JP3307210B2 - 速度測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は速度測定装置で、
特に光源にコヒーレントＣＷレーザを用いた速度測定装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１２はアレクサンダー・ビンツにより
特公平２−２７２３８２号公報に示された光源にレーザ
を用いた速度測定装置である。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は目
標、４は部分反射鏡、５は光合波器、６はヘテロダイン
検波を行う受信器、７は光分岐器、８は全反射鏡、９は
周波数シフタ、１０は送受光学系である。

【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からのレーザ光２を目標３に向けて放射
する。レーザ光２は部分反射鏡４によりその一部分２ａ
が分岐され、ローカル光として光合波器５を経て、受信
器６へ達する。レーザ光２の残りの部分２ｂは周波数シ
フタ９によりその周波数が中間周波数ｆIFだけシフトさ
れ、光分岐器７を介して、送受光学系１０により目標３
に照射される。目標３から反射散乱されたレーザ光２ｃ
は送受光学系１０で受光され、光分岐器７、全反射鏡
８、光合波器５を経て、信号光として受信器６に達す
る。受信器６はコヒーレント検波を行い、信号光２ｃと
ローカル光２ａのビート信号を出力する。このビート信
号の周波数と中間周波数ｆIFとの差が目標３の速度に比
例する。これにより、目標３の速度を測定することがで
きる。

【０００４】上記のようなレーザ光源を用いた速度測定
装置では、ローカル光２ａがレーザ１から受信器６に至
るまでにかかる時間（τ_L ）と信号光２ｃがレーザ１か
ら目標３を経て受信器６に至るのにかかる時間（τ_s ）
の間には、ほぼラウンドトリップタイム（τ_rt）に対応
した時間差（τ_d ＝τ_s −τ_L ）が生じる。そのため、
レーザ光のスペクトル線幅（△ｆ）が装置が必要とする
速度分解能に対応したドプラ周波数よりも広い光源を用
いたとき、遠距離の目標に対しては信号光とローカル光
の間に時間的コヒーレンスが保てず、装置に必要とされ
る速度分解能や十分なＳ／Ｎ比を確保することができな
かった。

【０００５】大越、菊池等により、半導体レーザ（以
下、ＬＤと呼ぶ）を光源に用いるものが示されているが
（コヒーレント光通信工学、p92-p94 、オーム社、198
9）、上記ビート信号のスペクトルは図１３のようにな
る。上記ビート信号は、近距離の目標に対しては上記時
間差が小さいため、図１３（Ａ）に示すように時間的コ
ヒーレンスが保たれ、ビート信号のスペクトル線幅は線
スペクトルとなり、装置に必要とされる速度分解能や十
分なＳ／Ｎ比を確保することができる。一方、距離の遠
い目標に対しては時間的コヒーレンスが保たれず、時間
的にインコヒーレントな成分がレーザ光源の線幅に応じ
たブロードなスペクトルを成す（図１３（Ｂ））。さら
に遠方の目標に対しては、そのビート信号のスペクトル
線幅は図１３（Ｃ）に示すように上記レーザ光の線幅の
約２倍のブロードなスペクトルとなる。

【０００６】例えば、波長 1.5〔μｍ〕、線幅５〔ＭH
z〕の光源を用いたとき、距離１〜２〔ｍ〕の目標に対
してはビート信号のスペクトルは図１３（Ａ）のように
線スペクトルとなり、１〔cm/s〕（ドプラ周波数13〔ｋ
Hz〕）というような高速度分解能でかつ高Ｓ／Ｎ比の測
定を行うことが可能である。しかし目標の距離が25
〔ｍ〕程度になると、そのビート信号のスペクトル線幅
は図１３（Ｂ）に示すように線スペクトルは指数関数的
に小さくなっていき、Ｓ／Ｎ比はそれに比例して劣化す
る。さらに目標の距離が50〔ｍ〕を超えると、そのビー
ト信号のスペクトル線幅は図１３（Ｃ）に示すように線
幅10〔ＭHz〕のブロードなスペクトルとなり、１〔cm/
s〕（ドプラ周波数13〔ｋHz〕）というような高速度分
解能測定は不可能である。

