JP2004503753A

JP2004503753A - 対象物の光学的検出と分析のための装置および方法

Info

Publication number: JP2004503753A
Application number: JP2002509798A
Authority: JP
Inventors: ハイグ，ナイジエル・ダグラス
Original assignee: キネテイツク・リミテツド
Priority date: 2000-07-12
Filing date: 2001-06-22
Publication date: 2004-02-05
Also published as: GB2364840A; US20030174333A1; EP1299748A1; GB0016988D0; AU2001274303A1; WO2002004982A1; US6943868B2; TW524983B; CA2415455A1

Abstract

光学システムの検出および分析のための装置である。先行技術のシステムは測距装置から対象物までの距離を測距するためにフォトン散乱の現象を利用する。しかしながら、そのようなシステムからは目標対象物の距離以外に何ら情報を得られない。したがって単一フォトン計数の技術と逆反射の現象を利用して目標光学システムについての情報を供給する装置を提供する。そのような情報は識別の手段を供給するために知られている光学システムに対して分析および比較されてもよい。場合によっては、そのような情報は望遠鏡や顕微鏡のような精密光学機器を製作するときの品質管理の方法として使用されてもよい。

Description

【０００１】
本発明は、光学的検出と分析のための装置に関し、特に、選択した光学システムを識別するための装置に関する。
【０００２】
光ビームはいくらかのエネルギーが転用もしくは変換されるようにあらゆる対象物と相互作用する。対象物が屈折界面で構成されるかまたは反射界面で構成されるかに応じて、そのような相互作用メカニズムは散乱、反射および屈折を含み、それらのすべては光の波長および対象物の物理学的特性に応じてあらゆる所定の光学システム内で効率が異なるであろう。
【０００３】
例えば、散乱の現象はレーダシステムと光学的に等価であるＬＩＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ　Ｄｉｓｔａｎｃｉｎｇ　ａｎｄ　Ｒａｎｇｉｎｇ）、あるいはＬａｓｅｒ　Ｒａｎｇｅ　Ｆｉｎｄｅｒシステム（ＬＲＦ）のような知られている光学的距離測定システムの動作の根底にあるものである。ＬＩＤＡＲ／ＬＲＦシステムでは光パルスがシステムから送り出され、その後、そのシステムが任意の応答信号を待つ。送信と受信の間のインターバルを計時することによって、目標対象物までの距離を算出することができる。そのようなシステムの動作はＭ．Ｉ．Ｓｋｏｌｎｉｋによる「Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｔｏ　Ｒａｄｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍｓ」（ＭｃＧｒａｗ　Ｈｉｌｌ）に網羅されている。
【０００４】
既存のＬＲＦ／ＬＩＤＡＲシステムの問題点は、どれくらい離れているかということ以外にそれらが何ら目標システムに関する情報を提供しないことである。目標物の識別は、例えば偵察および調査の状況において決定的なものであり、それゆえに、測距される光学システムのタイプを識別することができることも光学的距離測定システムにとって望ましい。
【０００５】
光学システムの位置分析は、品質管理の観点から、顕微鏡、望遠鏡などのような複雑な光学システムの製造にもやはり大切である。現在、そのようなシステム内の光学要素の位置は干渉計もしくは変調伝達関数（ＭＴＦ）装置を介して測定されるシステムの光学的性能から推測しなければならない。したがって、構築した光学システム内で光学成分の位置を直接的に測定することのできる装置を有することが望ましいであろう。
【０００６】
