置は、上
記二次元光検出器アレイに結像された像から目標を認識
する認識手段を備えたものである。A laser radar apparatus according to a seventh aspect of the present invention includes a recognition unit for recognizing a target from an image formed on the two-dimensional photodetector array.

【００１８】第８の発明に係るレーザレーダ装置は、上
記光ファイバの端面の位置を上記送受光学系の光軸に垂
直な平面内で移動させる２軸の位置微調整機構を備えた
ものである。A laser radar apparatus according to an eighth aspect of the present invention includes a two-axis position fine adjustment mechanism for moving the position of the end face of the optical fiber in a plane perpendicular to the optical axis of the transmission / reception optical system. .

【００１９】第９の発明に係るレーザレーダ装置は、上
記送受光学系と上記光ファイバの端面の間に置かれ、上
記送受光学系で受光した散乱光の光軸を微調整する手段
を備えたものである。A laser radar apparatus according to a ninth aspect of the present invention includes means for finely adjusting the optical axis of the scattered light received by the transmission / reception optical system and disposed between the transmission / reception optical system and the end face of the optical fiber. Things.

【００２０】第１０の発明に係るレーザレーダ装置は、
レーザ送信光とローカル光を発生するレーザ送信器と、
このレーザ送信器により発生された上記レーザ送信光を
目標に照射し、上記目標からの散乱光を受光する送受光
学系と、この送受光学系で受光した散乱光が結合される
光ファイバと、上記レーザ送信器により発生された上記
ローカル光と上記光ファイバに結合された散乱光とを合
波する合波手段とを備えたレーザレーダ装置において、
上記光ファイバの端面の位置を３軸で調整する位置微調
整機構と、上記光ファイバに結合する散乱光が最大にな
るように上記位置微調整機構を制御する制御手段とを備
えたものである。[0020] A laser radar device according to a tenth aspect of the present invention comprises:
A laser transmitter for generating laser transmission light and local light,
The transmission / reception optical system for irradiating the target with the laser transmission light generated by the laser transmitter and receiving the scattered light from the target, an optical fiber to which the scattered light received by the transmission / reception optical system is coupled, A laser radar device comprising: a multiplexing unit that multiplexes the local light generated by the laser transmitter and the scattered light coupled to the optical fiber;
A position fine-adjustment mechanism for adjusting the position of the end face of the optical fiber in three axes; and control means for controlling the position fine-adjustment mechanism so that scattered light coupled to the optical fiber is maximized. .

【００２１】第１１の発明に係るレーザレーダ装置は、
レーザ送信光とローカル光を発生するレーザ送信器と、
このレーザ送信器により発生された上記レーザ送信光を
目標に照射し、上記目標からの散乱光を受光する送受光
学系と、この送受光学系で受光した散乱光が結合される
光ファイバと、上記レーザ送信器により発生された上記
ローカル光と上記光ファイバに結合された散乱光とを合
波する合波手段とを備えたレーザレーダ装置において、
上記目標からの散乱光を受光して透過する場合に、透過
する光の波面に空間分布を持った位相シフトを与える空
間位相シフタ素子マトリクスと、この空間位相シフタ素
子マトリクスが透過した光を受光し、デフォーカス又は
ティルトに応じた信号を出力する波面センサ部と、この
波面センサ部により出力された上記信号から上記空間位
相シフタ素子マトリクスを制御する制御手段を備えたも
のである。[0021] A laser radar device according to an eleventh aspect of the present invention comprises:
A laser transmitter for generating laser transmission light and local light,
The transmission / reception optical system for irradiating the target with the laser transmission light generated by the laser transmitter and receiving the scattered light from the target, an optical fiber to which the scattered light received by the transmission / reception optical system is coupled, A laser radar device comprising: a multiplexing unit that multiplexes the local light generated by the laser transmitter and the scattered light coupled to the optical fiber;
When the scattered light from the target is received and transmitted, a spatial phase shifter element matrix that gives a phase shift having a spatial distribution to the wavefront of the transmitted light, and a light transmitted by the spatial phase shifter element matrix is received. , A wavefront sensor unit that outputs a signal corresponding to defocus or tilt, and a control unit that controls the spatial phase shifter element matrix from the signal output by the wavefront sensor unit.

【００２２】第１２の発明に係るレーザレーダ装置は、
上記波面センサ部に、上記受信光からビームを作るシリ
ンドリカルレンズと、このシリンドリカルレンズにより
作られたビームに基づいてデフォーカス又はティルトに
応じた信号を出力するビーム位置検出器とを備えたもの
である。A laser radar device according to a twelfth aspect of the present invention
The wavefront sensor unit includes a cylindrical lens that forms a beam from the received light, and a beam position detector that outputs a signal corresponding to defocus or tilt based on the beam formed by the cylindrical lens. .

【００２３】第１３の発明に係るレーザレーダ装置は、
上記波面センサ部に、上記受信光の波面を分割する多面
体プリズムと、この多面体プリズムにより分割された複
数の光からそれぞれビームを作る複数のシリンドリカル
レンズと、この複数のシリンドリカルレンズにより作ら
れた複数のビームに基づいて、それぞれデフォーカス又
はティルトに応じた信号を出力する複数のビーム位置検
出器とを備えたものである。According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided a laser radar device comprising:
In the wavefront sensor section, a polyhedral prism that divides the wavefront of the received light, a plurality of cylindrical lenses that respectively form beams from a plurality of lights divided by the polyhedral prism, and a plurality of cylindrical lenses formed by the plurality of cylindrical lenses. A plurality of beam position detectors each outputting a signal corresponding to defocus or tilt based on the beam.

【００２４】[0024]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１のコヒー
レントレーザレーダ装置の構成を示す図である。図２は
送受光学系１０２の構成を示す図である。図１におい
て、２０は送信レーザ光、２１は反射鏡である。図２に
おいて、２２は光学系、２３は光結合器、２４は送信レ
ーザ光近傍の波長を持つ光を分離する波長フィルタ、２
５は送受光学系１０２のテレスコープ、２６は二次元光
検出器アレイであるＣＣＤ（Charge Coupled Device）
素子、２７は画像処理装置、２８はフォーカス調整機構
である。なお、画像処理装置２７とフォーカス調整機構
２８はオートフォーカス機構を構成している。Embodiment 1 FIG. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a coherent laser radar device according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the transmission / reception optical system 102. In FIG. 1, reference numeral 20 denotes a transmission laser beam, and reference numeral 21 denotes a reflecting mirror. In FIG. 2, 22 is an optical system, 23 is an optical coupler, 24 is a wavelength filter for separating light having a wavelength near the transmission laser light, 2
Reference numeral 5 denotes a telescope of the transmission / reception optical system 102, and reference numeral 26 denotes a CCD (Charge Coupled Device) which is a two-dimensional photodetector array.
An element 27 is an image processing device, and 28 is a focus adjustment mechanism. Note that the image processing device 27 and the focus adjustment mechanism 28 constitute an autofocus mechanism.

【００２５】次に図１及び図２に基づいて説明する。レ
ーザ送信部１０１からの送信レーザ光２０は反射鏡２１
を介して送受光学系１０２に達する。送受光学系１０２
により送信レーザ光２０は送信光９として目標１０に向
け照射される。送信光９は目標１０において散乱・反射
され、一部の散乱光１１が送受光学系１０２で受光さ
れ、受信光１２となる。受信光１２は送受光学系１０２
において光結合器１６に至る一方のシングルモード光フ
ァイバ１９ａに結合される。一方、レーザ送信部１０１
からはローカル光１４も供給される。ローカル光１４は
第２の結合光学系１５により光結合器１６に至る他方の
シングルモード光ファイバ１９ｂに結合される。光結合
器１６において、受信光１２とローカル光１４は合波さ
れ、シングルモード光ファイバ１９ｃを介して光受信器
１７に送られ、光受信器１７においてコヒーレント検波
される。そして、光受信器１７の受信信号から目標の速
度・距離等の情報を得ることができる。Next, a description will be given with reference to FIGS. The transmission laser light 20 from the laser transmission unit 101 is
Through the optical system 102. Transmission / reception optical system 102
As a result, the transmission laser light 20 is emitted as the transmission light 9 toward the target 10. The transmission light 9 is scattered / reflected by the target 10, and a part of the scattered light 11 is received by the transmission / reception optical system 102 to become the reception light 12. The receiving light 12 is transmitted and received by an optical system 102.
Is coupled to one single mode optical fiber 19a reaching the optical coupler 16. On the other hand, the laser transmission unit 101
Supplies local light 14 as well. The local light 14 is coupled to the other single mode optical fiber 19b reaching the optical coupler 16 by the second coupling optical system 15. In the optical coupler 16, the received light 12 and the local light 14 are multiplexed, sent to the optical receiver 17 via the single mode optical fiber 19c, and coherently detected in the optical receiver 17. Then, information such as a target speed and distance can be obtained from the reception signal of the optical receiver 17.

【００２６】受信光１２をシングルモード光ファイバ１
９ａに高効率で結合させるため、図２に示した送受光学
系１０２においては以下のような動作を行う。The received light 12 is transmitted to the single mode optical fiber 1
The following operation is performed in the transmission / reception optical system 102 shown in FIG.

