JP2001099933A - フェーズド・アレイ・ビーム指向装置を備えたレーザ・レーダ・システム - Google Patents
フェーズド・アレイ・ビーム指向装置を備えたレーザ・レーダ・システムInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 各チャンネルの偏波に対して同一性を維持し
ながら送信および受信ビームを２つの面において偏向を
生じさせる光ビーム指向装置を備えた単一開口レーザ・
レーダ・システムを提供する。 【解決手段】 第１経路に沿って光学エネルギ・ビーム
を生成するレーザ６０と、ビームの第１部分を第１経路
に沿って透過させて第２部分を第２経路に沿って反射す
るビーム・スプリッタ７０と、ビームの第１部分を第３
経路に沿って目標に向けて指向し、第３経路に沿って透
過されたビームの第１部分の偏波を変更し、目標反射ビ
ーム部分を第１経路に沿って指向させ、目標反射ビーム
部分の偏波を更に変更するビーム指向装置５０と、第１
経路において、第１ビーム部分を透過させ、目標反射部
分を第４経路に沿って反射するブルースタ角偏波器７２
と、第２ビーム部分および第４経路における目標反射部
分から合成ビームを生じさせ、第５経路に沿って指向さ
せるビーム合成器７６と、第５経路における合成された
ビームに応答する検出手段６４と、を備える。
ながら送信および受信ビームを２つの面において偏向を
生じさせる光ビーム指向装置を備えた単一開口レーザ・
レーダ・システムを提供する。 【解決手段】 第１経路に沿って光学エネルギ・ビーム
を生成するレーザ６０と、ビームの第１部分を第１経路
に沿って透過させて第２部分を第２経路に沿って反射す
るビーム・スプリッタ７０と、ビームの第１部分を第３
経路に沿って目標に向けて指向し、第３経路に沿って透
過されたビームの第１部分の偏波を変更し、目標反射ビ
ーム部分を第１経路に沿って指向させ、目標反射ビーム
部分の偏波を更に変更するビーム指向装置５０と、第１
経路において、第１ビーム部分を透過させ、目標反射部
分を第４経路に沿って反射するブルースタ角偏波器７２
と、第２ビーム部分および第４経路における目標反射部
分から合成ビームを生じさせ、第５経路に沿って指向さ
せるビーム合成器７６と、第５経路における合成された
ビームに応答する検出手段６４と、を備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学ビーム指向
（ステアリング）装置を有するレーザ・レーダ・システ
ムに関し、特に２次元フェーズド・アレイ・ビーム指向
装置を用いたレーザ・レーダ・システムに関する。
（ステアリング）装置を有するレーザ・レーダ・システ
ムに関し、特に２次元フェーズド・アレイ・ビーム指向
装置を用いたレーザ・レーダ・システムに関する。
【０００２】
【従来技術】赤外線から紫外線までの全ての波長のレー
ザ・ビームの迅速な大きな角度のポインティングおよび
走査に対して現在非常に差迫った要求がある。このよう
な要求は、目標の探索、捕捉、追跡および監視のため使
用される敏速な高エネルギ・レーザ・ポインティングお
よびレーザ・レーダを必要とするレーザ兵器の如き軍事
的な用途を含む。また、迅速なプログラム可能なビーム
指向を必要とするレーザ光ショーおよびレーザ光印刷の
如き純粋に商業的な要求もある。更に、光演算およびイ
メージ処理の如き軍事的および商業的な両観点に共通の
多くの領域もあり、これは迅速な光アドレス指定動作を
要求する空間的な光変調装置および光データ記憶装置の
迅速な走査を必要とする。これらのケースの大半におい
て、光学系の有効性能に対する障害はビーム指向の領域
にある。
ザ・ビームの迅速な大きな角度のポインティングおよび
走査に対して現在非常に差迫った要求がある。このよう
な要求は、目標の探索、捕捉、追跡および監視のため使
用される敏速な高エネルギ・レーザ・ポインティングお
よびレーザ・レーダを必要とするレーザ兵器の如き軍事
的な用途を含む。また、迅速なプログラム可能なビーム
指向を必要とするレーザ光ショーおよびレーザ光印刷の
如き純粋に商業的な要求もある。更に、光演算およびイ
メージ処理の如き軍事的および商業的な両観点に共通の
多くの領域もあり、これは迅速な光アドレス指定動作を
要求する空間的な光変調装置および光データ記憶装置の
迅速な走査を必要とする。これらのケースの大半におい
て、光学系の有効性能に対する障害はビーム指向の領域
にある。
【０００３】現在利用可能な技術は、一般に、光ビー
ム、特に大きな直径の回折が制限された炭酸ガス（ＣＯ
2）レーザ・レーダ光の迅速な大角度ポインティングお
よび走査に対する要求を満たすほど充分に進歩していな
い。多くのシステムにおいて、今日では光ビーム指向は
回転する光要素を用いて行われる。このようなシステム
は、典型的には検流計（ガルバノメータ）ミラーおよび
無限焦点望遠鏡からなり、性能は約１５２mm（６イン
チ）よりやや小さな直径のビーム、各方向において約５
°の視野、および数千の解像セルおよび数万秒程度の開
ループのランダム・アクセス時間における略々１秒のフ
レーム時間に制限される。レーザ・ビームを処理する能
力は、高出力システムに対して、特にレーザ・レーダ・
システムの多くの軍事用途に対して要求される。約１／
２乃至１ｍの直径程度における比較的大きな視野および
比較的大きな開口が最も重要であり、比較的迅速な走査
時間が多くの用途において要求される。要約すれば、マ
イクロウエーブ・レーダ・システム用として今日広く使
用される回転自在なフェーズド・アレイ・アンテナに対
する差迫った要求が存在する。
ム、特に大きな直径の回折が制限された炭酸ガス（ＣＯ
2）レーザ・レーダ光の迅速な大角度ポインティングお
よび走査に対する要求を満たすほど充分に進歩していな
い。多くのシステムにおいて、今日では光ビーム指向は
回転する光要素を用いて行われる。このようなシステム
は、典型的には検流計（ガルバノメータ）ミラーおよび
無限焦点望遠鏡からなり、性能は約１５２mm（６イン
チ）よりやや小さな直径のビーム、各方向において約５
°の視野、および数千の解像セルおよび数万秒程度の開
ループのランダム・アクセス時間における略々１秒のフ
レーム時間に制限される。レーザ・ビームを処理する能
力は、高出力システムに対して、特にレーザ・レーダ・
システムの多くの軍事用途に対して要求される。約１／
２乃至１ｍの直径程度における比較的大きな視野および
比較的大きな開口が最も重要であり、比較的迅速な走査
時間が多くの用途において要求される。要約すれば、マ
イクロウエーブ・レーダ・システム用として今日広く使
用される回転自在なフェーズド・アレイ・アンテナに対
する差迫った要求が存在する。
【０００４】偏波赤外線を偏向するための静止偏向装置
が、１９８７年１月２７日発行のＪ．−Ｐ．Ｈｕｉｇｎ
ａｒｄ等の米国特許第４，６３９，０９１号により示唆
されている。このＨｕｉｇｎａｒｄ等の偏向装置は、前
部層としてストライプ電極が配置されるウインドウを持
つ層をなした方形板を含む。ウインドウとストライプ電
極は共に入射赤外線に対して透過性である。この偏向装
置の中間層は、電気光学液晶層を含む。底部層は、液晶
層に隣接する共通電極を有する基板を含む。この共通電
極は、ビーム波長において反射性をもつことが望まし
く、例えば金の膜である。あるいはまた、透過により動
作する偏向装置の場合は、透明な後部板を使用すること
ができる。
が、１９８７年１月２７日発行のＪ．−Ｐ．Ｈｕｉｇｎ
ａｒｄ等の米国特許第４，６３９，０９１号により示唆
されている。このＨｕｉｇｎａｒｄ等の偏向装置は、前
部層としてストライプ電極が配置されるウインドウを持
つ層をなした方形板を含む。ウインドウとストライプ電
極は共に入射赤外線に対して透過性である。この偏向装
置の中間層は、電気光学液晶層を含む。底部層は、液晶
層に隣接する共通電極を有する基板を含む。この共通電