目標システムに関するさらなる情報を得るために、上述したものとは他の相互作用メカニズムのうちの１つを活用することは可能である。もしも光学システムが光源によって照明されるならば、いくらかの光は光源に向かって反射で戻される。これは逆反射の現象である。もしも光源と併せて光検出器が使用されるならば、光学システムの存在を検出することができる。
【０００７】
逆反射の生じるシステムの最も単純な範例はありふれた単純な鏡である。逆反射発生器の別の範例は道路に使用される「キャッツアイ」システムである。この装置では、車のヘッドライトから入る光が反射器の表面に焦点集束され、再び外部に逆反射される。
【０００８】
「鏡面化された」反射器の存在は逆反射を発生させるのに必要ではない。光学的波面が屈折率の違いに遭遇すると常に、異なる材料中の光のスピードは異なるので光学的波面はわずかに速度を変える。もしも波面が或る角度で屈折面に遭遇すると、最終的な結果は送信されたビームが屈曲する屈折過程である。しかしながら、相互作用のこの単純な観点は２つの材料の間の界面の不完全性を考慮に入れていない。ほぼ同じ様に電気的なケーブルがそれらの終端にある負荷にインピーダンス整合されることが必要となり、その後、屈折境界部を横切って光波がインピーダンス整合されることが必要となる。屈折境界部に普通に入射する光線の場合については、境界の両側にある材料の屈折率ｎ_１とｎ_２により、入射光のうち次の比率である一定の割合が反射されることがフレネルによって示された。
【数１】

真空／ガラスの遷移（ｎ_１＝１．０００、ｎ_２＝１．５）についてはこの表面反射比率は４．２％であり、したがって逆反射は生じるであろう。言い換えると、もしもガラスまたはプラスティックのシステムが光源によって照明されるならば、目標物に関する情報を得るのに活用できる逆反射がまだあるであろう。
【０００９】
しかしながら、殆どの光学システムはいくつかの種類の構造を有するであろう。例えば、双眼鏡は一連のレンズとプリズムで構成される内部構造を有し、それらのすべてが逆反射を生じさせるであろう。各々の光学表面がそこに入射する照射光のいくぶんかを逆反射するであろうから、様々な光学システムの間で異なる多重逆反射光信号が存在するであろう。したがって、様々な光学システムは様々な「光学的形跡」を有するであろうし、目標の光学システムの特徴を判定するためにその形跡を分析することが可能なはずである。「光学システム」という用語が、一連のガラスレンズから成るシステムを必ずしも称するものでないことに気付くべきである。すなわち、「鏡面化された」表面もしくはガラス／空気遷移部もしくは他のものであれ、一連の反射表面を有する任意のものは光学システムと考えられるべきである。例えば、人間の眼もやはり光学的形跡を発生する。
【００１０】
しかしながら、反射光から「光学的形跡」が抽出される方法は極めて重大であろう。なぜなら、最も単純化された光学システムにおいてでさえ帰還する波面の合成が多重内部反射のせいで極めて複雑になり易いからである。もしもレーザのように高度にコヒーレントな光源が使用されるならば、反射される波面はベクトルとして加算減算され、結果的に干渉パターンにつながる可能性があるであろう（これは、反射された波面が互いに固定された関係を持ち、それゆえに光学的に干渉可能であることを、空間的なコヒーレンスが意味するという事実に起因する）。そのような光学的干渉パターンを「光学的形跡」として使用することを企図すると、光の短い波長に起因する問題に結果的につながるであろう。第１に、光学システムの要素は普通は干渉計として狭い許容誤差で組み立てられる必要性がなく、そのため、同じ製造ラインで連続的に生産される光学システムは異なる形跡を持つであろう。第２に、光の波長は正常な気象条件下の大気を通る光ビームの通過によって誘導される径路差異よりもはるかに小さく、したがって干渉パターンが大気で引き起こされる変動によって圧倒されることはない。
【００１１】
大気の乱流は光学的干渉パターンの構造を急速に壊すであろうけれども、光ビームの一時的なコヒーレンスは大気の影響にかなり非感応的である。これは、光パルス中の光束の効果的な一時的コヒーレンス長が密度バラツキに起因する径路長変化よりもはるかに長いという理由による。したがって、検出器に到達する、光学システムの各々の表面からの逆反射を表わすフォトンの個々のグループの、タイミングに付随する「光学的形跡」が存在するであろう。