【００２７】シングルモード光ファイバ１９ａとテレス
コープ２５により送受光学系１０２の光軸を決める。送
受光学系１０２の光軸はシングルモード光ファイバ１９
ａの導波モードに完全に結合する伝搬ビームの光軸とす
る。シングルモード光ファイバ１９ａの受信視野はシン
グルモード光ファイバ１９ａから上記伝搬ビームが出射
されるものと仮定したときのテレスコープ２５による上
記伝搬ビームの照射範囲となる。The optical axis of the transmission / reception optical system 102 is determined by the single mode optical fiber 19a and the telescope 25. The optical axis of the transmission / reception optical system 102 is the single mode optical fiber 19.
The optical axis of a propagating beam that is completely coupled to the guided mode a. The reception field of view of the single mode optical fiber 19a is the irradiation range of the propagation beam by the telescope 25 assuming that the propagation beam is emitted from the single mode optical fiber 19a.

【００２８】送信レーザ光２０は光学系２２および光結
合器２３により、送受光学系１０２の光軸にその光軸を
一致する伝搬ビームに変換され、テレスコープ２５から
送信光９として照射される。これにより、送受光学系１
０２は送受同軸の光学系となる。波長フィルタ２４はテ
レスコープ２５で受光した光のうち散乱光１１のみを通
過し、シングルモード光ファイバ１９ａに結合する。そ
の他の光は反射し、ＣＣＤ素子２６上に導く。ＣＣＤ素
子２６はテレスコープ２５の視野範囲内の画像情報を得
ることができる。この画像情報は画像処理装置２７によ
り処理され、フォーカス情報が抽出される。そして、こ
の抽出されたフォーカス情報を元にフォーカス調整機構
２８により送受光学系１０２のフォーカスが調整され
る。The transmission laser beam 20 is converted by the optical system 22 and the optical coupler 23 into a propagation beam whose optical axis coincides with the optical axis of the transmission / reception optical system 102, and is emitted from the telescope 25 as the transmission light 9. Thereby, the transmission / reception optical system 1
Numeral 02 is a transmission / reception coaxial optical system. The wavelength filter 24 passes only the scattered light 11 out of the light received by the telescope 25, and is coupled to the single mode optical fiber 19a. Other light is reflected and guided on the CCD element 26. The CCD element 26 can obtain image information within the visual field range of the telescope 25. This image information is processed by the image processing device 27, and focus information is extracted. Then, the focus of the transmission / reception optical system 102 is adjusted by the focus adjustment mechanism 28 based on the extracted focus information.

【００２９】ＣＣＤ素子２６はテレスコープ２５に対
し、色収差を考慮した上でシングルモード光ファイバ１
９ａの端面と同一の集光面上にあるように置かれる。す
なわち、ある点からの受信光がシングルモード光ファイ
バ１９ａの端面上に集光するとすれば、その点の像はＣ
ＣＤ素子２６でフォーカスが合った像となる。The CCD element 26 is provided to the telescope 25 with respect to the single mode optical fiber 1 in consideration of chromatic aberration.
It is placed so as to be on the same light-collecting surface as the end face of 9a. That is, if the received light from a certain point converges on the end face of the single mode optical fiber 19a, the image at that point is C
An image focused by the CD element 26 is obtained.

【００３０】目標上での送信光の照射半径が目標までの
距離に対して十分小さい場合には、目標上での送信光の
照射位置とシングルモード光ファイバの端面の位置関係
が送受光学系により物点と像点の関係にあるときに、受
信光をシングルモード光ファイバの導波モードに最もよ
く合わせることができる。図３に示すように、フォーカ
ス調整機構２８と画像処理装置２７により構成されるオ
ートフォーカス機構により、シングルモード光ファイバ
１９ａおよび送受光学系１０２の光軸に対応するＣＣＤ
素子２６のセルまたは当該セルを含むセル領域に常にフ
ォーカスを合わせるようにテレスコープ２５のフォーカ
スを調整する。これにより、任意の距離の目標に対して
上記セル領域に目標の像を結ばせることができる。上記
セル領域がシングルモード光ファイバ１９ａおよび送受
光学系１０２の光軸に対応することから、上記セル領域
上の像は目標上での送信光照射位置である。よって、こ
の実施の形態によれば、送受光学系１０２によりシング
ルモード光ファイバ１９ａの端面に目標上での送信光照
射位置の像を結ばせることができ、受信光１２をシング
ルモード光ファイバ１９ａへ高効率で結合させることが
できる。When the irradiation radius of the transmission light on the target is sufficiently smaller than the distance to the target, the positional relationship between the irradiation position of the transmission light on the target and the end face of the single mode optical fiber is determined by the transmission / reception optical system. When there is a relationship between the object point and the image point, the received light can be best matched to the guided mode of the single mode optical fiber. As shown in FIG. 3, a CCD corresponding to the optical axis of the single mode optical fiber 19a and the optical axis of the transmission / reception optical system 102 is provided by an autofocus mechanism including a focus adjustment mechanism 28 and an image processing device 27.
The focus of the telescope 25 is adjusted so that the cell of the element 26 or the cell region including the cell is always focused. Thus, a target image can be formed in the cell area for a target at an arbitrary distance. Since the cell region corresponds to the optical axis of the single mode optical fiber 19a and the transmission / reception optical system 102, the image on the cell region is the transmission light irradiation position on the target. Therefore, according to this embodiment, the image of the transmission light irradiation position on the target can be formed on the end face of the single mode optical fiber 19a by the transmission / reception optical system 102, and the reception light 12 is transmitted to the single mode optical fiber 19a. It can be combined with high efficiency.

【００３１】さらに、この実施の形態によれば、大気揺
らぎの変動速度はせいぜい数百Ｈｚであることから、フ
ォーカス調整機構２８の応答速度を大気揺らぎの変動速
度に対応させることは可能である。これにより、上記結
合効率における大気揺らぎの影響の内、デフォーカスを
補償することができ、大気揺らぎによる上記結合効率の
低下・変動を小さくすることができる。Further, according to this embodiment, since the fluctuation speed of the atmospheric fluctuation is several hundred Hz at most, it is possible to make the response speed of the focus adjustment mechanism 28 correspond to the fluctuation speed of the atmospheric fluctuation. This makes it possible to compensate for the defocus, out of the influence of the atmospheric fluctuation on the coupling efficiency, and to reduce the decrease and fluctuation of the coupling efficiency due to the atmospheric fluctuation.

【００３２】オートフォーカスの方式としては、例えば
ゲート回路により上記セル領域のビデオ輝度信号を取り
出し、フォーカスが合ったとき（合焦位置）に上記ビデ
オ輝度信号の高周波成分が最大になる性質を利用し、山
登り制御により上記高周波成分の最大値を求める山登り
方式を用いる。As an auto-focusing method, for example, a video circuit is used to take out a video luminance signal of the cell area by a gate circuit and utilize the property that the high-frequency component of the video luminance signal becomes maximum when focus is achieved (in-focus position). A hill-climbing method for obtaining the maximum value of the high-frequency component by hill-climbing control is used.

【００３３】なお、二次元光検出器アレイとしてＣＣＤ
素子を、光分岐器として波長フィルタを用いているが、
二次元光検出器アレイとしてはフォトダイオードマトリ
クス（以下、フォトダイオードをＰＤという）を、光分
岐器としては部分反射鏡を用いてもよく、その効果は変
わらない。レーザ送信光の波長が１μｍ近傍であればＳ
ｉ−ＰＤ，１．５μｍもしくは２μｍ近傍であればＩｎ
ＧａＡｓ−ＰＤをマトリクス上に並べたＰＤマトリクス
等を用いる。Note that a CCD is used as a two-dimensional photodetector array.
The device uses a wavelength filter as an optical splitter,
A photodiode matrix (hereinafter, photodiode is referred to as PD) may be used as the two-dimensional photodetector array, and a partial reflecting mirror may be used as the optical splitter, and the effect remains unchanged. If the wavelength of the laser transmission light is near 1 μm, S
i-PD, In the case of around 1.5 μm or 2 μm, In
A PD matrix in which GaAs-PDs are arranged on a matrix is used.

【００３４】以上のように構成することにより、任意の
距離にある目標に対しても、その受信光を高効率でシン
グルモード光ファイバに結合でき、さらに、大気揺らぎ
による上記結合効率の低下・変動を小さくすることがで
きるコヒーレントレーザレーダ装置を得ることができ
る。With the above configuration, the received light can be coupled to the single mode optical fiber with high efficiency even for a target located at an arbitrary distance, and the coupling efficiency can be reduced or fluctuated due to atmospheric fluctuations. Can be obtained.

【００３５】実施の形態２．図４は、この発明の実施の
形態２のコヒーレントレーザレーダ装置における送受光
学系１０２の構成を示す図である。図４において、２９
は面上に光ファイバの端面を配したＣＣＤ素子であり、
ＣＣＤ素子２９には素子面上にシングルモード光ファイ
バ１９ａを裏面から挿入できるような穴が設けられてい
る。シングルモード光ファイバ１９ａはＣＣＤ素子２９
の裏面から上記穴に挿入され、その端面がテレスコープ
２５に対してＣＣＤ素子２９と同一の集光面上にあるよ
うに配置される。Embodiment 2 FIG. 4 is a diagram showing a configuration of the transmission / reception optical system 102 in the coherent laser radar device according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 4, 29
Is a CCD element having an end face of an optical fiber on a surface,
The CCD element 29 is provided with a hole on the element surface so that the single mode optical fiber 19a can be inserted from the back. The single mode optical fiber 19a is a CCD element 29
Is inserted into the hole from the back surface of the camera, and the end face is arranged on the same condensing surface as the CCD element 29 with respect to the telescope 25.