【０００７】このように装置に必要とされる速度分解能
を満たせなかったり、またＳ／Ｎ比が劣化する欠点があ
るため、従来のレーザ光源を用いた速度測定装置では例
えばＤＦＢ（distribution feed back）−ＬＤといった
安価ではあるが線幅が数〔ＭHz〕と広い光源は近距離の
測定にしか用いることができなかった。距離の遠い目標
に対しては狭線幅でかつ単一波長で発振する固体レーザ
（線幅：数〔ｋHz〕）のような高価な光源を用いる必要
があった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のようにレーザ光
源を用いた速度測定装置では、レーザ光のスペクトル線
幅が比較的広い光源を用いたとき、距離の遠い目標に対
しては信号光とローカル光の間に時間的コヒーレンスが
保たれず、そのビート信号のスペクトル線幅は上記レー
ザ光の線幅の約２倍となる。そのため装置に必要とされ
る速度分解能を満たせない問題や、Ｓ／Ｎ比が劣化する
欠点があった。

【０００９】本発明は上記欠点を解消し、線幅の広い光
源を用いて、安価で、距離の遠い目標の速度を高速度分
解能でかつ高Ｓ／Ｎ比で測定し得る速度測定装置を得る
ことを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明に係る速度測定
装置は、スペクトル線幅の広い単一波長で発振するレー
ザ光源と、当該レーザ光源からのレーザ光を送信光とロ
ーカル光とに分岐する光分岐手段と、光路切替光学系と
送受光学系とを有し、上記送信光を上記光路切替光学系
を通じて上記送受光学系より目標に照射し、当該目標か
らの反射、散乱光を信号光として上記送受光学系で受光
し、上記光路切替光学系を通じて上記信号光を上記送信
光の光路と異なる光路に切り替える送受光学手段と、上
記ローカル光をそれぞれ異なる遅延時間で遅延させる複
数の光遅延素子と、上記複数の光遅延素子の内、上記ロ
ーカル光が通過するただ一つの光遅延素子を選択する光
遅延素子切替手段と、上記送受光学系からの上記送信光
の照射の集光点を上記目標に調整するオートフォーカス
機構と、当該オートフォーカス機構より得られるフォー
カスデータに応じて上記光遅延素子切替手段を制御する
切替制御手段と、当該遅延された上記ローカル光と上記
信号光とを合波する光合波手段と、上記合波された上記
ローカル光及び上記信号光をコヒーレント検波し、上記
目標の速度に比例したドプラ周波数を中心周波数として
持つビートスペクトル信号を出力する光受信手段とを備
え、上記ビートスペクトル信号を線スペクトル信号と成
して、上記光受信手段の出力によって上記目標の速度を
測定することを特徴とするものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】実施の形態１． 図１２との対応部分に同一符号を付けた図１及び図２
は、この発明による速度測定装置の実施の形態１を示
し、図中１１はレーザ光２を分岐する第１の光カプラ、
１２は光サーキュレータ、１３はローカル光２ａを所定
時間遅延させる光遅延線路、１４はローカル光２ａと信
号光２ｃを合波する第２の光カプラである。装置内の各
素子は光ファイバにより結合されている。また図２にお
いて１００は送信光学系、１０１は受信光学系である。
なお図１は光送信手段と光受信手段とを同軸に一つの光
学系に構成した送受光学系１０を用いた実施の形態であ
り、図２は光送信手段と光受信手段とをそれぞれ光送信
光学系１００及び光受信光学系１０１で２軸に構成した
実施の形態であり、その分光サーキュレータ１２が省略
されている。

【００１２】次に図１に基づいて動作を説明する。単一
波長で発振するレーザ光源１からのレーザ光２は、光フ
ァイバ内を伝搬し第１の光カプラ１１により任意の分岐
率でローカル光２ａと送信光２ｂに分岐される。送信光
２ｂは光サーキュレータ１２を介して送受光学系１０か
ら目標３に対して照射される。目標３に照射された送信
光２ｂは目標３において反射、散乱され、その一部が送
受光学系１０により受光される。これにより受光された
反射、散乱光は信号光２ｃとして、再び光ファイバ内を
伝搬し、光サーキュレータ１２を介して第２の光カプラ
１４に導かれる。一方、ローカル光２ａは光遅延線路１
３を通過し、第２の光カプラ１４に入力すされる。ロー
カル光２ａと信号光２ｃは第２の光カプラ１４において
合波され、受信器６においてコヒーレント検波される。
この結果受信器６からは目標３の速度に比例したドプラ
周波数を持つビート信号が出力される。