【００１２】
目標の光学的視野の構造を解像するために、光源によって発生した光パルスは目標の光学システムに応じて決まる一定のサイズ限度を有するであろう。光が１ナノ秒当たり３０ｃｍ進むことができ、１５ｃｍ離れた（光ビームが出て戻る行程はこの距離が実効的に３０ｃｍであることを意味する）成分を解像することに留意すると、光源は継続時間で１ナノ秒以下の光パルスを発生するであろう。ほぼそのような継続時間もしくはそれ未満の継続時間の光パルスをこれ以降「超短」パルスと称する。記：光学成分はしばしば１５ｃｍよりも近接しているので、数十フェムト秒程度のはるかに短いパルスが必要とされる。
【００１３】
本発明によれば、いくつかの部分的反射表面から成る光学システムを検出および分析するための装置が提供され、
ｉ）複数の（ここで定義したような）超短光源パルスを発生して光学システムに向けて発射するための光発生手段、
ｉｉ）反射された光信号の到着を発射されたパルスの長さ程度の時間的インターバルで識別することのできる、反射光信号の検出のための検出器、
ｉｉｉ）タイミング基準に対する各々の検出反射信号の到着時間が測定できるような前記タイミング基準を提供するように配置される同期パルス発生器手段、
ｉｖ）各々の反射信号の到着と一時的にそれに隣り合う同期パルスとの間の時間的インターバルを算出することができるように配置された信号処理手段を含み、そこでは、
ｖ）装置は、光学システムによって反射され検出器によって収集されるフォトンの光源パルス当たりの平均数が１以下となるように操作され、
ｖｉ）信号処理手段は、算出した時間的インターバルの関数として反射パルスのヒストグラムを生成し、光学システム内の反射表面の相対的空間位置を算出するように配置される。
【００１４】
相応して、本発明によれば、いくつかの部分的反射表面から成る光学システムを検出および分析する方法が提供され、
ｉ）光学システムに向けていくつかの（ここで定義したような）超短光源パルスを発生して発射するステップ、
ｉｉ）光学システムによって反射される光信号を検出するステップ、
ｉｉｉ）一連の同期パルスから成るタイミング基準を発生するステップ、および、
ｉｖ）各々の反射信号の到着と一時的にそれに隣り合う同期パルスとの間の時間的インターバルを算出するステップを含み、
そこでは、
ｖ）上記のステップ（ｉ）は、光学システムによって反射され検出器によって収集されるフォトンの光源パルス当たりの平均数が１以下となるように操作され、前記方法はさらに、
ｖｉ）算出した時間的インターバルの関数として反射信号のヒストグラムを作成するステップ、および、
ｖｉｉ）光学システム内の反射表面の相対的空間位置を算出するステップを含む。
【００１５】
本装置は、目標の光学システムに衝突し、それによって、適切なシステム同期パルスとの相関によって検出器への到着時間が算出され得るいくつかの反射信号を発生する、一連の超短光パルスを発射することで動作する。同期パルスは発射される光パルス自体であってもよいし、または装置の電子装置内の独立したタイミングパルスであってもよい。やがて装置は、各々の検出反射信号と一時的にそれに隣り合う同期パルスとの間の時間的インターバルの関数として反射パルスのヒストグラムを構築するであろう。目標の光学システム内の様々な反射表面からの帰還はそれらの一時的に隣り合う同期パルスからの様々な時間的インターバルによって各々分離されるであろうから、光源表面の空間的分離を算出することができる。
【００１６】
装置内の検出器が多過ぎるフォトンで圧倒されないようにするために、システムは時間相関単一フォトン検出モードで操作される必要がある。すなわち、目標の光学システムによって検出器に反射で戻される各光源パルス中のフォトンの統計的平均数は１以下である必要がある。そのような低いフォトン検出率を達成するために、適切な低パワーの光源が使用される。操作においてこれは、フォトンが検出器に戻される前にいくつかの光源パルスが光学システムと相互作用しなければならない可能性があることを意味する。１０個の光源パルス毎に１つのフォトンが検出されるフォトン検出率が良好な挙動を示すシステムに結果的につながると好都合である。
【００１７】