【００３６】この実施の形態のコヒーレントレーザレー
ダ装置の基本的な動作は実施の形態１と同様である。フ
ォーカス調整機構２８によりフォーカスを常に合わせる
セル領域はシングルモード光ファイバ１９ａの端面周辺
のセル領域となる。この実施の形態は、実施の形態１と
比べ、波長フィルタ２４のような受信光の分岐器が必要
でなく、ＣＣＤ素子とシングルモード光ファイバの端面
の位置合わせが容易である。The basic operation of the coherent laser radar device of this embodiment is the same as that of the first embodiment. The cell area where the focus is always adjusted by the focus adjustment mechanism 28 is a cell area around the end face of the single mode optical fiber 19a. This embodiment does not require a branching device for the received light such as the wavelength filter 24 as compared with the first embodiment, and facilitates alignment between the CCD element and the end face of the single mode optical fiber.

【００３７】実施の形態３．図５は、この発明の実施の
形態３のコヒーレントレーザレーダ装置における送受光
学系１０２の構成を示す図である。図５において、３０
は画像表示装置である。この画像処理装置２７に、目標
を認識する手段を持たせることにより、目標の識別，種
類等の情報を得ることができる。Embodiment 3 FIG. 5 is a diagram showing a configuration of the transmission / reception optical system 102 in the coherent laser radar device according to Embodiment 3 of the present invention. In FIG. 5, 30
Denotes an image display device. By providing the image processing device 27 with a means for recognizing a target, information such as identification and type of the target can be obtained.

【００３８】二次元光検出器アレイであるＣＣＤ素子２
６上に結像した画像をシングルモード光ファイバ１９ａ
および送受光学系１０２の光軸に対応するセル領域の位
置情報と共に画像表示装置３０に表示する。これによ
り、例えば近接した複数目標の識別といった目標の識別
力の向上を図ることができる。また、ＣＣＤ素子２６上
に結像した画像を画像処理装置２７の目標認識手段で処
理することにより、目標の特徴の抽出を行い、さらには
データベースとの比較を行うことにより、目標の種類の
同定を図ることも可能である。CCD element 2 which is a two-dimensional photodetector array
6 is converted into a single mode optical fiber 19a.
The image is displayed on the image display device 30 together with the position information of the cell area corresponding to the optical axis of the transmission / reception optical system 102. This makes it possible to improve the discriminating power of the target, for example, to discriminate a plurality of targets in close proximity. Further, the image formed on the CCD element 26 is processed by the target recognizing means of the image processing device 27 to extract the characteristics of the target, and further to compare with a database to identify the type of the target. It is also possible to plan.

【００３９】以上のように、この実施の形態によれば、
目標の認識・識別力を向上させる効果がある。As described above, according to this embodiment,
This has the effect of improving the recognition and discrimination of the target.

【００４０】実施の形態４．図６は、この発明の実施の
形態４のコヒーレントレーザレーダ装置における送受光
学系１０２の構成を示す図である。図６において、３１
はシングルモード光ファイバ１９ａの端面の位置を送受
光学系１０２の光軸に垂直な平面内で移動する２軸の位
置微調整機構、３２は位置微調整機構３１の制御回路、
３３は光受信器１７からの光受信強度信号である。Embodiment 4 FIG. FIG. 6 is a diagram showing a configuration of the transmission / reception optical system 102 in the coherent laser radar device according to Embodiment 4 of the present invention. In FIG. 6, 31
Is a two-axis position fine adjustment mechanism that moves the position of the end face of the single mode optical fiber 19a in a plane perpendicular to the optical axis of the transmission / reception optical system 102, 32 is a control circuit of the position fine adjustment mechanism 31,
33 is an optical reception intensity signal from the optical receiver 17.

【００４１】２軸の位置微調整機構３１は、例えば、シ
ングルモード光ファイバ１９ａの端面近傍に置かれた圧
電素子で構成される。この実施の形態では、制御回路３
２より２軸の位置微調整機構３１に供給される電圧によ
り、シングルモード光ファイバ１９ａの端面の位置を光
軸に垂直な平面内で移動させる。大気揺らぎのティルト
成分の影響は受信光１２の結像点の上記光軸に垂直な平
面内（ＸＹ平面）での移動である。光受信器１７での光
受信強度が最大になるように、２軸の位置微調整機構３
１により、大気揺らぎのティルト成分による受信光の集
光点の移動に対してシングルモード光ファイバ１９ａの
端面を追従させる。これにより、大気揺らぎのティルト
成分を補償することができる。The biaxial position fine adjustment mechanism 31 is constituted, for example, by a piezoelectric element placed near the end face of the single mode optical fiber 19a. In this embodiment, the control circuit 3
The position of the end face of the single mode optical fiber 19a is moved in a plane perpendicular to the optical axis by the voltage supplied to the position fine adjustment mechanism 31 of two axes from two. The influence of the tilt component of the atmospheric turbulence is the movement of the imaging point of the received light 12 in a plane (XY plane) perpendicular to the optical axis. The two-axis position fine adjustment mechanism 3 is designed to maximize the light reception intensity at the light receiver 17.
Due to 1, the end face of the single mode optical fiber 19a follows the movement of the focal point of the received light due to the tilt component of the atmospheric fluctuation. Thereby, the tilt component of the atmospheric fluctuation can be compensated.

【００４２】以上のように、この実施の形態によれば、
２軸の位置微調整機構により大気揺らぎによるティルト
成分を補償できるので、大気揺らぎによる結合効率の低
下・変動を小さくする効果がある。As described above, according to this embodiment,
Since the tilt component due to atmospheric turbulence can be compensated by the two-axis position fine adjustment mechanism, there is an effect of reducing the decrease and fluctuation of the coupling efficiency due to atmospheric turbulence.

【００４３】実施の形態５．図７は、この発明の実施の
形態５のコヒーレントレーザレーダ装置における送受光
学系１０２の構成を示す図である。図７において、３４
はシングルモード光ファイバ１９ａの端面の位置を３軸
で調整する位置微調整機構であり、この位置微調整機構
３４は制御回路３２により制御される。Embodiment 5 FIG. FIG. 7 is a diagram showing a configuration of the transmission / reception optical system 102 in the coherent laser radar device according to Embodiment 5 of the present invention. In FIG. 7, 34
Is a position fine adjustment mechanism for adjusting the position of the end face of the single mode optical fiber 19a in three axes. The position fine adjustment mechanism 34 is controlled by the control circuit 32.

【００４４】この実施の形態においては、シングルモー
ド光ファイバ１９ａの端面を送受光学系１０２の光軸
（Ｚ軸）に沿って移動させることにより、オートフォー
カスの機能を行うことができる。このため、オートフォ
ーカス機構を別に設ける必要はない。さらに、大気揺ら
ぎのデフォーカスおよびティルト成分による受信光の結
合点の３次元的な揺らぎに対しては、シングルモード光
ファイバ１９ａに結合する受信光が最大になるように位
置微調整機構３４を制御することにより、大気揺らぎの
デフォーカスおよびティルト成分を補償することができ
る。In this embodiment, an autofocus function can be performed by moving the end face of the single mode optical fiber 19a along the optical axis (Z axis) of the transmission / reception optical system 102. Therefore, it is not necessary to provide a separate autofocus mechanism. Further, with respect to the three-dimensional fluctuation of the coupling point of the received light due to the defocus of the atmospheric fluctuation and the tilt component, the position fine adjustment mechanism 34 is controlled so that the received light coupled to the single mode optical fiber 19a is maximized. By doing so, it is possible to compensate for defocus and tilt components of atmospheric fluctuations.

【００４５】以上のように、この実施の形態によれば、
大気揺らぎによる結合効率の低下・変動を小さくする効
果がある。As described above, according to this embodiment,
This has the effect of reducing the decrease and fluctuation of the coupling efficiency due to atmospheric turbulence.

【００４６】実施の形態６．図８は、この発明の実施の
形態６のコヒーレントレーザレーダ装置における送受光
学系１０２の構成を示す図である。図８において、３５
はテレスコープ２５の前に置かれた空間位相シフタ素子
マトリクスであり、この、空間位相シフタ素子マトリク
ス３５は透過光に空間的な位相分布を与えることでき、
透過光の波面を補正することができる。３６はシリンド
リカルレンズ、３７はビーム位置検出器である四分割光
電素子であり、四分割光電素子３７はシリンドリカルレ
ンズ３６と組み合わせて受信光の波面センサ部１０３を
構成する。３８は波面センサ部１０３の信号を基に空間
位相シフタ素子マトリクス３５を制御する制御回路、３
９は受信光１２の一部を取り出す部分反射鏡である。Embodiment 6 FIG. FIG. 8 is a diagram showing a configuration of the transmission / reception optical system 102 in the coherent laser radar device according to Embodiment 6 of the present invention. In FIG. 8, 35
Is a spatial phase shifter element matrix disposed in front of the telescope 25, and the spatial phase shifter element matrix 35 can provide a spatial phase distribution to transmitted light;
The wavefront of the transmitted light can be corrected. Numeral 36 denotes a cylindrical lens, and numeral 37 denotes a four-division photoelectric element which is a beam position detector. The four-division photoelectric element 37 is combined with the cylindrical lens 36 to constitute a wavefront sensor unit 103 for received light. 38, a control circuit for controlling the spatial phase shifter element matrix 35 based on signals from the wavefront sensor unit 103;
9 is a partial reflecting mirror for extracting a part of the received light 12.