極は、ビーム波長において反射性をもつことが望まし
く、例えば金の膜である。あるいはまた、透過により動
作する偏向装置の場合は、透明な後部板を使用すること
ができる。
【０００５】マイクロウエーブ・フェーズド・アレイ・
アンテナ技術におけるＨｕｉｇｎａｒｄ等およびその他
は、ストライプ電極に加えられるＮ個の電圧ステップを
含み、これにより調整自在なビーム回折ゲート動作を生
じるように液晶層における屈折率の局部的な変動を生じ
る周期的は階段状波形を示唆している。
アンテナ技術におけるＨｕｉｇｎａｒｄ等およびその他
は、ストライプ電極に加えられるＮ個の電圧ステップを
含み、これにより調整自在なビーム回折ゲート動作を生
じるように液晶層における屈折率の局部的な変動を生じ
る周期的は階段状波形を示唆している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の動機となった
特定の用途はレーザ・レーダ・システムである。このよ
うなシステムは、直径が１ｍ程度の大きな光ビームの迅
速な機械的でないランダム・アクセス・ポインティング
を提供する光ビーム指向装置を必要とする。ランダム・
アクセス・ポインティングの要件は、２次元に沿ったビ
ームの偏向を必要とする。Ｈｕｉｇｎａｒｄ等は、相互
に９０°をなす制御電極を備えた２つの静止偏向器が組
立てられることを示唆することにより、ビームの２次元
のＸ−Ｙ軸偏向の概念を目的とする。あるいはまた、Ｈ
ｕｉｇｎａｒｄ等は、ストライプ電極ではなく個々にア
ドレス指定可能な点のマトリックスを用いることを示唆
する。
特定の用途はレーザ・レーダ・システムである。このよ
うなシステムは、直径が１ｍ程度の大きな光ビームの迅
速な機械的でないランダム・アクセス・ポインティング
を提供する光ビーム指向装置を必要とする。ランダム・
アクセス・ポインティングの要件は、２次元に沿ったビ
ームの偏向を必要とする。Ｈｕｉｇｎａｒｄ等は、相互
に９０°をなす制御電極を備えた２つの静止偏向器が組
立てられることを示唆することにより、ビームの２次元
のＸ−Ｙ軸偏向の概念を目的とする。あるいはまた、Ｈ
ｕｉｇｎａｒｄ等は、ストライプ電極ではなく個々にア
ドレス指定可能な点のマトリックスを用いることを示唆
する。
【０００７】しかし、レーダ搭載移動体（航空機、ミサ
イル、人工衛星、タンク等）における開口領域が高価な
ため、現在あるレーザ・レーダ・トランシーバは、典型
的には、個々のチャンネルに直交する円偏波を用いるこ
とにより送信機と受信機間で１つの出力開口を多重化し
て使用している。従って、現在周知の液晶フェーズド・
アレイの動作が直線偏波を必要とするため、ビームを指
向させるため１つ以上の液晶アレイを使用する際に問題
が生じる。
イル、人工衛星、タンク等）における開口領域が高価な
ため、現在あるレーザ・レーダ・トランシーバは、典型
的には、個々のチャンネルに直交する円偏波を用いるこ
とにより送信機と受信機間で１つの出力開口を多重化し
て使用している。従って、現在周知の液晶フェーズド・
アレイの動作が直線偏波を必要とするため、ビームを指
向させるため１つ以上の液晶アレイを使用する際に問題
が生じる。
【０００８】本発明の目的は、光学的トランシーバに使
用される２次元のフェーズド・アレイ・ビーム指向装置
の提供にある。
用される２次元のフェーズド・アレイ・ビーム指向装置
の提供にある。
【０００９】本発明の別の目的は、単一開口光学的トラ
ンシーバにおいて使用される２次元の光ビーム指向装置
の提供にある。
ンシーバにおいて使用される２次元の光ビーム指向装置
の提供にある。
【００１０】本発明の更に別の目的は、並列に整合され
た液晶移相要素の直線偏波要件ならびに単一開口レーダ
・システムのトランシーバ・チャンネルの偏波要件を満
たす２次元の光ビーム指向装置の提供にある。
た液晶移相要素の直線偏波要件ならびに単一開口レーダ
・システムのトランシーバ・チャンネルの偏波要件を満
たす２次元の光ビーム指向装置の提供にある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の原理によれば、
光学要素の組合わせが開示される。この組合わせは、第
１および第２の直交する直線偏波の光学放射ビーム（光
ビーム）に応答して第１および第２の実質的に直交する
方向にビームを偏向する第１の偏向手段と、光ビームの
直線偏波の方向を９０°だけ変更する手段とを含む。こ
の組合わせは更に、第１の偏向手段と実質的に同じ第２
の偏向手段と、光ビームの偏波を直線偏波と円偏波の間
で変換する手段とを含む。上記の全ての要素は、共通の
光路に沿って先に述べた状態に配置される。
光学要素の組合わせが開示される。この組合わせは、第
１および第２の直交する直線偏波の光学放射ビーム（光
ビーム）に応答して第１および第２の実質的に直交する
方向にビームを偏向する第１の偏向手段と、光ビームの
直線偏波の方向を９０°だけ変更する手段とを含む。こ
の組合わせは更に、第１の偏向手段と実質的に同じ第２
の偏向手段と、光ビームの偏波を直線偏波と円偏波の間
で変換する手段とを含む。上記の全ての要素は、共通の
光路に沿って先に述べた状態に配置される。
【００１２】本発明の望ましい実施態様によれば、第１
および第２の偏向手段はそれぞれ、第１の直線偏波の第
１の光ビームに応答してこの第１のビームを第１の実質
的に平坦な面で偏向する第１の光ビーム偏向器と、第１
の直線偏波と直角をなす第２の直線偏波の第２の光ビー
ムに応答して第１の平坦面と略々直角をなす第２の実質
的に平坦な面で第２のビームを偏向する第２の光ビーム
偏向器とを含む。
および第２の偏向手段はそれぞれ、第１の直線偏波の第
１の光ビームに応答してこの第１のビームを第１の実質
的に平坦な面で偏向する第１の光ビーム偏向器と、第１
の直線偏波と直角をなす第２の直線偏波の第２の光ビー
ムに応答して第１の平坦面と略々直角をなす第２の実質
的に平坦な面で第２のビームを偏向する第２の光ビーム
偏向器とを含む。
【００１３】更に本発明の望ましい実施態様によれば、
偏波変更手段が典型的に半波長板である偏波回転子を含
み、この偏波変換手段は４分の１波形板を含み、ビーム
偏向手段の各々は、共通電極を持つ第１のウインドウ
と、電気的に絶縁された並列ストライプ形態の多数の電
極を持つ第２のウインドウと、第１および第２のウイン
ドウ間の液晶分子層と、多数のストライプ電極と共通電
極間で多数の制御信号を個々に結合することにより、液
晶層中の屈折率の選択可能な局部変動を生じる手段とを
含んでいる。
偏波変更手段が典型的に半波長板である偏波回転子を含
み、この偏波変換手段は４分の１波形板を含み、ビーム
偏向手段の各々は、共通電極を持つ第１のウインドウ
と、電気的に絶縁された並列ストライプ形態の多数の電
極を持つ第２のウインドウと、第１および第２のウイン
ドウ間の液晶分子層と、多数のストライプ電極と共通電
極間で多数の制御信号を個々に結合することにより、液
晶層中の屈折率の選択可能な局部変動を生じる手段とを
含んでいる。
【００１４】このような構成により、並列に整合された
液晶移相要素の直線偏波要件、ならびに単一開口レーザ
・レーダ・システムのトランシーバ・チャンネルの直交
円偏波要件を許容する、２次元の光ビーム指向装置が提
供される。
液晶移相要素の直線偏波要件、ならびに単一開口レーザ
・レーダ・システムのトランシーバ・チャンネルの直交
円偏波要件を許容する、２次元の光ビーム指向装置が提
供される。
【００１５】本発明の他の特徴および利点については、
望ましい実施態様の以降の詳細な記述、頭書の特許請求
の範囲および添付図面から更によく理解されよう。
望ましい実施態様の以降の詳細な記述、頭書の特許請求
の範囲および添付図面から更によく理解されよう。
【００１６】
【発明の実施の形態】本文に図示実施例として開示され
た発明は、単一開口レーザ・レーダ・システムにおいて
使用される光学サブシステムに関する。この光学サブシ