好都合なことに、もしも光発生手段と検出器が信号処理タイミング回路の開始／停止パルスを供給するように発射光パルスが同期パルスとして使用されるならば、装置は時間的に相関付けされることができる。この方式で、光学システムの反射表面の相対的な分離が単純に導き出され得る。
【００１８】
装置が「逆（ｒｅｖｅｒｓｅ）」時間相関で設定されるときに最大の検出器計数速度が達成されるが、その理由はフォトンが検出されるときのみタイマがトリガをかけられるからである。逆時間相関はデータの「時間反転」につながり、検出器からより遠く離れたところからの帰還であるほど、より長い時間遅延ではなくて、より短い時間遅延が得られる。図３を参照する。図３．１および図３．２は光学システムを分析する本装置の単純化バージョンを示すものである。光発生手段１００は目標物１０２に一連の光パルスを発射し、それらが入射光エネルギーのいくらかを反射して検出器１０４に戻す。目標物は２つの光学素子１０６、１０８を含んで示される。時系列１１０は検出器が「見る」ことを表わす。
【００１９】
図３．１では、装置が第１の表面１０６を検出していることが示される。反射信号が検出器１０４内でフォトン計数事象１１４を発生させ、それが信号処理電子装置（図示せず）内のタイミング回路にトリガをかける開始パルスとなる。このタイミング回路のための停止パルスは、同期パルス１１２を表わす次に発射される光パルスによって供給される。したがって図３．１で、本装置によって測定された時間差が期間１１６として時系列１１０上に示される。
【００２０】
図３．２で、本装置は第２の光学表面１０８を分析している。初期のフォトン計数事象１１４はしたがってさらに時系列を下って現れ、それゆえに開始パルス１１４と停止パルス１１２の間の時間間隔１１８はさらに小さい。言い換えると、光学表面が検出器から遠く離れるほど時間的インターバルが短くなる結果につながる。
【００２１】
もしも光源パルスが継続時間で充分に短く、かつ目標物表面の間の距離が充分に大きいならば、各々の表面は目標物を特徴付けるのに充分な相対的分離を有する分離した帰還を生じるであろう。もしも光源パルスがより長く、かつ／または表面がより接近している場合、帰還はオーバーラップしてより長い包絡線のパルスを生じるであろう。各々の光源帰還の時間的振幅の形状は光源パルスのそれと一致するので、反射された帰還データに適切な数学的逆たたみこみ（ｄｅ−ｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ）モデルを適用することによって包絡線パルスをその個々の成分に分割することができる。立ち上がりエッジの適合化処理、ウェーブレット分析と微分分析はすべてが目標の光学システムの構造を再生するのに適したモデルである。
【００２２】
ＰｉｃｏＱｕａｎｔダイオードレーザのような超短パルスダイオードレーザが光パルスを発生するのに使用できると好都合である。
【００２３】
多くの光学システムは５ミリメートルほどに細かく隔てられた要素を有し、それゆえに光源もまた理想的には、継続時間で１／３０ナノ秒（約３３．３ピコ秒）くらいのパルスを発生できることが好ましい。しかしながら、光源が約５ｍｍで隔てられた個々の表面を解像することのできない場合でさえ、本装置はおそらく充分に機能するであろう。これは、光学システム内の光学成分が成分グループ間の分離に対応するさらに大きな規模の構造を有するであろうという理由による。その上さらに、上述したような逆たたみこみ技術を使用することで目標の光学システムの構造を推測することが可能となるであろう。
【００２４】
光発生手段から連続パルスで生じる反射が検出器に到着するときにオーバーラップしないようにするために、出て行くパルスが最低限の隔たりを有することが好ましい。反射表面の隔たりｚ、連続パルス間の隔たりｙについて、最大値はｙ≧２ｚであるべきである。これはパルス繰り返し率ｆ≦ｃ／２ｚに等しく、ここでｃは光のスピードである。それゆえに光学成分が５ミリメートルで隔てられる場合についてはパルス繰り返し率は３０ＧＨｚよりも小さくなければならない。
【００２５】
信号／ノイズ比が増大されることが可能であり、それにより、太陽光スペクトルのフラウンホーファー吸収線に対応する波長の送信光パルスによってデータ収集速度が促進されると好都合である。
【００２６】