【００４７】この実施の形態では、テレスコープ２５か
らシングルモード光ファイバ１９ａへ結合する受信光１
２の一部を部分反射鏡３９により取り出し、取り出した
受信光の光路中に挿入されたシリンドリカルレンズ３６
により、非点収差を持ったビームを作る。そして、この
ビームの最小錯乱円を取る位置に四分割光電素子３７を
配置する。大気揺らぎによりデフォーカスおよびティル
トが発生すると、それに応じた出力信号が四分割光電素
子３７から得られる。図９に四分割光電素子３７上の上
記ビームの測定パターンを示す。図９では、ティルト
（Ｔｉｌｔ）はビームパターンの平行移動で、デフォー
カスはビームパターンの楕円への変形で表される。図９
の（ａ）のようにビームパターンが最小錯乱円で四分割
光電素子３７の中央に位置するときは、四分割光電素子
３７の４つの素子３７ａ〜３７ｄはそれぞれ等しい受光
強度を示し、このとき、受信光１２がシングルモード光
ファイバ１９ａの導波モードに最もよく結合する状態と
なる。In this embodiment, the received light 1 coupled from the telescope 25 to the single mode optical fiber 19a is
2 is partially taken out by the partial reflecting mirror 39, and the cylindrical lens 36 inserted into the optical path of the received light taken out.
As a result, a beam having astigmatism is created. Then, the four-divided photoelectric element 37 is arranged at a position where a minimum circle of confusion of this beam is obtained. When defocus and tilt occur due to atmospheric fluctuations, an output signal corresponding to the defocus and tilt is obtained from the four-divided photoelectric element 37. FIG. 9 shows a measurement pattern of the beam on the four-divided photoelectric element 37. In FIG. 9, tilt is represented by a parallel movement of the beam pattern, and defocus is represented by a deformation of the beam pattern into an ellipse. FIG.
(A), when the beam pattern is located at the center of the four-divided photoelectric element 37 with the least confusion circle, the four elements 37a to 37d of the four-divided photoelectric element 37 show the same light-receiving intensity, respectively. The state where the receiving light 12 is most appropriately coupled to the guided mode of the single mode optical fiber 19a is obtained.

【００４８】よって、ティルトの方向およびその程度
は、四分割光電素子３７の４つの素子３７ａ〜３７ｄの
２組の隣接した素子のそれぞれの受光強度の和の差を取
ることにより求めることができる。また、デフォーカス
量は四分割光電素子３７の４つの素子３７ａ〜３７ｄの
２組の対角上の素子のそれぞれの受光強度の和の差を取
ることにより求めることができる。これらの信号を基に
空間位相シフタ素子マトリクス３５により、デフォーカ
スおよびティルトを打ち消すように、透過する受信光の
波面に空間分布を持った位相シフトを与える。これによ
り、図９の（ａ）のようなビームパターンが得られ、大
気揺らぎのデフォーカスおよびティルト成分を補償する
ことができる。図１０に９分割の空間位相シフタ素子マ
トリクス３５により与える位相シフトの例を示す。図１
０中の（ａ）〜（ｅ）の番号は図９中の同番号（ａ）〜
（ｅ）に対応し、無地，縦縞，横縞の順でその素子を通
過する光は位相が遅れるように制御する。Therefore, the direction and the degree of the tilt can be obtained by taking the difference between the sum of the light receiving intensities of two sets of adjacent elements of the four elements 37a to 37d of the four-divided photoelectric element 37. The defocus amount can be obtained by taking the difference between the sum of the received light intensities of the two diagonal elements of the four elements 37a to 37d of the four-divided photoelectric element 37. Based on these signals, the spatial phase shifter element matrix 35 applies a phase shift having a spatial distribution to the wavefront of the transmitted received light so as to cancel out defocus and tilt. As a result, a beam pattern as shown in FIG. 9A is obtained, and the defocus and tilt components of atmospheric fluctuation can be compensated. FIG. 10 shows an example of the phase shift given by the nine-segment spatial phase shifter element matrix 35. FIG.
The numbers (a) to (e) in 0 are the same as (a) to (e) in FIG.
Corresponding to (e), light passing through the element in the order of solid, vertical, and horizontal stripes is controlled so that the phase is delayed.

【００４９】なお、測定の初期において目標の距離が不
明であることから、波面センサ部１０３においてデフォ
ーカス量が大きく検出されるが、これは制御回路３８に
よりテレスコープ２５のフォーカスを調整することによ
り解消する。Since the target distance is unknown at the beginning of the measurement, a large defocus amount is detected by the wavefront sensor unit 103. This is achieved by adjusting the focus of the telescope 25 by the control circuit 38. To eliminate.

【００５０】以上のように、この実施の形態によれば、
任意の距離にある目標に対してもその受信光を高効率で
シングルモード光ファイバに結合でき、大気揺らぎによ
る上記結合効率の低下・変動の小さいコヒーレントレー
ザレーダ装置を得ることができる。As described above, according to this embodiment,
The received light can be coupled to a single mode optical fiber with high efficiency even for a target located at an arbitrary distance, and a coherent laser radar device in which the coupling efficiency is reduced or less changed due to atmospheric turbulence can be obtained.

【００５１】実施の形態７．図１１は、この発明の実施
の形態７のコヒーレントレーザレーダ装置における送受
光学系１０２の構成を示す図である。図１１において、
４０は空間位相シフタ素子マトリクス、１０３は波面セ
ンサ部である。図１２は、図１１の波面センサ部１０３
の構成を示す図である。図１２において、４１は波面セ
ンサ部１０３に入射する受信光、４２は四角錐プリズ
ム、４３ａ〜４３ｄはシリンドリカルレンズ、４４ａ〜
４４ｄは四分割光電素子である。Embodiment 7 FIG. FIG. 11 is a diagram showing a configuration of the transmission / reception optical system 102 in the coherent laser radar device according to Embodiment 7 of the present invention. In FIG.
40 is a spatial phase shifter element matrix, and 103 is a wavefront sensor unit. FIG. 12 shows the wavefront sensor unit 103 of FIG.
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of FIG. 12, reference numeral 41 denotes received light incident on the wavefront sensor unit 103, 42 denotes a quadrangular pyramid prism, 43a to 43d denote cylindrical lenses, and 44a to 44d.
44d is a quadrant photoelectric element.

【００５２】この実施の形態では、入射した受信光４１
を空間的に分割して４つのビームを作るように四角錐プ
リズム４２を配置する。四角錐プリズム４２より出射さ
れる上記４つのビーム一つ一つに対し、実施の形態６と
同様に、シリンドリカルレンズ４３ａ〜４３ｄと四分割
光電素子４４ａ〜４４ｄとを配置する。そして、実施の
形態６と同様にそれぞれのビームに対してデフォーカス
とティルト量の補正を行う。In this embodiment, the received light 41
Are spatially divided to form four beams, and the quadrangular pyramid prism 42 is arranged. Similar to the sixth embodiment, cylindrical lenses 43a to 43d and four-division photoelectric elements 44a to 44d are arranged for each of the four beams emitted from the quadrangular pyramid prism 42. Then, similarly to the sixth embodiment, the defocus and the tilt amount are corrected for each beam.

【００５３】大気揺らぎにおける送受信光学系開口面上
の受信光波面の非相関な位相差分布は、波面を小さく分
割して考えると、それぞれの分割波面内におけるデフォ
ーカスとティルトに置き換えることができる。まず、四
角錐プリズム４２のような多面体プリズムにより受信光
の波面を分割し、それぞれの分割波面に対し、デフォー
カスとティルト量を求める。次に空間位相シフタ素子マ
トリクス４０の当該分割波面に対応する位相シフタ素子
により当該分割波面のデフォーカスとティルト量の補正
を行う。全波面においてこれを行うことにより、大気揺
らぎの影響を補償することができる。図１３に６×６の
空間位相シフタ素子マトリクス４０を示す。空間位相シ
フタ素子マトリクス４０は、３×３の４つの部分Ａ〜Ｄ
に分けられ、それぞれが図１２に示される４つの分割波
面に対応する。The uncorrelated phase difference distribution of the reception light wavefront on the aperture surface of the transmission / reception optical system due to atmospheric turbulence can be replaced by defocus and tilt in each divided wavefront when the wavefront is divided into small parts. First, the wavefront of the received light is divided by a polyhedral prism such as the quadrangular pyramid prism 42, and the defocus and the tilt amount are obtained for each divided wavefront. Next, the phase shifter element of the spatial phase shifter element matrix 40 corresponding to the divided wavefront corrects the defocus and the tilt amount of the divided wavefront. By doing this for all wavefronts, the effects of atmospheric turbulence can be compensated. FIG. 13 shows a 6 × 6 spatial phase shifter element matrix 40. The spatial phase shifter element matrix 40 has four 3 × 3 portions A to D.
And each corresponds to the four divided wavefronts shown in FIG.