ステムは、各チャンネルの個別の明確な同一性をその偏
波に対して維持しながら、２つの面内で送受されるビー
ムの偏向を行う。本発明は、各指向軸に対して１つず
つ、２つのトランシーバ・チャンネルの各直交直線偏波
毎に２つずつ、４つの１次元のビーム偏向装置を使用す
る。更に、９０°偏波回転子および４分の１波長板がビ
ーム偏向装置の構成中に含まれ、これら装置およびトラ
ンシーバ・チャンネルの偏波要件を満たす。
た発明は、単一開口レーザ・レーダ・システムにおいて
使用される光学サブシステムに関する。この光学サブシ
ステムは、各チャンネルの個別の明確な同一性をその偏
波に対して維持しながら、２つの面内で送受されるビー
ムの偏向を行う。本発明は、各指向軸に対して１つず
つ、２つのトランシーバ・チャンネルの各直交直線偏波
毎に２つずつ、４つの１次元のビーム偏向装置を使用す
る。更に、９０°偏波回転子および４分の１波長板がビ
ーム偏向装置の構成中に含まれ、これら装置およびトラ
ンシーバ・チャンネルの偏波要件を満たす。
【００１７】一例として、本発明は、一般に前掲のＨｕ
ｉｇｎａｒｄ等の米国特許に示唆された形式のものでよ
いが、特に参考として本文に引用される本発明と同じ譲
受人に譲渡された１９９０年１０月２３日発行のＴ．
Ａ．Ｄｏｒｓｃｈｎｅｒ等の米国特許第４，９６４，７
０１号「光ビームの反射器（Ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ ｆｏ
ｒ ａｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｂｅａｍ）」に開示され記
載された移相要素と似たものである移相要素として液晶
デバイスを使用する。
ｉｇｎａｒｄ等の米国特許に示唆された形式のものでよ
いが、特に参考として本文に引用される本発明と同じ譲
受人に譲渡された１９９０年１０月２３日発行のＴ．
Ａ．Ｄｏｒｓｃｈｎｅｒ等の米国特許第４，９６４，７
０１号「光ビームの反射器（Ｄｅｆｌｅｃｔｏｒ ｆｏ
ｒ ａｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｂｅａｍ）」に開示され記
載された移相要素と似たものである移相要素として液晶
デバイスを使用する。
【００１８】図１において、本発明において使用される
形式の液晶ビーム指向装置が前記Ｄｏｒｓｃｈｎｅｒ等
の米国特許に記載されたビーム指向装置の簡略図である
概略断面図で示される。装置１０は、使用される周波数
範囲において光学的に透過性（透明）であるウインドウ
１２および１４を備えた液晶セルを含む。ウインドウ１
２に対して固定された共通電極１６は、導電性でありか
つ光学的に透明である。ウインドウ１４に対して固定さ
れたまとめて電極１８と呼ばれる電極１８1、１８2、１
８3、、、は、複数の導電性を有し光学的に透明なスト
ライプを含む。ウインドウ１２および１４間のスペース
は、いわゆる「ネマチック」相の、例えば長く薄いロッ
ド状の有機物質分子である液晶分子層２０で充填されて
いる。
形式の液晶ビーム指向装置が前記Ｄｏｒｓｃｈｎｅｒ等
の米国特許に記載されたビーム指向装置の簡略図である
概略断面図で示される。装置１０は、使用される周波数
範囲において光学的に透過性（透明）であるウインドウ
１２および１４を備えた液晶セルを含む。ウインドウ１
２に対して固定された共通電極１６は、導電性でありか
つ光学的に透明である。ウインドウ１４に対して固定さ
れたまとめて電極１８と呼ばれる電極１８1、１８2、１
８3、、、は、複数の導電性を有し光学的に透明なスト
ライプを含む。ウインドウ１２および１４間のスペース
は、いわゆる「ネマチック」相の、例えば長く薄いロッ
ド状の有機物質分子である液晶分子層２０で充填されて
いる。
【００１９】前掲のＤｏｒｓｃｈｎｅｒ等の米国特許
は、層２０の境界における液晶分子を適正に整合させる
ためウインドウ１２および１４の内面上の整合層を使用
することを教示する。液晶セル１０が変更可能な位相遅
延装置として適正に機能するように、液晶分子の適当な
整合は入射光の偏波と平行である。また、液晶分子の望
ましい整合がストライプ電極１８の長手方向エッジと直
角をなすことが判った。この開示内容の残りについて
は、このような望ましい整合が前提とされ、その結果ス
トライプ電極１８の長手方向エッジと直角に整合された
直線偏波を有するビームが加えられる制御電圧に応じて
偏向されることになるが、ストライプ電極１８の長手方
向エッジと平行な直線偏波を有するビームは偏向されず
に液晶セル１０を通過することになる。
は、層２０の境界における液晶分子を適正に整合させる
ためウインドウ１２および１４の内面上の整合層を使用
することを教示する。液晶セル１０が変更可能な位相遅
延装置として適正に機能するように、液晶分子の適当な
整合は入射光の偏波と平行である。また、液晶分子の望
ましい整合がストライプ電極１８の長手方向エッジと直
角をなすことが判った。この開示内容の残りについて
は、このような望ましい整合が前提とされ、その結果ス
トライプ電極１８の長手方向エッジと直角に整合された
直線偏波を有するビームが加えられる制御電圧に応じて
偏向されることになるが、ストライプ電極１８の長手方
向エッジと平行な直線偏波を有するビームは偏向されず
に液晶セル１０を通過することになる。
【００２０】図１の光ビーム移相器１０は、可視光から
遠赤外線までの範囲の偏波光ビーム２２を提供する光源
兼ビーム形成ネットワーク（図示せず）に応答する。本
例では、ビーム２２は、９乃至１１．５マイクロメータ
（μｍ）の範囲内、例えば１０．６μｍである典型的な
波長を持つ赤外線スペクトルに含まれる。一部が光線２
２ａ〜２２ｃで示される光ビーム２２は、光ビーム装置
１０のウインドウ１４に指向される。光ビーム２２は、
ストライプ電極１８により形成される面と直角に入射し
てもよく、あるいは望ましくはストライプ電極１８によ
り形成される面に対する射影が電極１８の長手方向と平
行になるように傾斜して入射してもよい。換言すれば、
ストライプ電極１８の長手方向エッジは、光線２２ａ〜
２２ｃの入射面と平行である。
遠赤外線までの範囲の偏波光ビーム２２を提供する光源
兼ビーム形成ネットワーク（図示せず）に応答する。本
例では、ビーム２２は、９乃至１１．５マイクロメータ
（μｍ）の範囲内、例えば１０．６μｍである典型的な
波長を持つ赤外線スペクトルに含まれる。一部が光線２
２ａ〜２２ｃで示される光ビーム２２は、光ビーム装置
１０のウインドウ１４に指向される。光ビーム２２は、
ストライプ電極１８により形成される面と直角に入射し
てもよく、あるいは望ましくはストライプ電極１８によ
り形成される面に対する射影が電極１８の長手方向と平
行になるように傾斜して入射してもよい。換言すれば、
ストライプ電極１８の長手方向エッジは、光線２２ａ〜
２２ｃの入射面と平行である。
【００２１】整合層と直角をなす電界の印加が、伝播す
る整合層従って遅延に対して偏波が平行である光の速度
に影響を及ぼすことは、配向が上記の如き整合層により
充分に規定される液晶分子の特性である。このため、図
１の簡素化された事例においては、共通電極１６と個々
のストライプ電極１８間の制御電圧発生器２６からの電
位差の印加の結果、個々のストライプ電極１８と共通電
極１６間の領域に差電界を生じ、これにより液晶層２０
における屈折率の局部的な変動を生じる。理解を容易に
するため、限られた数のストライプ電極１８が図１に示
されるが、本発明を実施する実際のビーム指向装置にお
いては、このようなストライプが数千本あり得る。
る整合層従って遅延に対して偏波が平行である光の速度
に影響を及ぼすことは、配向が上記の如き整合層により
充分に規定される液晶分子の特性である。このため、図
１の簡素化された事例においては、共通電極１６と個々
のストライプ電極１８間の制御電圧発生器２６からの電