反射されたパルスの検出にとって適切な検出器はダイオード検出器もしくは光増倍管である。高速のインパルス応答時間とできるだけ短い復帰時間（入射光パルスの検出から「復帰する」のに検出器が要する時間的期間）を備えた検出器を選択することが大切である。これら２つの因子の効果の検討は後述する。検出器が時間周期の間に「オフライン」となることから、光学的形跡を構築するために信号処理手段が同期パルスと検出反射信号の間の時間長の関数として反射パルスのヒストグラムを構築することが好ましい。
【００２７】
帰還パルスは、検出器で受けた帰還パルスを目標の形跡が引き出され得る時間の「貯蔵箱」に置くであろう時間／振幅変換器（ＴＡＣ）を使用することによってフェムトからナノ秒程度の極めて短時間のインターバルに分離され得ると好都合である。ＴＡＣからの出力と信号処理電子装置が図式的に表示されて目視による認識を可能にするか、またはさらに好ましくは出力が、知られている目標物形跡の記憶データベースと関連させて形跡を認識することのできる適切なコンピュータプログラム（ソナーシグニチャもしくは薬剤スペクトル写真認識プログラムに類似したもの）によって分析され得る。
【００２８】
検出のスピードは、ラスタ走査するかまたは電荷結合検出器アレイのような代わりの検出器を使用することのいずれかによってはるかに広い視野を装置がカバーするようにすることによって増大され得ると好都合である。
【００２９】
本装置は、もしも所望であれば、いくつかの異なる別個の光周波数の間で周波数飛躍できるように光発生手段を配置することによってさらに隠れたものにすることができる。
【００３０】
記述した本装置は検出、分析および識別をすることができる。本装置を別個の距離測定器と併せて操作することによるか、または第１パルスの論理を使用する送信と検出によるかのいずれかによって光学システムを測距する性能を装置に追加できることが好ましい。
【００３１】
遠隔の光学システムを検出および識別するのに使用されるのと同様に、記述した本装置は望遠鏡もしくは顕微鏡のような精密光学システムで光学素子の位置どりをチェックするのに使用されることもあり得る。すなわち、それは品質管理のために使用されることがあり得る。
【００３２】
ここで本発明の実施形態を、添付の図面を参照して単なる範例の方式で説明する。
【００３３】
図１は本発明について「モノスタティック」構造、すなわちプローブのビーム出力と帰還収集ビームの両方のために単一の光学システムがある構造の範例を示すものである。このモノスタティック構造は後に述べる図で試験および説明される本発明のバージョンである。
【００３４】
図１では、半導体レーザ１が繰り返し率２０ＭＨｚおよび約１ｍＷのパワーレベルで７０ピコ秒のパルスを発射する（使用したレーザ１は６４０ナノメートルの波長を備えたＰｉｃｏＱｕａｎｔ　ＰＤＬ　８００であった）。レーザ１によって生じたプローブビーム３はコリメータレンズ５を通過し、その後、偏光用ビームスプリッタ７を通る。偏光ビームはその後、望遠鏡９を通過し、望遠鏡の対物レンズ１１によって視準化される。最後に、ビームは目標物（図示せず）へ延びる前に１／４波長プレート１３を通過する。
【００３５】
帰還信号１５（反射された外向きパルスで構成される）はもう一度１／４波長プレート１３を通過する。したがって帰還信号１５の偏光は出力プローブビーム３に関して９０°回転され、それがビームスプリッタ７によるプローブビーム３と帰還信号１５の分離を可能にする。ビームスプリッタ７は帰還信号１５を検出器１７へと反射する。
【００３６】
レーザ１はレーザ出力制御器１９によって制御される。レーザ出力制御器１９と検出器１７は目標物の構造を解像するために時間相関フォトン計数の技術を使用するタイミング回路２０に連結される。時間相関計数はよく理解されている技術であり、ここでは検出器１７（したがって帰還信号１５）がタイミング回路のための開始パルスを供給し、レーザ制御器１９が停止パルスを供給する。記：このタイミング技術は、検出器からより離れたところからの帰還信号であるほど、より長い時間遅延ではなくてより短い時間遅延が得られるようなデータ内の時間反転に結果的につながる（図３参照）。
【００３７】