【００５４】以上のように、この実施の形態によれば、
任意の距離にある目標に対してもその受信光を高効率で
シングルモード光ファイバに結合でき、大気揺らぎによ
る上記結合効率の低下・変動の小さいコヒーレントレー
ザレーダ装置を得ることができる。As described above, according to this embodiment,
The received light can be coupled to a single mode optical fiber with high efficiency even for a target located at an arbitrary distance, and a coherent laser radar device in which the coupling efficiency is reduced or less changed due to atmospheric turbulence can be obtained.

【００５５】実施の形態８．図１４は、この発明の実施
の形態８のコヒーレントレーザレーダ装置における送受
光学系１０２の構成を示す図である。図１４において、
４５は受信光１２の光軸の角度や位置を送受光学系１０
２の光軸に一致させるように調整する光軸微調整機構、
４６は光軸微調整機構４５を制御する制御回路であり、
制御回路４６は光受信器１７での光受信強度が最大にな
るように、光軸微調整機構４５を制御する。図１５は、
図１４に示した光軸微調整機構４５の一構成例であり、
その動作を示すものである。図１５において、４７ａ，
４７ｂは斜面を正対させた１組のダブルウェッジ、４８
は平行平面板、４９は送受光学系１０２の光軸、５０は
大気揺らぎによるティルトがない受信光１２の光軸、５
１は大気揺らぎによるティルトにより角度ずれを持った
受信光１２の光軸である。Embodiment 8 FIG. FIG. 14 is a diagram showing a configuration of the transmission / reception optical system 102 in the coherent laser radar device according to the eighth embodiment of the present invention. In FIG.
Reference numeral 45 denotes the angle and position of the optical axis of the reception light 12 and the transmission / reception optical system 10.
An optical axis fine-adjustment mechanism for adjusting the optical axis to coincide with the optical axis 2
46 is a control circuit for controlling the optical axis fine adjustment mechanism 45,
The control circuit 46 controls the optical axis fine adjustment mechanism 45 so that the light reception intensity at the light receiver 17 is maximized. FIG.
15 is a configuration example of an optical axis fine adjustment mechanism 45 shown in FIG.
This shows the operation. In FIG. 15, 47a,
47b is a pair of double wedges facing the slope, 48
Is a plane-parallel plate, 49 is the optical axis of the transmitting and receiving optical system 102, 50 is the optical axis of the received light 12 having no tilt due to atmospheric turbulence.
Reference numeral 1 denotes an optical axis of the reception light 12 having an angle deviation due to a tilt due to atmospheric fluctuation.

【００５６】図１５に示した光軸微調整機構４５は、同
材質、同形状である１組の斜面を正対させたダブルウェ
ッジ４７ａ，４７ｂと平行平面板４８およびこれら光学
部品を回転・傾斜させる機構よりなる。ダブルウェッジ
４７ａ，４７ｂは送受光学系１０２の光軸４９または光
軸４９に平行な回転軸を持ち、それぞれ任意の回転角を
取ることができる。また、平行平面板４８は、送受光学
系１０２の光軸４９または光軸４９に平行な回転軸を持
ち、かつ、光軸４９に対し任意の傾斜角が取れる。ダブ
ルウェッジ４７ａ，４７ｂにより受信光１２の光軸の角
度補正を、平行平面板４８により位置補正を行う。The optical axis fine adjustment mechanism 45 shown in FIG. 15 comprises double wedges 47a, 47b having the same material and the same shape facing a pair of inclined surfaces, a parallel flat plate 48, and rotating and tilting these optical components. It consists of a mechanism to make it. Each of the double wedges 47a and 47b has an optical axis 49 of the transmission / reception optical system 102 or a rotation axis parallel to the optical axis 49, and can take any rotation angle. The parallel plane plate 48 has an optical axis 49 of the transmission / reception optical system 102 or a rotation axis parallel to the optical axis 49, and can take an arbitrary inclination angle with respect to the optical axis 49. The angle correction of the optical axis of the reception light 12 is performed by the double wedges 47a and 47b, and the position correction is performed by the parallel plane plate 48.

【００５７】大気揺らぎによるティルトが存在しない場
合を考える。受信光１２の光軸は送受光学系１０２の光
軸４９に一致している。ダブルウェッジ４７ａ，４７ｂ
は同一の回転角を持つ。このため、ダブルウェッジ４７
ａ，４７ｂへの入射点および出射点において、受信光１
２の光軸５０の角度は変化しない。ただし、その位置は
ダブルウェッジ４７ａ，４７ｂのギャップ間におけるオ
フセットにより位置ずれを起こす。その位置ずれを平行
平面板４８の傾斜角を適当に取ることにより補正する。
受信光１２の光軸５０は再び送受光学系１０２の光軸４
９に一致する。受信光１２はシングルモード光ファイバ
１９ａの端面上で集光点を取り、シングルモード光ファ
イバ１９ａの導波モードに結合する。Consider a case where no tilt due to atmospheric fluctuations exists. The optical axis of the reception light 12 coincides with the optical axis 49 of the transmission / reception optical system 102. Double wedge 47a, 47b
Have the same rotation angle. For this reason, double wedge 47
a, 47b at the point of incidence and at the point of emission.
The angle of the second optical axis 50 does not change. However, the position is shifted due to the offset between the gaps of the double wedges 47a and 47b. The displacement is corrected by appropriately setting the inclination angle of the plane parallel plate 48.
The optical axis 50 of the receiving light 12 is again the optical axis 4 of the transmitting / receiving optical system 102.
Matches 9. The receiving light 12 takes a converging point on the end face of the single mode optical fiber 19a and couples to the guided mode of the single mode optical fiber 19a.

【００５８】次に、大気揺らぎによりティルトが発生し
たとする。この場合、受信光１２の光軸は送受光学系１
０２の光軸４９に対して角度ずれを生じる。受信光１２
の光軸５１に示すように、受信光１２の集光点は位置ず
れを起こし、シングルモード光ファイバ１９ａの導波モ
ードと効率よく結合することができない。Next, it is assumed that tilt occurs due to atmospheric fluctuations. In this case, the optical axis of the receiving light 12 is
An angle shift occurs with respect to the optical axis 49 of No. 02. Received light 12
As shown by the optical axis 51, the focal point of the received light 12 is displaced, and cannot be efficiently coupled to the waveguide mode of the single mode optical fiber 19a.

【００５９】図１６は、図１５に示した光軸微調整機構
４５の大気揺らぎによるティルトの角度ずれを補正する
動作を示すものである。受信光の光軸５１の角度ずれ
は、ダブルウェッジ４７ａ，４７ｂにより補正される。
Ｐ1をダブルウェッジ４７ａ，４７ｂの入射点、Ｐ2をダ
ブルウェッジ４７ａ，４７ｂの出射点、Ｐ3を平行平面
板４８の出射点とする。Ｐ2における受信光の光軸５１
の角度を送受光学系１０２の光軸４９と平行となるよう
に、ダブルウェッジ４７ａ，４７ｂの回転角をとる。そ
の際、図１７（ａ）に示すように、Ｐ1と送受光学系１
０２の光軸４９のなす平面に対してダブルウェッジ４７
ａ，４７ｂの回転角は対称となる。図１７（ａ）におい
て、点線はＰ1と送受光学系１０２の光軸４９のなす平
面とＸＹ平面の交線であり、ベクトルはそれぞれティル
トによる光軸のずれ角およびダブルウェッジ４７ａ，４
７ｂの偏角のＸＹ平面への正射影である。FIG. 16 shows the operation of the optical axis fine adjustment mechanism 45 shown in FIG. 15 for correcting the tilt angle deviation due to atmospheric fluctuations. The angle deviation of the optical axis 51 of the received light is corrected by the double wedges 47a and 47b.
Double Wedge 47a to P 1, the point of incidence 47b, double wedge 47a and P 2, 47b exit point, the exit point of the plane parallel plate 48 to P 3. Optical axis 51 of received light at P 2
Is set to be parallel to the optical axis 49 of the transmission / reception optical system 102. At this time, as shown in FIG. 17 (a), P 1 and transceiver optics 1
02 with respect to the plane formed by the optical axis 49 of the double wedge 47
The rotation angles of a and 47b are symmetric. In FIG. 17 (a), the dotted line is the line of intersection of the plane formed by the XY plane of the optical axis 49 of the P 1 and transceiver optics 102, the deviation angle and double wedges 47a of the optical axis by the respective vector tilt, 4
7B is an orthographic projection of the deflection angle of 7b onto the XY plane.

【００６０】次に、平行平面板４８の回転角・傾斜角を
調整し、Ｐ2における受信光の光軸５１の位置ずれを補
正する。これを図１７（ｂ），（ｃ）に示す。ダブルウ
ェッジ４７ａ，４７ｂの幅を０と考えれば、ＸＹ平面上
におけるＰ1とＰ2の位置は変わらないので、平行平面板
４８の法線がＰ1と送受光学系１０２の光軸４９のなす
平面上にあるように平行平面板４８の回転角を取ればよ
いが、実際にはダブルウェッジ４７ａ，４７ｂを伝搬す
ることによりＰ2の位置は変化する。その分、平行平面
板４８の回転角を補正する必要がある。Next, to adjust the rotation angle and the inclination angle of the plane-parallel plate 48, to correct the positional deviation of the optical axis 51 of the received light in the P 2. This is shown in FIGS. 17 (b) and (c). Double Wedge 47a, considering a zero width 47b, the position of P 1 and P 2 is not changed in the XY plane, the normal of the plane parallel plate 48 is formed of the optical axis 49 of the P 1 and transceiver optics 102 it may Taking the rotation angle of the plane-parallel plate 48 to be on the plane, actually the position of P 2 by propagating double wedges 47a, and 47b is changed. Accordingly, it is necessary to correct the rotation angle of the plane parallel plate 48.