位差の印加の結果、個々のストライプ電極１８と共通電
極１６間の領域に差電界を生じ、これにより液晶層２０
における屈折率の局部的な変動を生じる。理解を容易に
するため、限られた数のストライプ電極１８が図１に示
されるが、本発明を実施する実際のビーム指向装置にお
いては、このようなストライプが数千本あり得る。
【００２２】簡素化した本例においては、階段状波形２
６ａとして略図的に示される光線２２ａ、２２ｂ、２２
ｃが入射する電極１８に加えられる電位は、出射光２４
ｃに対する最も大きな位相遅れおよび出射光２４ａに対
する最も小さな位相遅れを生じる如きものである。この
ため、光ビーム偏向装置１０から出てくる光ビーム２４
の波面１７は、入射面から偏向される。もし同じ電位が
全ての電極１８に加えられるならば、液晶層２０の屈折
率は均一となり、光ビーム２４は偏向されない。従っ
て、図１の光ビーム偏向装置１０がストライプ電極１８
に対して加えられる電位に従って指向する選択的な光ビ
ームを提供することが判る。
６ａとして略図的に示される光線２２ａ、２２ｂ、２２
ｃが入射する電極１８に加えられる電位は、出射光２４
ｃに対する最も大きな位相遅れおよび出射光２４ａに対
する最も小さな位相遅れを生じる如きものである。この
ため、光ビーム偏向装置１０から出てくる光ビーム２４
の波面１７は、入射面から偏向される。もし同じ電位が
全ての電極１８に加えられるならば、液晶層２０の屈折
率は均一となり、光ビーム２４は偏向されない。従っ
て、図１の光ビーム偏向装置１０がストライプ電極１８
に対して加えられる電位に従って指向する選択的な光ビ
ームを提供することが判る。
【００２３】光ビームの指向の目的のため個々のストラ
イプ電極１８に対して制御電圧信号を加えることは、例
えば、Ｍ．Ｉ．Ｓｋｏｌｎｉｋ監修「Ｒａｄａｒ Ｈａ
ｎｄｂｏｏｋ」第１１章（ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ、ニ
ューヨーク、１９７０年発行）に教示される如き従来の
マイクロウエーブ・レーザ光の指向において用いられる
方法と類似している。例示の波形２６ａに示されるよう
に、スペースにおいて周期的でありかつ最小値と最大値
間の各期間内の電圧段階の連続的進みを有する複数の制
御電圧信号を、多数のストライプ電極１８に対して加え
ることができる。しかし、本発明を周期的である複数の
制御電圧信号にのみ限定する意図はない。
イプ電極１８に対して制御電圧信号を加えることは、例
えば、Ｍ．Ｉ．Ｓｋｏｌｎｉｋ監修「Ｒａｄａｒ Ｈａ
ｎｄｂｏｏｋ」第１１章（ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ、ニ
ューヨーク、１９７０年発行）に教示される如き従来の
マイクロウエーブ・レーザ光の指向において用いられる
方法と類似している。例示の波形２６ａに示されるよう
に、スペースにおいて周期的でありかつ最小値と最大値
間の各期間内の電圧段階の連続的進みを有する複数の制
御電圧信号を、多数のストライプ電極１８に対して加え
ることができる。しかし、本発明を周期的である複数の
制御電圧信号にのみ限定する意図はない。
【００２４】図１に図示するビーム指向装置１０はスト
ライプ電極１８を持つウインドウ１４に入射する光ビー
ム２２に対して伝送モードで動作するが、前記の文献は
このような構成の多くの変更が可能であることを示唆す
る。このような変更の第１の例として、光ビーム２２
は、共通電極１６を有するウインドウ１２に入射し、ウ
インドウ１４から偏向出射してもよい。第２の事例とし
て、共通電極１６は、所望の光学波長で反射してもよ
く、光ビーム２２がウインドウ１４に入射してこれから
偏向出射することになる。第３の事例として、ストライ
プ電極１８は反射性で、光ビーム２２がウインドウ１２
に入射してこれから偏向出射する。（後者の事例では、
さもなければ存在し得る外因的なゲート作用パターンを
最小限に抑えるため電極１８間の狭い間隙を最小限にす
ることができる。）別の事例においては、共通電極１６
および（または）ストライプ電極１８は、液晶層２０か
ら離れてその各々のウインドウ１２、１４の外側に形成
してもよい。最後に、共通電極１６およびストライプ電
極１８の双方は光学的に透明でよく、また装置１０を反
射モードで動作させるように、別の光学的に反射層（図
示せず）をウインドウ１２または１４のいずれか一方に
対向して装置１０に付設することもできる。これらある
いは他の公知の変更例を以下本文に述べる本発明の範囲
に含めるものとする。
ライプ電極１８を持つウインドウ１４に入射する光ビー
ム２２に対して伝送モードで動作するが、前記の文献は
このような構成の多くの変更が可能であることを示唆す
る。このような変更の第１の例として、光ビーム２２
は、共通電極１６を有するウインドウ１２に入射し、ウ
インドウ１４から偏向出射してもよい。第２の事例とし
て、共通電極１６は、所望の光学波長で反射してもよ
く、光ビーム２２がウインドウ１４に入射してこれから
偏向出射することになる。第３の事例として、ストライ
プ電極１８は反射性で、光ビーム２２がウインドウ１２
に入射してこれから偏向出射する。（後者の事例では、
さもなければ存在し得る外因的なゲート作用パターンを
最小限に抑えるため電極１８間の狭い間隙を最小限にす
ることができる。）別の事例においては、共通電極１６
および（または）ストライプ電極１８は、液晶層２０か
ら離れてその各々のウインドウ１２、１４の外側に形成
してもよい。最後に、共通電極１６およびストライプ電
極１８の双方は光学的に透明でよく、また装置１０を反
射モードで動作させるように、別の光学的に反射層（図
示せず）をウインドウ１２または１４のいずれか一方に
対向して装置１０に付設することもできる。これらある
いは他の公知の変更例を以下本文に述べる本発明の範囲
に含めるものとする。
【００２５】本文に述べた液晶セルは（本例に使用され
る液晶ＢＨＤ Ｅ７と類似する）印加電界と平行に整合
する均質に整合される液晶分子を用いるが、印加電界と
直角に整合する反対の異方性の他の種類の均質液晶があ
る。当業者には、本発明の原理に従うビーム指向装置を
形成するようにこれらの他の種類の液晶を取換えて、ビ
ーム偏波および液晶整合層の適当な修正を行うことは明
らかであろう。
る液晶ＢＨＤ Ｅ７と類似する）印加電界と平行に整合
する均質に整合される液晶分子を用いるが、印加電界と
直角に整合する反対の異方性の他の種類の均質液晶があ
る。当業者には、本発明の原理に従うビーム指向装置を
形成するようにこれらの他の種類の液晶を取換えて、ビ
ーム偏波および液晶整合層の適当な修正を行うことは明
らかであろう。
【００２６】図２において、ビーム指向装置１０として
図１に示した形式のものでよいビーム指向デバイス１０
ａおよび１０ｂを含む２次元光ビーム指向装置が示され
る。９０°偏波回転子４０がビーム指向デバイス１０ａ
および１０ｂ間の光路に配置される。本例では、偏波回
転子４０は半波長板として説明され、あるいはツイステ
ッド・ネマチック液晶セルを含むこともできる。
図１に示した形式のものでよいビーム指向デバイス１０
ａおよび１０ｂを含む２次元光ビーム指向装置が示され
る。９０°偏波回転子４０がビーム指向デバイス１０ａ
および１０ｂ間の光路に配置される。本例では、偏波回
転子４０は半波長板として説明され、あるいはツイステ
ッド・ネマチック液晶セルを含むこともできる。
【００２７】デバイス１０ａは、入射する直線偏波光ビ
ーム３２が垂直ストライプ電極１８ａを含むデバイス１
０ａの表面に直角に、あるいはデバイス１０ａのこの面
に対して傾斜して指向され、ストライプ電極１８ａによ
り形成される面に対する射影がストライプ１８ａの方向
と平行になるようにすることが望ましい。もし光ビーム
３２の偏波が整合層と平行であるならば、デバイス１０
ａは、整合層と平行、即ち垂直ストライプ電極１８ａと
直角をなす直線方向に沿ってその出力ビームを指向させ