本装置は単一フォトン検出モードで操作され、それゆえに、目標の光学システムを分析するために帰還信号はしばらくの間で集積化されなければならず、それにより時間遅延に対する反射信号のヒストグラムが形成される。目標のシステムの「光学的形跡」を識別するために、これが可視的な分析（図示せず）のために図式的に表示されるかまたはデータが信号処理ユニット２１によって分析されるかのいずれであってもよい。当業者であれば、検出器の復帰時間（すなわち信号を受信した後に検出器が「復帰する」までの間の時間）を短縮することによって、有用な光学的形跡を生じるのに必要な集積化時間が低減するようにシステムが一層高いフォトン計数速度と光源パルス発射速度で動作することを可能にするのを実現するであろう。
【００３８】
図２は本発明のためのバイスタティック構造を示すものであって、そこでは２つの別々の光学システム、送信用の望遠鏡２３と受信用の望遠鏡２５が使用される。この構造はモノスタティック構造と顕著に異なるものではない（図２では図１に示した装置と類似した要素に同様の番号が使用される）が、２つの別々の光学システムを使用することで偏光用のビームスプリッタ、および処理能力および潜在的に信号／ノイズ比を向上させる１／４波長プレートの必要性が取り除かれる。
【００３９】
モノスタティックおよびバイスタティック構造の両方で、レーザ１の光波長を通すように調整された狭帯域フィルタ２７がシステムに追加されて受信ノイズの量を低減することは可能である。
【００４０】
反射光学素子、ホログラフィックフィルタ、グレーティングフィルタ、ファイバフィルタなどのような別の選択肢の要素を使用することで図１および２に示したものと同等の構造が存在することは当業者にとって明らかであろう。その上さらに、図１の１／４波長プレート１３は実際にはビームスプリッタ７の望遠鏡側のどこに置かれてもよい。また、立方体のビームスプリッタが示されていようとも、他の機能的に等価の構造は存在する。
【００４１】
図４は１．２ｋｍの範囲の３つの異なる光学的照準システムの実験的軌跡を示すものである。３つの物体を示すために、目標物の第１の表面が確実に装置から同じ距離であるときの場合について形跡が表示される。第１に、これらの形跡はすべて異なっており、それはそれらが明確にそれぞれの光学素子を識別するのに使用できることを示唆するものである。第２に、ピーク群の分布は光学素子の内部構造を明らかにし（これらのピークが３つのシステムすべてで同じ位置に現れることはないということに留意すべきである）、第３に各々の照準の最初と最後のピーク間の距離は目標物の光学距離長を与える。
【００４２】
図５および６は、現在達成できる結果に理論的結果がどれくらい整合するかを示すものである。図５は標準偏差０．０１ナノ秒を有する検出器で得られる、１１個の別々の光学素子を含む複雑な光学システムから予期される形跡を示す。照準内に存在する１１個の光学表面に起因する効果が加算されて一連のスパイクに似た包絡線を生じる。一方、図６は標準偏差０．１６ナノ秒を有する現在入手できる最良の検出器を使用したときに生じる軌跡を示す。しかしながら、この基盤に拠ってさえ、有用な情報を得ることができる。これは、本システムが光学システム内で異なる光学表面のグループに起因するさらに粗い光学的形跡を検出するからであろう。したがって、操作者もしくは信号処理電子装置が本システムの検出性能を承知している限り、同じレベルで解像する他のシステムに対して有用な比較を達成することができる。
【００４３】
したがって、より速いインパルス応答を備えた検出器が展開されるので本発明の検出能力が向上することは当業者にとって明白となるであろう。
【００４４】
上記で考察したように、信号を個々の成分に分解するために、逆たたみこみ技術を検出した光学形跡に適用することができる。図７は、この場合では立ち上がりエッジ適合化処理を使用して、包絡線信号がいかにうまく逆たたみこみされて光学システム内で４つの個々の光学成分（表面１〜４）を明確化するかを示す。
【図面の簡単な説明】
【図１】
第１の構造（「モノスタティック」構造）によって本発明を示す図である。
【図２】
第２の構造（「バイスタティック」構造）によって本発明を示す図である。
【図３】
時間相関のフォトン計数の過程を図式的に示す図である。
【図４】