【００６１】以上のように、Ｐ3において、受信光の光
軸５１を送受光学系１０２の光軸４９に一致させること
ができる。ただし、受信光１２の集光点はティルトの角
度ずれ量により光路長が異なるため、シングルモード光
ファイバ１９ａの端面上からずれる。光路長を調整する
ことは、ティルトの角度ずれ量に応じて、ダブルウェッ
ジ４７ａ，４７ｂの光路中の厚みを制御することにより
可能である。すなわち、ダブルウェッジ４７ａ，４７ｂ
を送受光学系１０２の光軸４９に対して垂直にそれぞれ
正反対の方向に移動させることである。また、この方法
を用いれば、送受光学系１０２で行っていたデフォーカ
スの補正を光軸微調整機構４５において行うことが可能
である。As described above, at P 3 , the optical axis 51 of the received light can be made to coincide with the optical axis 49 of the transmission / reception optical system 102. However, the converging point of the received light 12 is shifted from the end face of the single mode optical fiber 19a because the optical path length varies depending on the tilt angle shift amount. The optical path length can be adjusted by controlling the thickness of the double wedges 47a and 47b in the optical path in accordance with the tilt angle shift amount. That is, the double wedges 47a, 47b
Is moved perpendicularly to the optical axis 49 of the transmission / reception optical system 102 in diametrically opposite directions. Also, if this method is used, the defocus correction performed by the transmission / reception optical system 102 can be performed by the optical axis fine adjustment mechanism 45.

【００６２】以上のように、この実施に形態によれば、
任意の距離にある目標に対してもその受信光を高効率で
シングルモード光ファイバに結合でき、大気揺らぎによ
る上記結合効率の低下・変動の小さいコヒーレントレー
ザレーダ装置を得ることができる。As described above, according to this embodiment,
The received light can be coupled to a single mode optical fiber with high efficiency even for a target located at an arbitrary distance, and a coherent laser radar device in which the coupling efficiency is reduced or less changed due to atmospheric turbulence can be obtained.

【００６３】実施の形態９．実施の形態６では、受信光
を４分割したが、もちろんさらに多くの分割数を用いて
もかまわない。また、実施の形態６、７において空間位
相シフタ素子マトリクスの例として３×３，６×６素子
を示したが当然さらに多素子のものを用いても良い。空
間位相シフタ素子マトリクスの材料としては液晶やLiNb
O3等の電気光学結晶が用いられる。さらに、全ての実施
の形態において、送受同軸の送受光学系を用いた例を示
したが、送受２軸の光学系としても良い。Embodiment 9 FIG. In the sixth embodiment, the received light is divided into four, but of course, a larger number of divisions may be used. Further, in Embodiments 6 and 7, 3 × 3, 6 × 6 elements are shown as examples of the spatial phase shifter element matrix, but naturally more multi-element elements may be used. Liquid crystal or LiNb is used as the material of the spatial phase shifter element matrix.
An electro-optic crystal such as O3 is used. Furthermore, in all the embodiments, the example using the coaxial transmission / reception optical system has been described, but a two-axis transmission / reception optical system may be used.

【００６４】[0064]

【発明の効果】第１の発明によれば、受信光を光ファイ
バに結合して受信するレーザレーダ装置において、送受
光学系からの像が結像される二次元光検出器アレイと、
この二次元光検出器アレイに結像された像に基づいて送
受光学系のフォーカスを調整するオートフォーカス機構
とを備えたので、任意の距離にある目標に対しても、受
信光を上記光ファイバへ高効率で結合させることができ
る。さらに、上記オートフォーカス機構の応答速度が大
気揺らぎの変動速度に対応できるので、結合効率におけ
る大気揺らぎの影響の内、デフォーカスを補償すること
ができる。According to the first invention, a two-dimensional photodetector array on which an image from a transmission / reception optical system is formed is provided in a laser radar apparatus for receiving reception light by coupling it to an optical fiber;
An auto-focus mechanism for adjusting the focus of the transmission / reception optical system based on the image formed on the two-dimensional photodetector array. Can be coupled with high efficiency. Furthermore, since the response speed of the autofocus mechanism can correspond to the fluctuation speed of atmospheric fluctuation, defocus can be compensated for among the effects of atmospheric fluctuation on the coupling efficiency.

【００６５】第２の発明によれば、上記二次元光検出器
アレイをＣＣＤとし、このＣＣＤ上に結像された像に基
づいて送受光学系のフォーカスを調整するオートフォー
カス機構を備えたので、任意の距離にある目標に対して
も、受信光を上記光ファイバへ高効率で結合させること
ができる。According to the second aspect of the present invention, the two-dimensional photodetector array is a CCD, and the autofocus mechanism for adjusting the focus of the transmission / reception optical system based on the image formed on the CCD is provided. Even for a target at an arbitrary distance, the received light can be efficiently coupled to the optical fiber.

【００６６】第３の発明によれば、送受光学系が受光し
た光を分離し、分離した光の一方を上記光ファイバに結
像し、他方を上記ＣＣＤ上に結像する波長分離フィルタ
と、上記ＣＣＤ上に結像された像に基づいて送受光学系
のフォーカスを調整するオートフォーカス機構結像とを
備えたので、任意の距離にある目標に対しても、受信光
を上記光ファイバへ高効率で結合させることができる。According to the third aspect of the present invention, a wavelength separation filter for separating the light received by the transmission / reception optical system, forming one of the separated lights on the optical fiber, and forming the other on the CCD, An auto-focus mechanism for adjusting the focus of the transmission / reception optical system based on the image formed on the CCD, so that the received light can be projected onto the optical fiber even for a target at an arbitrary distance. It can be combined with efficiency.

【００６７】第４の発明によれば、上記二次元光検出器
アレイをフォトダイオードマトリクスとし、このフォト
ダイオードマトリクス上に結像された像に基づいて送受
光学系のフォーカスを調整するオートフォーカス機構を
備えたので、任意の距離にある目標に対しても、受信光
を上記光ファイバへ高効率で結合させることができる。According to the fourth aspect of the present invention, there is provided an auto-focus mechanism for adjusting the focus of the transmission / reception optical system based on an image formed on the photodiode matrix by using the two-dimensional photodetector array as a photodiode matrix. With this arrangement, the received light can be coupled to the optical fiber with high efficiency even for a target at an arbitrary distance.

【００６８】第５の発明によれば、送受光学系が受光し
た光を分離し、分離した光の一方を上記光ファイバに結
像し、他方を上記フォトダイオードマトリクス上に結像
する部分反射鏡と、上記フォトダイオードマトリクス上
に結像された像に基づいて送受光学系のフォーカスを調
整するオートフォーカス機構とを備えたので、任意の距
離にある目標に対しても、受信光を上記光ファイバへ高
効率で結合させることができる。According to the fifth aspect of the present invention, the partial reflection mirror separates the light received by the transmission / reception optical system, forms one of the separated lights on the optical fiber, and forms the other on the photodiode matrix. And an auto-focus mechanism for adjusting the focus of the transmitting and receiving optical system based on the image formed on the photodiode matrix, so that the received light can be transmitted to the optical fiber even for a target at an arbitrary distance. Can be coupled with high efficiency.

【００６９】第６の発明によれば、二次元光検出器アレ
イの面上に光ファイバの端面を配したので、この光ファ
イバの端面に目標上での送信光照射位置の像を結ばせる
ことができ、受信光を上記光ファイバへ高効率で結合さ
せることができる。According to the sixth aspect, since the end face of the optical fiber is arranged on the surface of the two-dimensional photodetector array, an image of the transmission light irradiation position on the target is formed on the end face of the optical fiber. Thus, the received light can be coupled to the optical fiber with high efficiency.

【００７０】第７の発明によれば、二次元光検出器アレ
イに結像された像から目標を認識する認識手段を備えた
ので、目標の認識力を向上させることができる。According to the seventh aspect, since the recognition means for recognizing the target from the image formed on the two-dimensional photodetector array is provided, the recognition power of the target can be improved.

【００７１】第８の発明によれば、光ファイバの端面の
位置を送受光学系の光軸に垂直な平面内で移動させる２
軸の位置微調整機構を備えたので、大気揺らぎのティル
ト成分による受信光の集光点の移動に対して上記光ファ
イバの端面を追従させることにより、大気揺らぎのティ
ルト成分を補償することができる。According to the eighth aspect, the position of the end face of the optical fiber is moved in a plane perpendicular to the optical axis of the transmission / reception optical system.
Since the shaft position fine adjustment mechanism is provided, the tilt component of the atmospheric turbulence can be compensated by causing the end face of the optical fiber to follow the movement of the focal point of the received light due to the tilt component of the atmospheric turbulence. .