ることになる。
ーム３２が垂直ストライプ電極１８ａを含むデバイス１
０ａの表面に直角に、あるいはデバイス１０ａのこの面
に対して傾斜して指向され、ストライプ電極１８ａによ
り形成される面に対する射影がストライプ１８ａの方向
と平行になるようにすることが望ましい。もし光ビーム
３２の偏波が整合層と平行であるならば、デバイス１０
ａは、整合層と平行、即ち垂直ストライプ電極１８ａと
直角をなす直線方向に沿ってその出力ビームを指向させ
ることになる。
【００２８】ビーム指向デバイス１０ａから出てくるビ
ームは、偏向されないか（ビーム３４）、あるいは制御
電圧発生器３８から個々の垂直ストライプ電極１８ａに
加えられる制御電圧に従って、左方（ビーム３４ａ）ま
たは右方（ビーム３４ｂ）に偏向される。偏向されない
ビーム３４のみを考えると、このビームは偏波が９０°
回転されるようにその速い軸が配向された半波長板４０
を通過する。このような特定例においては、変換は水平
から垂直の偏波へ行われる 次に、ビーム３４は、水平ストライプ電極１８ｂを含む
デバイス１０ｂの面と直角をなすか、あるいは望ましく
はストライプ電極１８ｂにより形成される面に対するそ
の射影が電極１８ｂの方向と平行になるように、デバイ
ス１０ｂのこの面に対して傾斜するビーム指向デバイス
１０ｂに入射する。もしビーム３４の偏波が整合層と平
行であるならば、デバイス１０ｂはその出力ビームを整
合層に対して平行である、即ち水平ストライプ電極１８
ｂと直角をなす直線方向に沿って偏向させることにな
る。
ームは、偏向されないか（ビーム３４）、あるいは制御
電圧発生器３８から個々の垂直ストライプ電極１８ａに
加えられる制御電圧に従って、左方（ビーム３４ａ）ま
たは右方（ビーム３４ｂ）に偏向される。偏向されない
ビーム３４のみを考えると、このビームは偏波が９０°
回転されるようにその速い軸が配向された半波長板４０
を通過する。このような特定例においては、変換は水平
から垂直の偏波へ行われる 次に、ビーム３４は、水平ストライプ電極１８ｂを含む
デバイス１０ｂの面と直角をなすか、あるいは望ましく
はストライプ電極１８ｂにより形成される面に対するそ
の射影が電極１８ｂの方向と平行になるように、デバイ
ス１０ｂのこの面に対して傾斜するビーム指向デバイス
１０ｂに入射する。もしビーム３４の偏波が整合層と平
行であるならば、デバイス１０ｂはその出力ビームを整
合層に対して平行である、即ち水平ストライプ電極１８
ｂと直角をなす直線方向に沿って偏向させることにな
る。
【００２９】ビーム偏向デバイス１０ｂから出てくるビ
ームは、偏向されないか（ビーム３６）、あるいは制御
電圧発生器３８から個々の水平ストライプ電極１８ｂに
対して印加される制御電圧に従って上方へ（ビーム３６
ａ）、あるいは下方へ（ビーム３６ｂ）偏向させられ
る。
ームは、偏向されないか（ビーム３６）、あるいは制御
電圧発生器３８から個々の水平ストライプ電極１８ｂに
対して印加される制御電圧に従って上方へ（ビーム３６
ａ）、あるいは下方へ（ビーム３６ｂ）偏向させられ
る。
【００３０】本発明の教示によれば、図３は、単一開口
レーザ光トランシーバ・システムにおいて使用される２
次元光ビーム指向を提供する光学的デバイスの構成を示
している。図３の事例の光ビーム指向装置は、図１の典
型的には半波長板４０および４分の１波長板４２を含む
９０°偏波回転子における装置１０として示した形式の
ものでよい４個の１次元液晶ビーム指向デバイス１０
ｃ、１０ｄ、１０ｅおよび１０ｆを含む。これら６個の
光学的要素は、図示の如く１つの光路長に沿って配置さ
れる。本例は、全ての光学的要素１０ｃ〜１０ｆ、４０
および４２を透過型として示し、この場合、これら全て
の要素に共通の１つの光路長は実質的に直線状の線であ
る。あるいはまた、１つ以上の光学的要素１０ｃ〜１０
ｆ、４０および４２を反射型としてもよく、この場合
は、これら全ての要素に共通に単一光路長は複数の個々
の線分となる。
レーザ光トランシーバ・システムにおいて使用される２
次元光ビーム指向を提供する光学的デバイスの構成を示
している。図３の事例の光ビーム指向装置は、図１の典
型的には半波長板４０および４分の１波長板４２を含む
９０°偏波回転子における装置１０として示した形式の
ものでよい４個の１次元液晶ビーム指向デバイス１０
ｃ、１０ｄ、１０ｅおよび１０ｆを含む。これら６個の
光学的要素は、図示の如く１つの光路長に沿って配置さ
れる。本例は、全ての光学的要素１０ｃ〜１０ｆ、４０
および４２を透過型として示し、この場合、これら全て
の要素に共通の１つの光路長は実質的に直線状の線であ
る。あるいはまた、１つ以上の光学的要素１０ｃ〜１０
ｆ、４０および４２を反射型としてもよく、この場合
は、これら全ての要素に共通に単一光路長は複数の個々
の線分となる。
【００３１】上記６個の光学的要素のどの２つ以上の要
素でも１つのラミネート内で接合することができる。全
透過型要素の場合は、６個全ての光学的要素を１つの構
造内に一緒に挟持することもできる。
素でも１つのラミネート内で接合することができる。全
透過型要素の場合は、６個全ての光学的要素を１つの構
造内に一緒に挟持することもできる。
【００３２】ビーム指向装置５０の動作の理解を容易に
するため、図３はビームがビーム指向装置５０の各光学
的要素を通過する前および後にチャンネルの送受双方に
対するビームの偏波の表示を含む。図３の簡素化した図
示においては、ボアサイト上のビームのみが光学系全体
に継続するように示されることが判るであろう。ビーム
の偏向が生じるこれら要素においては、短くした偏向ビ
ーム図が示される。
するため、図３はビームがビーム指向装置５０の各光学
的要素を通過する前および後にチャンネルの送受双方に
対するビームの偏波の表示を含む。図３の簡素化した図
示においては、ボアサイト上のビームのみが光学系全体
に継続するように示されることが判るであろう。ビーム
の偏向が生じるこれら要素においては、短くした偏向ビ
ーム図が示される。
【００３３】最初に伝送（送信）チャンネルについて考
察すると、視準化（コリメート）された水平方向偏波レ
ーザ・ビーム４４が伝送Ｘ軸ビーム指向装置１０ｃに入
射し、その上の複数のストライプ電極１８ｃに印加され
る制御電圧に従って、水平方向に偏向することができ
る。ストライプ電極１８ｄがこの点においてビーム４４
の偏波に対して平行（液晶の整合は入力偏波に対して直
角）に配向されるため、伝送ビーム４４は、受信Ｙ軸ビ
ーム指向装置１０ｄを通過する。
察すると、視準化（コリメート）された水平方向偏波レ
ーザ・ビーム４４が伝送Ｘ軸ビーム指向装置１０ｃに入
射し、その上の複数のストライプ電極１８ｃに印加され
る制御電圧に従って、水平方向に偏向することができ
る。ストライプ電極１８ｄがこの点においてビーム４４
の偏波に対して平行（液晶の整合は入力偏波に対して直
角）に配向されるため、伝送ビーム４４は、受信Ｙ軸ビ
ーム指向装置１０ｄを通過する。
【００３４】次に、伝送ビーム４４は半波長板４０を通
過してその偏波が９０°回転する。ビーム４４は伝送Ｙ
軸ビーム指向装置１０ｅに入射し、複数のストライプ電
極１８ｅに印加される制御電圧に従って垂直方向に偏向
することができる。ストライプ電極１８ｆがこの点でビ
ーム４４の偏波に対して平行に配向されるため、伝送ビ
ーム４４は、受信Ｘ軸ビーム指向装置１０ｆを偏向され
ずに通過する。
過してその偏波が９０°回転する。ビーム４４は伝送Ｙ
軸ビーム指向装置１０ｅに入射し、複数のストライプ電
極１８ｅに印加される制御電圧に従って垂直方向に偏向
することができる。ストライプ電極１８ｆがこの点でビ
ーム４４の偏波に対して平行に配向されるため、伝送ビ
ーム４４は、受信Ｘ軸ビーム指向装置１０ｆを偏向され
ずに通過する。
【００３５】最後に、伝送ビーム４４は４分の１波長板
４２を通過し、これが目標に当たる前に偏波を直線偏波