様々な目標物に本発明の装置を使用して得られる実験的結果であって、いわば３種類の異なるタイプの光学システムに対して本発明の装置を使用して得た結果の比較を示す図である。
【図５】
様々な目標物に本発明の装置を使用して得られる理論的結果であって、いわば１１個の別々の成分を含む光学システムから超高速検出器で得られる理想的な形跡についての計数値と光学径路の理論的プロットを示す図である。
【図６】
様々な目標物に本発明の装置を使用して得られる実験的結果であって、いわば現在の検出器技術で図６と同じ設定から得られる実際の形跡を示す図である。
【図７】
様々な目標物に本発明の装置を使用して得られる実験的および理論的結果であって、いわば光学的形跡に逆たたみこみ技術を適用した結果を示す図である。

Claims

いくつかの部分的反射表面から成る光学システムを検出および分析するための装置であって、
ｉ）複数の（ここで定義したような）超短光源パルスを発生して光学システムに向けて発射するための光発生手段と、
ｉｉ）反射された光信号の到着を前記発射されたパルスの長さ程度の時間的インターバルで識別することのできる、反射光信号の検出のための検出器と、
ｉｉｉ）タイミング基準に対する各々の検出反射信号の到着時間が測定できるような前記タイミング基準を提供するように配置される同期パルス発生器手段と、
ｉｖ）各々の反射信号の到着と一時的にそれに隣り合う同期パルスとの間の時間的インターバルを算出することができるように配置される信号処理手段とを含み、
ｖ）前記装置は、前記光学システムによって反射され前記検出器によって収集されるフォトンの光源パルス当たりの平均数が１以下となるように操作され、
ｖｉ）前記信号処理手段は、前記算出した時間的インターバルの関数として反射パルスのヒストグラムを生成し、前記光学システム内の反射表面の相対的空間位置を算出するように配置される装置。
前記発射された光パルスが、発射されたパルス／信号と検出されたパルス／信号とが信号処理回路のための開始／停止パルスを供給するように同期パルスとして使用される請求項１に記載の装置。
前記装置が逆時間相関される請求項２に記載の装置。
前記信号処理手段が、前記検出された反射光信号に逆たたみこみアルゴリズムを付加的に適用する請求項１から３のいずれかに記載の装置。
前記光発生手段がパルスレーザダイオードである請求項１から４のいずれかに記載の装置。
前記光パルスの波長がフラウンホーファー波長に対応する請求項１から５のいずれかに記載の装置。
前記検出器が光増倍管である請求項１から６のいずれかに記載の装置。
前記検出器がダイオード検出器である請求項１から７のいずれかに記載の装置。
前記信号処理手段が時間／振幅変換器を含む請求項１から８のいずれかに記載の装置。
前記信号処理手段の出力が、知られている光学的形跡の記憶データベースと関連して目標光学システムの光学的形跡を識別することのできるコンピュータプログラムによって分析される請求項１から９のいずれかに記載の装置。
前記装置が視野をラスタ走査することのできる請求項１から１０のいずれかに記載の装置。
前記検出器が電荷結合検出器アレイを含む請求項１から１０のいずれかに記載の装置。
前記光発生手段が周波数飛躍をすることのできる請求項１から１２のいずれかに記載の装置。
前記装置が測距器と併せて操作される請求項１から１３のいずれかに記載の装置。
いくつかの部分的反射表面から成る光学システムを検出および分析する方法であって、
ｉ）光学システムに向けていくつかの（ここで定義したような）超短光源パルスを発生して発射するステップと、
ｉｉ）前記光学システムによって反射される光信号を検出するステップと、
ｉｉｉ）一連の同期パルスから成るタイミング基準を発生するステップと、
ｉｖ）各々の反射信号の到着と一時的にそれに隣り合う前記同期パルスとの間の時間的インターバルを算出するステップとを含み、
ｖ）上記のステップ（ｉ）は、前記光学システムによって反射され前記検出器によって収集されるフォトンの光源パルス当たりの平均数が１以下となるように操作され、前記方法がさらに、
ｖｉ）算出した時間的インターバルの関数として前記反射信号のヒストグラムを作成するステップ、および、
ｖｉｉ）前記光学システム内の前記反射表面の相対的空間位置を算出するステップを含む方法。