【００７２】第９の発明によれば、送受光学系と光ファ
イバの端面の間に置かれ、上記送受光学系で受光した散
乱光の光軸を微調整する手段を備えたので、大気揺らぎ
のティルト成分による受信光の光軸の角度ずれを補正
し、大気揺らぎのティルト成分を補償することができ
る。According to the ninth aspect, the apparatus is provided between the transmission / reception optical system and the end face of the optical fiber and finely adjusts the optical axis of the scattered light received by the transmission / reception optical system. The tilt component of the optical axis of the received light due to the tilt component can be corrected, and the tilt component of the atmospheric fluctuation can be compensated.

【００７３】第１０の発明によれば、光ファイバに結合
する散乱光が最大になるように上記光ファイバの端面の
位置を３軸で調整する位置微調整機構を制御することに
より、大気揺らぎのデフォーカスおよびティルト成分を
補償することができる。According to the tenth aspect, by controlling the position fine adjustment mechanism for adjusting the position of the end face of the optical fiber in three axes so that the scattered light coupled to the optical fiber is maximized, the atmospheric fluctuation can be reduced. Defocus and tilt components can be compensated.

【００７４】第１１の発明によれば、目標からの散乱光
を受光して透過する場合に、透過する光の波面に空間分
布を持った位相シフトを与える空間位相シフタ素子マト
リクスと、この空間位相シフタ素子マトリクスが透過し
た光を受光し、デフォーカス又はティルトに応じた信号
を出力する波面センサ部と、この波面センサ部により出
力された上記信号から上記空間位相シフタ素子マトリク
スを制御する制御手段を備えたので、大気揺らぎのデフ
ォーカスおよびティルト成分を補償することができる。According to the eleventh aspect, when the scattered light from the target is received and transmitted, the spatial phase shifter element matrix that gives a phase shift having a spatial distribution to the wavefront of the transmitted light, A wavefront sensor unit that receives light transmitted by the shifter element matrix and outputs a signal corresponding to defocus or tilt, and a control unit that controls the spatial phase shifter element matrix from the signal output by the wavefront sensor unit. With this arrangement, defocus and tilt components of atmospheric fluctuations can be compensated.

【００７５】第１２の発明によれば、波面センサ部に、
受信光からビームを作るシリンドリカルレンズと、この
シリンドリカルレンズにより作られたビームに基づいて
デフォーカス又はティルトに応じた信号を出力するビー
ム位置検出器とを備えたので、大気揺らぎのデフォーカ
スおよびティルト成分を補償することができる。According to the twelfth aspect, the wavefront sensor section includes:
Since it has a cylindrical lens that forms a beam from the received light, and a beam position detector that outputs a signal corresponding to defocus or tilt based on the beam formed by the cylindrical lens, defocus and tilt components of atmospheric turbulence are provided. Can be compensated for.

【００７６】第１３の発明によれば、波面センサ部に、
受信光の波面を分割する多面体プリズムと、この多面体
プリズムにより分割された複数の光からそれぞれビーム
を作る複数のシリンドリカルレンズと、この複数のシリ
ンドリカルレンズにより作られた複数のビームに基づい
て、それぞれデフォーカス又はティルトに応じた信号を
出力する複数のビーム位置検出器とを備えたので、大気
揺らぎのデフォーカスおよびティルト成分を補償するこ
とができる。According to the thirteenth aspect, the wavefront sensor section includes:
A polyhedral prism that divides the wavefront of the received light, a plurality of cylindrical lenses that respectively form beams from the plurality of lights divided by the polyhedral prism, and a plurality of beams that are formed by the plurality of cylindrical lenses. Since a plurality of beam position detectors that output signals corresponding to focus or tilt are provided, it is possible to compensate for defocus and tilt components of atmospheric fluctuations.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】 実施の形態１のコヒーレントレーザレーダ装
置の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a coherent laser radar device according to a first embodiment.

【図２】 実施の形態１のコヒーレントレーザレーダ装
置における送受光学系の構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a transmission / reception optical system in the coherent laser radar device according to the first embodiment.

【図３】 実施の形態１におけるＣＣＤ素子の画像例を
示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of an image of a CCD element according to the first embodiment.

【図４】 実施の形態２のコヒーレントレーザレーダ装
置における送受光学系の構成を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a transmission / reception optical system in a coherent laser radar device according to a second embodiment.

【図５】 実施の形態３のコヒーレントレーザレーダ装
置における送受光学系の構成を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a transmission / reception optical system in a coherent laser radar device according to a third embodiment.

【図６】 実施の形態４のコヒーレントレーザレーダ装
置における送受光学系の構成を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a transmission / reception optical system in a coherent laser radar device according to a fourth embodiment.

【図７】 実施の形態５のコヒーレントレーザレーダ装
置における送受光学系の構成を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of a transmission / reception optical system in a coherent laser radar device according to a fifth embodiment.

【図８】 実施の形態６のコヒーレントレーザレーダ装
置における送受光学系の構成を示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of a transmission / reception optical system in a coherent laser radar device according to a sixth embodiment.

【図９】 実施の形態６における四分割光電素子上のビ
ームパターンを示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a beam pattern on a four-divided photoelectric element according to a sixth embodiment.

【図１０】 実施の形態６の空間位相シフタ素子マトリ
クスにより与える位相シフトの例を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a phase shift given by a spatial phase shifter element matrix according to a sixth embodiment.

【図１１】 実施の形態７のコヒーレントレーザレーダ
装置における送受光学系の構成を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of a transmission / reception optical system in a coherent laser radar device according to a seventh embodiment.

【図１２】 実施の形態７の波面センサ部の構成を示す
図である。FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration of a wavefront sensor unit according to a seventh embodiment.

【図１３】 ６×６の空間位相シフタ素子マトリクスを
示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a 6 × 6 spatial phase shifter element matrix.

【図１４】 実施の形態８のコヒーレントレーザレーダ
装置における送受光学系の構成を示す図である。FIG. 14 is a diagram illustrating a configuration of a transmission / reception optical system in a coherent laser radar device according to an eighth embodiment.

【図１５】 実施の形態８の光軸微調整機構の構成を示
す図である。FIG. 15 is a diagram illustrating a configuration of an optical axis fine adjustment mechanism according to an eighth embodiment.

【図１６】 実施の形態８の光軸微調整機構の動作を示
す図である。FIG. 16 is a diagram illustrating the operation of the optical axis fine adjustment mechanism according to the eighth embodiment.

【図１７】 光軸微調整機構における光軸の角度および
位置補正の原理を示す図である。FIG. 17 is a diagram illustrating the principle of angle and position correction of the optical axis in the optical axis fine adjustment mechanism.

【図１８】 従来のコヒーレントレーザレーダ装置の構
成を示す図である。FIG. 18 is a diagram showing a configuration of a conventional coherent laser radar device.

【図１９】 従来のコヒーレントレーザレーダ装置の送
受光学系の構成を示す図である。FIG. 19 is a diagram showing a configuration of a transmission / reception optical system of a conventional coherent laser radar device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ レーザ、２ レーザ光、３ 部分反射鏡、４ レー
ザ増幅器、５ 増幅レーザ光、６ 偏光子、７ １／４
波長板、８ テレスコープ、９ 送信光、１０目標、１
１ 散乱光、１２ 受信光、１３ 第１の結合光学系、
１４ ローカル光、１５ 第２の結合光学系、１６ 光
結合器、１７ 光受信器、１８ａ，１８ｂ 受信光、１
９ａ〜１９ｃ シングルモード光ファイバ、２０ 送信
レーザ光、２１ 反射鏡、２２ 光学系、２３ 光結合
器、２４ 波長フィルタ、２５テレスコープ、２６ Ｃ
ＣＤ素子、２７ 画像処理装置、２８ フォーカス調整
機構、２９ ＣＣＤ素子、３０ 画像表示装置、３１
２軸の位置微調整機構、３２ 制御回路、３３ 光受信
強度信号、３４ ３軸の位置微調整機構、３５空間位相
シフタ素子マトリクス、３６ シリンドリカルレンズ、
３７ 四分割光電素子、３８ 制御回路、３９ 部分反
射鏡、４０ 空間位相シフタ素子マトリックス、４１
受信光、４２ 四角錐プリズム、４３ａ〜４３ｄ シリ
ンドリカルレンズ、４４ａ〜４４ｄ 四分割光電素子、
４５ 光軸微調整機構、４６制御回路、４７ａ，４８ｂ
ダブルウェッジ、４８ 平行平面板、４９ 光軸、５
０ 光軸、５１ 光軸、１０１ レーザ送信部、１０２
送受光学系、１０３波面センサ部。Reference Signs List 1 laser, 2 laser light, 3 partial reflecting mirror, 4 laser amplifier, 5 amplified laser light, 6 polarizer, 7 1/4
Wave plate, 8 telescope, 9 transmission light, 10 target, 1
1 scattered light, 12 received light, 13 first coupling optical system,
14 local light, 15 second coupling optical system, 16 optical coupler, 17 optical receiver, 18a, 18b received light,
9a to 19c single mode optical fiber, 20 transmission laser beam, 21 reflecting mirror, 22 optical system, 23 optical coupler, 24 wavelength filter, 25 telescope, 26 C
CD device, 27 image processing device, 28 focus adjustment mechanism, 29 CCD device, 30 image display device, 31
2 axis position fine adjustment mechanism, 32 control circuit, 33 light reception intensity signal, 3 3 axis position fine adjustment mechanism, 35 spatial phase shifter element matrix, 36 cylindrical lens,
37 quadrant photoelectric element, 38 control circuit, 39 partial reflecting mirror, 40 spatial phase shifter element matrix, 41
Reception light, 42 quadrangular pyramid prism, 43a to 43d cylindrical lens, 44a to 44d quadrant photoelectric element,
45 Optical axis fine adjustment mechanism, 46 control circuit, 47a, 48b
Double wedge, 48 parallel flat plate, 49 optical axis, 5
0 optical axis, 51 optical axis, 101 laser transmission unit, 102
Transmission / reception optical system, 103 wavefront sensor unit.