から円偏波へ変換する。
４２を通過し、これが目標に当たる前に偏波を直線偏波
から円偏波へ変換する。
【００３６】次に、受信チャンネルについて考察すれ
ば、（円偏波された放射ビーム４４とは反対方向の）円
偏波された受信ビーム４６が目標から反射されて４分の
１波長板４２を通過し、これがその偏波を直線に変換す
る。次にビーム４６は受信Ｘ軸ビーム指向装置１０ｆに
入射し、複数のストライプ電極１８ｆに印加される制御
電圧に従って水平方向に偏向することができる。ストラ
イプ電極１８ｅがこの点においてビーム４６の偏波と平
行に配向されるため、受信ビーム４６は、伝送Ｙ軸ビー
ム指向装置１０ｅを偏向されずに通過する。
ば、（円偏波された放射ビーム４４とは反対方向の）円
偏波された受信ビーム４６が目標から反射されて４分の
１波長板４２を通過し、これがその偏波を直線に変換す
る。次にビーム４６は受信Ｘ軸ビーム指向装置１０ｆに
入射し、複数のストライプ電極１８ｆに印加される制御
電圧に従って水平方向に偏向することができる。ストラ
イプ電極１８ｅがこの点においてビーム４６の偏波と平
行に配向されるため、受信ビーム４６は、伝送Ｙ軸ビー
ム指向装置１０ｅを偏向されずに通過する。
【００３７】次に受信ビーム４６は半波長板４０を通過
し、これがその偏波を９０°だけ回転する。ビーム４６
は受信Ｙ軸ビーム指向装置１０ｄに入射し、複数のスト
ライプ電極１８ｄに印加される制御電圧に従って垂直方
向に偏向することができる。ストライプ電極１８ｃがこ
の点においてビーム４６の偏波と平行に配向されるた
め、受信ビーム４６は、伝送Ｘ軸ビーム指向装置１０ｃ
を偏向されずに通過する。
し、これがその偏波を９０°だけ回転する。ビーム４６
は受信Ｙ軸ビーム指向装置１０ｄに入射し、複数のスト
ライプ電極１８ｄに印加される制御電圧に従って垂直方
向に偏向することができる。ストライプ電極１８ｃがこ
の点においてビーム４６の偏波と平行に配向されるた
め、受信ビーム４６は、伝送Ｘ軸ビーム指向装置１０ｃ
を偏向されずに通過する。
【００３８】しかし、層２０の境界における液晶分子の
整合がストライプ電極１８の長手方向エッジに対して平
行である液晶ビーム指向装置１０（図１参照）を動作さ
せることが可能であることが認識されよう。この場合
は、直線偏波がストライプ電極１８の長手方向エッジと
整合されたビームは、印加される制御電圧に応答して偏
向されるが、直線偏波がストライプ電極１８の長手方向
エッジに対して直角であるビームは液晶セル１０を偏向
されずに通過することになる。次に図３において、本例
では半波長板４０が不要であることが判るであろう。伝
送Ｘ軸偏向装置１０ｃおよび受信Ｙ軸偏向装置１０ｄ
は、例示としてそのストライプ電極１８ｃ、１８ｄに対
して直角の液晶整合層を有するが、伝送Ｙ軸偏向装置１
０ｅおよび受信Ｘ軸偏向装置１０ｆはその各々のストラ
イプ電極１８ｅ、１８ｆと平行な液晶整合層を有する。
図３の伝送チャンネル・ビーム４４における偏波は、ど
こでも水平方向であり、受信チャンネル・ビーム４６の
偏波はどこでも垂直方向である。本システムは、他の点
では先に述べたように動作する。
整合がストライプ電極１８の長手方向エッジに対して平
行である液晶ビーム指向装置１０（図１参照）を動作さ
せることが可能であることが認識されよう。この場合
は、直線偏波がストライプ電極１８の長手方向エッジと
整合されたビームは、印加される制御電圧に応答して偏
向されるが、直線偏波がストライプ電極１８の長手方向
エッジに対して直角であるビームは液晶セル１０を偏向
されずに通過することになる。次に図３において、本例
では半波長板４０が不要であることが判るであろう。伝
送Ｘ軸偏向装置１０ｃおよび受信Ｙ軸偏向装置１０ｄ
は、例示としてそのストライプ電極１８ｃ、１８ｄに対
して直角の液晶整合層を有するが、伝送Ｙ軸偏向装置１
０ｅおよび受信Ｘ軸偏向装置１０ｆはその各々のストラ
イプ電極１８ｅ、１８ｆと平行な液晶整合層を有する。
図３の伝送チャンネル・ビーム４４における偏波は、ど
こでも水平方向であり、受信チャンネル・ビーム４６の
偏波はどこでも垂直方向である。本システムは、他の点
では先に述べたように動作する。
【００３９】このため、ビーム指向装置５０は、単一開
口光学系のトランシーバ・チャンネルにおいて使用され
る２次元のビーム指向装置の要件を満たす。伝送ビーム
４４はＸ−Ｙ軸方向に偏向され、その直線偏波は円偏波
へ変換される。ビーム指向装置５０はまた、（伝送ビー
ム４４の反対方向の）円偏波された受信ビーム４６にも
応答して、Ｘ−Ｙ軸の指向を行って入力伝送ビーム４４
と直角方向に関連する直線偏波ビーム４６を出力する。
口光学系のトランシーバ・チャンネルにおいて使用され
る２次元のビーム指向装置の要件を満たす。伝送ビーム
４４はＸ−Ｙ軸方向に偏向され、その直線偏波は円偏波
へ変換される。ビーム指向装置５０はまた、（伝送ビー
ム４４の反対方向の）円偏波された受信ビーム４６にも
応答して、Ｘ−Ｙ軸の指向を行って入力伝送ビーム４４
と直角方向に関連する直線偏波ビーム４６を出力する。
【００４０】この時、ビーム指向装置１０ｃからの偏向
後のビーム指向装置１０ｅにおける伝送ビーム４４の入
射の如き直角でないビームの入射の場合、あるいはビー
ム指向装置１０ｆからの偏向後のビーム指向装置１０ｄ
に対する受信ビーム４６の入射の場合は、後者の装置１
０ｅおよび１０ｄから偏向されたビームの軌跡はそれぞ
れやや円弧面となり、円弧の曲率は入射ビームの法線か
らの偏りの程度の関数であることが判るであろう。この
ため、非直角ビームの入射の場合は、偏向の「面」は正
確には平坦面ではなく、やや湾曲した面となる。このよ
うな非直線性の故に生じる走査の歪みは、制御電圧発生
器において補償することができる。
後のビーム指向装置１０ｅにおける伝送ビーム４４の入
射の如き直角でないビームの入射の場合、あるいはビー
ム指向装置１０ｆからの偏向後のビーム指向装置１０ｄ
に対する受信ビーム４６の入射の場合は、後者の装置１
０ｅおよび１０ｄから偏向されたビームの軌跡はそれぞ
れやや円弧面となり、円弧の曲率は入射ビームの法線か
らの偏りの程度の関数であることが判るであろう。この
ため、非直角ビームの入射の場合は、偏向の「面」は正
確には平坦面ではなく、やや湾曲した面となる。このよ
うな非直線性の故に生じる走査の歪みは、制御電圧発生
器において補償することができる。
【００４１】次に図４において、本発明のビーム指向装
置５０を用いるレーザ・レーダ・システムの一部の要素
および相互接続を示すブロック図が示される。図示され
たレーダ・システムは、電磁エネルギ・ビームを生じる
レーザ６０を含み、このビームが干渉計６２を介して伝
送される。レーザ６０は、要求される用途の要件、本例
では赤外線レンジにおける選択された波長要件を満たす
公知の形式のレーザを含み、望ましい形式は１０．６μ
ｍの遷移と対応する公称動作周波数で回折限度ビームを
生じるＣＯ2レーザである。生成されたレーザ・ビーム
の一部は、干渉計６２により反射され、局部発振ビーム
として使用される。視野内に存在する目標により逆反射
される伝送ビームの一部はホモダイン検出器６４へ送ら
れる。検出器６４を用いて、反射信号を瞬時伝送ビーム
の一部から得られる局部発振信号と混合即ちホモダイン
処理する。レーザ６０がＣＯ2レーザを含む事例におい
ては、検出器６４はテルル化水銀カドミウム（ＨｇＣｄ
Ｔｅ）光起電力検出器でよい。検出器６４の出力はホモ
ダイン処理された信号であり、これは受信機（図示せ
ず）により処理されてうなり周波数信号を除去して増幅
することにより目標の距離および速度をドップラ周波数
シフトを介して検出する。
置５０を用いるレーザ・レーダ・システムの一部の要素
および相互接続を示すブロック図が示される。図示され
たレーダ・システムは、電磁エネルギ・ビームを生じる
レーザ６０を含み、このビームが干渉計６２を介して伝
送される。レーザ６０は、要求される用途の要件、本例
では赤外線レンジにおける選択された波長要件を満たす
公知の形式のレーザを含み、望ましい形式は１０．６μ
ｍの遷移と対応する公称動作周波数で回折限度ビームを
生じるＣＯ2レーザである。生成されたレーザ・ビーム
の一部は、干渉計６２により反射され、局部発振ビーム
として使用される。視野内に存在する目標により逆反射
される伝送ビームの一部はホモダイン検出器６４へ送ら
れる。検出器６４を用いて、反射信号を瞬時伝送ビーム
の一部から得られる局部発振信号と混合即ちホモダイン
処理する。レーザ６０がＣＯ2レーザを含む事例におい
ては、検出器６４はテルル化水銀カドミウム（ＨｇＣｄ
Ｔｅ）光起電力検出器でよい。検出器６４の出力はホモ
ダイン処理された信号であり、これは受信機（図示せ
ず）により処理されてうなり周波数信号を除去して増幅
することにより目標の距離および速度をドップラ周波数
シフトを介して検出する。
【００４２】レーザ６０からのビームは、ビーム・スプ
リッタ７０を介して伝送され、このスプリッタで一部が
局部発振ビームとして使用されるように反射される。こ
のビームの伝送部分はブルースタ角偏波器７２を経てビ
ーム指向装置５０へ送られて伝送ビーム４４のＸ−Ｙ軸
指向を行い、例えば平行即ちｐ−偏波ビームの偏波を例
えば左円偏波へ変化させる。Ｘ−Ｙ軸指向された左円偏
波ビーム４４は、視野内の目標へ送られる。目標からの
反射と同時に、反射ビーム４６の偏波は主として例えば
右円偏波へ変化させられる。次に反射ビーム４６は、ビ
ーム指向装置５０により干渉計６２へＸ−Ｙ軸指向さ
れ、この指向装置もまたその４分の１波長板４２を透過
することにより右円偏波からの例示のビーム偏波を直線
偏波へ変化させる。ビーム指向装置５０から出てくるビ
ーム４６の直線偏波は、ブルースタ角偏波器７２におけ
るビームの入射面と直角をなし、ビームはｓ−偏波され
ると言う。受信されたｓ−偏波ビームは、次にブルース
タ角偏波器７２の面７４によりビーム結合器７６に向け
て反射され、ここでビームは面７８から検出器６４に対
して反射される。
リッタ７０を介して伝送され、このスプリッタで一部が
局部発振ビームとして使用されるように反射される。こ
のビームの伝送部分はブルースタ角偏波器７２を経てビ
ーム指向装置５０へ送られて伝送ビーム４４のＸ−Ｙ軸
指向を行い、例えば平行即ちｐ−偏波ビームの偏波を例
えば左円偏波へ変化させる。Ｘ−Ｙ軸指向された左円偏
波ビーム４４は、視野内の目標へ送られる。目標からの
反射と同時に、反射ビーム４６の偏波は主として例えば
右円偏波へ変化させられる。次に反射ビーム４６は、ビ
ーム指向装置５０により干渉計６２へＸ−Ｙ軸指向さ
れ、この指向装置もまたその４分の１波長板４２を透過
することにより右円偏波からの例示のビーム偏波を直線
偏波へ変化させる。ビーム指向装置５０から出てくるビ
ーム４６の直線偏波は、ブルースタ角偏波器７２におけ
るビームの入射面と直角をなし、ビームはｓ−偏波され
ると言う。受信されたｓ−偏波ビームは、次にブルース
タ角偏波器７２の面７４によりビーム結合器７６に向け
て反射され、ここでビームは面７８から検出器６４に対
して反射される。
【００４３】ビーム・スプリッタ７０の面８０から反射
されたビームの一部、即ち局部発振ビームは、鏡面８２
により２分の１波長板８４を通るように指向され、この
波長板は目標が反射した戻りビームのｓ−偏波と一致す
るようにｐ−偏波された基準ビームの偏波面を回転させ
るため使用される。偏波補正された局部発振ビームは、
次にビーム結合器７６により戻りビームと合成され、光
学的に合成されたビームはレンズ（図示せず）により検
出器６４の感光面８６に対して収束することができる。
されたビームの一部、即ち局部発振ビームは、鏡面８２
により２分の１波長板８４を通るように指向され、この
波長板は目標が反射した戻りビームのｓ−偏波と一致す
るようにｐ−偏波された基準ビームの偏波面を回転させ
るため使用される。偏波補正された局部発振ビームは、
次にビーム結合器７６により戻りビームと合成され、光
学的に合成されたビームはレンズ（図示せず）により検
出器６４の感光面８６に対して収束することができる。
【００４４】送受チャンネルにおけるビームが直角方向
に偏波される故に、一方のチャンネルの指向要素は他方
のチャンネルに対して中立関係になければならないこと
が判るであろう。このため、２つのチャンネルの独立的
な指向が可能となり、従って、例えば遅れ角を補償する
ことができる。
に偏波される故に、一方のチャンネルの指向要素は他方
のチャンネルに対して中立関係になければならないこと
が判るであろう。このため、２つのチャンネルの独立的
な指向が可能となり、従って、例えば遅れ角を補償する
ことができる。
【００４５】本発明の原理は図の例示された構造に特定
して記載したが、本発明の実施において種々の逸脱が可
能であることが認識されよう。本発明の範囲は、本文に
開示された特定構造に限定する意図はなく、頭書の特許
請求の範囲に照らして考えるべきである。
して記載したが、本発明の実施において種々の逸脱が可
能であることが認識されよう。本発明の範囲は、本文に
開示された特定構造に限定する意図はなく、頭書の特許
請求の範囲に照らして考えるべきである。
【図１】１次元におけるビーム指向を行う液晶ビーム偏
向器を示す概略断面図である。
向器を示す概略断面図である。
【図２】図１の液晶ビーム偏向器を備えた２次元のビー
ム指向装置を示す図である。
ム指向装置を示す図である。
【図３】本発明の原理に従って、トランシーバ・チャン
ネル偏波要件を許容する２次元ビーム指向装置を示す図
である。
ネル偏波要件を許容する２次元ビーム指向装置を示す図
である。
【図４】図３のビーム指向装置を含むレーザ・レーダ・
システムを示すブロック図である。
システムを示すブロック図である。
１０ 液晶光ビーム指向装置（光学的ビーム位相シフ
タ） １２ ウインドウ １４ ウインドウ １６ 共通電極 １７ 波面 １８ ストライプ電極 ２０ 液晶分子層 ２２ 偏波光ビーム（２２ａ〜２２ｃ 光線） ２４ 光ビーム（２４ａ、２４ｃ 出射光） ２６ 制御電圧発生器 ３８ 制御電圧発生器 ４０ ９０°偏波回転子（半波長板） ４２ ４分の１波長板 ５０ ビーム指向装置 ５２ 送受信Ｘ−Ｙ軸制御電圧発生器 ６０ レーザ ６２ 干渉計 ６４ ホモダイン検出器 ７０ ビーム・スプリッタ ７２ ブルースタ角偏波器 ７６ ビーム結合器 ８２ 鏡面 ８４ ２分の１波長板 ８６ 感光面
タ） １２ ウインドウ １４ ウインドウ １６ 共通電極 １７ 波面 １８ ストライプ電極 ２０ 液晶分子層 ２２ 偏波光ビーム（２２ａ〜２２ｃ 光線） ２４ 光ビーム（２４ａ、２４ｃ 出射光） ２６ 制御電圧発生器 ３８ 制御電圧発生器 ４０ ９０°偏波回転子（半波長板） ４２ ４分の１波長板 ５０ ビーム指向装置 ５２ 送受信Ｘ−Ｙ軸制御電圧発生器 ６０ レーザ ６２ 干渉計 ６４ ホモダイン検出器 ７０ ビーム・スプリッタ ７２ ブルースタ角偏波器 ７６ ビーム結合器 ８２ 鏡面 ８４ ２分の１波長板 ８６ 感光面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 テリー・エイ・ドーシュナー アメリカ合衆国マサチューセッツ州12159, ニュートン・センター，グレンウッド・ア ベニュー 29
Claims (8)
- 【請求項１】 光学ビームを目標に対して送信し、該光
学ビームの目標反射部分を検出するレーザ・レーダ・シ
ステムにおいて、 第１の経路に沿って光学エネルギ・ビームを生成するレ
ーザと、 前記ビームの第１の部分を前記第１の経路に沿って透過
させて該ビームの第２の部分を第２の経路に沿って反射
するビーム・スプリッタと、 前記第１の経路において、前記ビームの前記第１の部分
を第３の経路に沿って前記目標に向けて指向し、前記第
３の経路に沿って透過された前記ビームの前記第１の部