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 レーザ送信光とローカル光を発生するレ
ーザ送信器と、 このレーザ送信器により発生された上記レーザ送信光を
目標に照射し、上記目標からの散乱光を受光する送受光
学系と、 この送受光学系で受光した散乱光が結合される光ファイ
バと、 上記レーザ送信器により発生された上記ローカル光と上
記光ファイバに結合された散乱光とを合波する合波手段
とを備えたレーザレーダ装置において、 上記送受光学系からの像が結像される二次元光検出器ア
レイと、 この二次元光検出器アレイに結像された像に基づいて上
記送受光学系のフォーカスを調整するオートフォーカス
機構とを備えたことを特徴とするレーザレーダ装置。1. A laser transmitter for generating laser transmission light and local light, and a transmission / reception optical system for irradiating a target with the laser transmission light generated by the laser transmitter and receiving scattered light from the target. An optical fiber to which scattered light received by the transmission / reception optical system is coupled; and multiplexing means for multiplexing the local light generated by the laser transmitter and the scattered light coupled to the optical fiber. In the laser radar device, a two-dimensional photodetector array on which an image from the transmission / reception optical system is formed, and adjusting the focus of the transmission / reception optical system based on the image formed on the two-dimensional photodetector array A laser radar device comprising: 【請求項２】 上記二次元光検出器アレイはＣＣＤ（Ch
arge Coupled Device）であることを特徴とする請求項
１記載のレーザレーダ装置。2. The two-dimensional photodetector array includes a CCD (Ch)
2. The laser radar device according to claim 1, wherein the laser radar device is an arge coupled device. 【請求項３】 上記送受光学系が受光した光を分離し、
分離した光の一方を上記光ファイバに結像し、他方を上
記ＣＣＤ上に結像する波長分離フィルタを備えたことを
特徴とする請求項２記載のレーザレーダ装置。3. The method according to claim 1, wherein the light transmitted and received by the transmission / reception optical system is separated.
3. The laser radar device according to claim 2, further comprising a wavelength separation filter that forms one of the separated lights on the optical fiber and forms the other on the CCD. 【請求項４】 上記二次元光検出器アレイはフォトダイ
オードマトリクスであることを特徴とする請求項１記載
のレーザレーダ装置。4. The laser radar device according to claim 1, wherein said two-dimensional photodetector array is a photodiode matrix. 【請求項５】 上記送受光学系が受光した光を分離し、
分離した光の一方を上記光ファイバに結像し、他方を上
記フォトダイオードマトリクス上に結像する部分反射鏡
を備えたことを特徴とする請求項４記載のレーザレーダ
装置。5. The optical system according to claim 1, wherein said transmitting and receiving optical system separates the light received by said optical system.
5. The laser radar device according to claim 4, further comprising a partial reflecting mirror that forms one of the separated lights on the optical fiber and forms the other on the photodiode matrix. 【請求項６】 上記二次元光検出器アレイの面上に上記
光ファイバの端面を配したことを特徴とする請求項１記
載のレーザレーダ装置。6. The laser radar device according to claim 1, wherein an end face of said optical fiber is arranged on a surface of said two-dimensional photodetector array. 【請求項７】 上記二次元光検出器アレイに結像された
像から目標を認識する認識手段を備えたことを特徴とす
る請求項１記載のレーザレーダ装置。7. The laser radar device according to claim 1, further comprising a recognition unit that recognizes a target from an image formed on the two-dimensional photodetector array. 【請求項８】 上記光ファイバの端面の位置を上記送受
光学系の光軸に垂直な平面内で移動させる２軸の位置微
調整機構を備えたことを特徴とする請求項１記載のレー
ザレーダ装置。8. The laser radar according to claim 1, further comprising a biaxial position fine adjustment mechanism for moving the position of the end face of the optical fiber within a plane perpendicular to the optical axis of the transmission / reception optical system. apparatus. 【請求項９】 上記送受光学系と上記光ファイバの端面
の間に置かれ、上記送受光学系で受光した散乱光の光軸
を微調整する手段を備えたことを特徴とする請求項１記
載のレーザレーダ装置。9. The apparatus according to claim 1, further comprising means for finely adjusting the optical axis of the scattered light received by the transmission / reception optical system and disposed between the transmission / reception optical system and the end face of the optical fiber. Laser radar equipment. 【請求項１０】 レーザ送信光とローカル光を発生する
レーザ送信器と、 このレーザ送信器により発生された上記レーザ送信光を
目標に照射し、上記目標からの散乱光を受光する送受光
学系と、 この送受光学系で受光した散乱光が結合される光ファイ
バと、 上記レーザ送信器により発生された上記ローカル光と上
記光ファイバに結合された散乱光とを合波する合波手段
とを備えたレーザレーダ装置において、 上記光ファイバの端面の位置を３軸で調整する位置微調
整機構と、 上記光ファイバに結合する散乱光が最大になるように上
記位置微調整機構を制御する制御手段とを備えたことを
特徴とするレーザレーダ装置。10. A laser transmitter for generating laser transmission light and local light, and a transmission / reception optical system for irradiating a target with the laser transmission light generated by the laser transmitter and receiving scattered light from the target. An optical fiber to which scattered light received by the transmission / reception optical system is coupled; and multiplexing means for multiplexing the local light generated by the laser transmitter and the scattered light coupled to the optical fiber. In the laser radar device, a position fine adjustment mechanism for adjusting the position of the end face of the optical fiber in three axes, and a control means for controlling the position fine adjustment mechanism so that scattered light coupled to the optical fiber is maximized. A laser radar device comprising: 【請求項１１】 レーザ送信光とローカル光を発生する
レーザ送信器と、 このレーザ送信器により発生された上記レーザ送信光を
目標に照射し、上記目標からの散乱光を受光する送受光
学系と、 この送受光学系で受光した散乱光が結合される光ファイ
バと、 上記レーザ送信器により発生された上記ローカル光と上
記光ファイバに結合された散乱光とを合波する合波手段
とを備えたレーザレーダ装置において、 上記目標からの散乱光を受光して透過する場合に、透過
する光の波面に空間分布を持った位相シフトを与える空
間位相シフタ素子マトリクスと、 この空間位相シフタ素子マトリクスが透過した光を受光
し、デフォーカス又はティルトに応じた信号を出力する
波面センサ部と、 この波面センサ部により出力された上記信号から上記空
間位相シフタ素子マトリクスを制御する制御手段を備え
たことを特徴とするレーザレーダ装置。11. A laser transmitter for generating laser transmission light and local light, and a transmission / reception optical system for irradiating a target with the laser transmission light generated by the laser transmitter and receiving scattered light from the target. An optical fiber to which scattered light received by the transmission / reception optical system is coupled; and multiplexing means for multiplexing the local light generated by the laser transmitter and the scattered light coupled to the optical fiber. In the laser radar device, when a scattered light from the target is received and transmitted, a spatial phase shifter element matrix that gives a phase shift having a spatial distribution to the wavefront of the transmitted light, and a spatial phase shifter element matrix A wavefront sensor unit that receives the transmitted light and outputs a signal corresponding to defocus or tilt, and the space from the signal output by the wavefront sensor unit A laser radar device comprising control means for controlling a phase shifter element matrix. 【請求項１２】 上記波面センサ部は、上記受信光から
ビームを作るシリンドリカルレンズと、 このシリンドリカルレンズにより作られたビームに基づ
いてデフォーカス又はティルトに応じた信号を出力する
ビーム位置検出器とを備えたことを特徴とする請求項１
１記載のレーザレーダ装置。12. The wavefront sensor section includes: a cylindrical lens that forms a beam from the received light; and a beam position detector that outputs a signal corresponding to defocus or tilt based on the beam formed by the cylindrical lens. 2. The device according to claim 1, wherein
2. The laser radar device according to 1. 【請求項１３】 上記波面センサ部は、上記受信光の波
面を分割する多面体プリズムと、 この多面体プリズムにより分割された複数の光からそれ
ぞれビームを作る複数のシリンドリカルレンズと、 この複数のシリンドリカルレンズにより作られた複数の
ビームに基づいて、それぞれデフォーカス又はティルト
に応じた信号を出力する複数のビーム位置検出器とを備
えたことを特徴とする請求項１１記載のレーザレーダ装
置13. The wavefront sensor section includes a polyhedral prism that divides the wavefront of the received light, a plurality of cylindrical lenses that respectively form beams from a plurality of lights divided by the polyhedral prism, and a plurality of cylindrical lenses. 12. The laser radar device according to claim 11, further comprising: a plurality of beam position detectors each outputting a signal corresponding to defocus or tilt based on the plurality of beams formed.
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