分の偏波を変更し、前記目標反射ビーム部分を前記第１
の経路に沿って指向させ、前記目標反射ビーム部分の偏
波を更に変更する手段と、 前記第１の経路において、前記第１のビーム部分の偏波
に応答して該第１のビーム部分を透過させ、前記変更手
段により変更された前記目標反射ビーム部分の偏波に応
答して、該目標反射部分を第４の経路に沿って反射する
手段と、 前記第２のビーム部分および前記第４の経路における前
記目標反射部分から合成ビームを生じさせ、該合成ビー
ムを第５の経路に沿って指向させるビーム合成器と、 前記第５の経路における前記合成されたビームに応答す
る検出手段と、を設けてなるシステム。 - 【請求項２】 前記指向および変更手段が、 第１の直線偏波の第１コヒーレント光学放射ビームに応
答して、該第１ビームを第１の実質的平面に偏向させる
第１の光学ビーム偏向器と、 前記第１の直線偏波と直交する第２の直線偏波の第２コ
ヒーレント光学放射ビームに応答して、該第２ビームを
前記第１の平面と実質的に直交する第２の実質的平面に
偏向させる第２の光学ビーム偏向器と、 コヒーレント光学放射ビームの直線偏波を９０°だけ変
換させる第１の手段と、 前記第２の直線偏波の第３コヒーレント光学放射ビーム
に応答して、前記第３ビームを前記第２の実質的平面に
偏向させる第３の光学ビーム偏向器と、 前記第１の直線偏波の第４コヒーレント光学放射ビーム
に応答して、前記第４ビームを前記第１の実質的平面に
偏向させる第４の光学ビーム偏向器と、 コヒーレント光学放射ビームの偏波を直線偏波と円偏波
との間で変換する第２の手段とを含み、 前記要素の全てが共通の光路に沿って記述された順序で
配置される、請求項１記載のレーザ・レーダ・システ
ム。 - 【請求項３】 前記第１の変換手段が９０°偏波回転子
を含む請求項２記載のレーザ・レーダ・システム。 - 【請求項４】 前記偏波回転子が半波長板を含む請求項
３記載のレーザ・レーダ・システム。 - 【請求項５】 前記第２の変換手段が４分の１波長板を
含む請求項２記載のレーザ・レーダ・システム。 - 【請求項６】 前記各偏向手段は、 共通電極を有する第１のウインドウと、電気的に分離さ
れた平行ストライプ形態の複数の電極を有する第２のウ
インドウと、該第１および第２のウインドウ間の液晶分
子層とを含む液晶セル要素と、 複数の制御信号を前記複数のストライプ電極と前記共通
電極間に個々に接続することにより、前記液晶層におけ
る屈折率の選択可能な局部的変化を生じさせる手段と、
を含む請求項２記載のレーザ・レーダ・システム。 - 【請求項７】 前記共通電極が前記光学ビームの波長を
有する光に対して実質的に透過性である請求項６記載の
レーザ・レーダ・システム。 - 【請求項８】 前記複数のストライプ電極が、前記光ビ
ームの波長を有する光に対して実質的に透過性である請
求項６記載のレーザ・レーダ・システム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/621,706 US5126869A (en) | 1990-12-03 | 1990-12-03 | Two-dimensional, phased-array optical beam steerer |
| US621706 | 1990-12-03 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31918091A Division JP3267650B2 (ja) | 1990-12-03 | 1991-12-03 | ２次元フェーズド・アレイ光ビーム指向装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001099933A true JP2001099933A (ja) | 2001-04-13 |
| JP3367940B2 JP3367940B2 (ja) | 2003-01-20 |
Family
ID=24491292
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31918091A Expired - Lifetime JP3267650B2 (ja) | 1990-12-03 | 1991-12-03 | ２次元フェーズド・アレイ光ビーム指向装置 |
| JP2000236855A Expired - Lifetime JP3367940B2 (ja) | 1990-12-03 | 2000-08-04 | フェーズド・アレイ・ビーム指向装置を備えたレーザ・レーダ・システム |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31918091A Expired - Lifetime JP3267650B2 (ja) | 1990-12-03 | 1991-12-03 | ２次元フェーズド・アレイ光ビーム指向装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5126869A (ja) |
| JP (2) | JP3267650B2 (ja) |
| FR (1) | FR2674035B1 (ja) |
| GB (1) | GB2250605B (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| JP2017524918A (ja) * | 2014-06-28 | 2017-08-31 | インテル コーポレイション | ソリッドステートｌｉｄａｒ回路 |
| JP2018072097A (ja) * | 2016-10-27 | 2018-05-10 | パイオニア株式会社 | 測定装置および測定方法 |
| JP2018163214A (ja) * | 2017-03-24 | 2018-10-18 | スタンレー電気株式会社 | 光走査装置 |
| JP2018197678A (ja) * | 2017-05-23 | 2018-12-13 | 株式会社 オルタステクノロジー | 距離測定装置 |
| JP2019020208A (ja) * | 2017-07-14 | 2019-02-07 | 株式会社 オルタステクノロジー | 距離測定装置 |
| KR20190099724A (ko) * | 2018-02-19 | 2019-08-28 | 삼성전자주식회사 | 빔 편향기 및 이를 포함하는 3차원 디스플레이 장치 |
| JP2020511666A (ja) * | 2017-03-20 | 2020-04-16 | ベロダイン ライダー， インク． | 構造化された光及び統合化された照明と検出によるｌｉｄａｒベースの３ｄイメージング |
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| US5650835A (en) * | 1993-09-03 | 1997-07-22 | Hughes Electronics | Reconfigurable optical beam splitter and method |
| US5440654A (en) * | 1993-12-30 | 1995-08-08 | Raytheon Company | Fiber optic switching system |
| GB2286058A (en) * | 1994-01-21 | 1995-08-02 | Sharp Kk | Switchable holographic apparatus |
| US6704474B1 (en) | 1994-05-24 | 2004-03-09 | Raytheon Company | Optical beam steering system |
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