【００１３】ここで、光遅延線路１３による遅延時間
（△τ）を、ローカル光２ａがレーザ光源１から受信器
６に至るまでにかかる時間（τ_L ）が、信号光２ｃがレ
ーザ光源１から目標３を経て受信器６に至るのにかかる
時間（τ_s ）に等しく、又はその近傍になるように設定
すると、ローカル光２ａと信号光２ｃの間に時間的コヒ
ーレンスを採ることができる。従ってＤＦＢ−ＬＤのよ
うな線幅が広い光源を用いても、ローカル光２ａと信号
光２ｃの間のビート信号のスペクトルは、図１３（Ａ）
について上述したように線スペクトルとなる。これによ
り、目標３の速度を高い速度分解能及び高Ｓ／Ｎ比で測
定することができる。逆に光遅延線路１３によるローカ
ル光２ｂの遅延時間△τを決めると、次の式（１）に示
すように距離Ｒ近傍からの目標からの信号光に対して、
高い速度分解能及び高Ｓ／Ｎ比で測定することができ
る。

【００１４】 Ｒ＝（τ_L0＋△τ−τ_s0）・ｃ／２ ……（１） （但し、τ_L0＝τ_L −△τ、τ_s0＝τ_s −τ_rt、τ_rt：
ラウンドトリップタイム、ｃ：光速度）

【００１５】例えば、光源の波長 1.5〔μｍ〕、線幅５
〔ＭHz〕、τ_L0＝τ_s0となる速度測定装置において、距
離50〔ｍ〕の目標に対して、光遅延線路１３が無ければ
そのビート信号のスペクトル線幅は図１３（Ｃ）に示す
ような線幅10〔ＭHz〕のブロードなスペクトルとなる。
しかしローカル光２ａの光路中にτ_rtに相当する約30
〔μｓ〕の光遅延線路１３を設けると、そのビート信号
のスペクトルは図１３（Ａ）のように線スペクトルとな
り、高速度分解能でかつ高Ｓ／Ｎ比の測定を行うことが
できる。

【００１６】図２は光の送受信を別々の光学系で構成し
た２軸の光学系を用いた例である。送信光２ｂは送信光
学系１００から目標３に対して照射される。目標３に照
射された送信光は目標３において反射、散乱され、その
一部を受信光学系１０１により受光する。これにより受
光された反射、散乱光は信号光２ｃとして、再び光ファ
イバ内を伝搬して直接第２の光カプラ１４に導かれる。
その他動作及びその結果得られる効果は図１に上述した
速度測定装置と同様である。

【００１７】実施の形態２． 図１との対応部分に同一符号を付けた図３は、この発明
による速度測定装置の実施の形態２を示し、図中１５は
時間遅延用の光ファイバである。動作原理は上述した実
施の形態１に等しい。光遅延線路が第１の光カプラ１１
と第２の光カプラ１４の間に入れられた光ファイバ１５
により構成される。光ファイバ１５による遅延時間△τ
は次の式（２）により表される。

【００１８】△τ＝ｎ・ｌ_f ／ｃ ……（２） （但し、ｎ ：光ファイバ１５の屈折率、ｌ_f ：光ファ
イバ１５の長さ）

【００１９】光ファイバ１５の長さを選択することによ
り、任意の距離近傍にある目標からの信号光に対して、
ローカル光２ａとの時間的コヒーレンスを取ることがで
きるので、ＤＦＢ−ＬＤのような線幅が広い光源を用い
ても、目標の速度を高い速度分解能及び高Ｓ／Ｎ比で測
定することができる。光ファイバ１５は取り扱いが容易
であり、60〔mmφ〕程度のボビンに巻くことができるの
で小型に光の光遅延線路を構成できる。

【００２０】実施の形態３． 図１との対応部分に同一符号を付けた図４は、この発明
による速度測定装置の実施の形態３を示し、図中１６
ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄは光遅延線路を構成する全
反射鏡である。図４に基づき動作を説明する。単一波長
で発振するレーザ光源１からのレーザ光２を目標３に向
けて放射する。レーザ光２は部分反射鏡４によりその一
部分が分岐され、ローカル光２ａとして全反射鏡８を経
て、全反射鏡１６ａに入射する。ローカル光２ａは全反
射鏡１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄにより構成される
光遅延線路を通過して△τの時間遅延を受ける。全反射
鏡１６ｄから出射したローカル光２ａは光合波器５を経
て、受信器６へ達する。レーザ光２の残りの部分は送信
光２ｂとして光分岐器７を介して、送受光学系１０によ
り目標３に照射される。目標３から反射、散乱された送
信光は送受光学系１０で受光され、光分岐器７、全反射
鏡８、光合波器５を経て、信号光２ｃとして受信器６に
達する。受信器６はコヒーレント検波を行う。

【００２１】目標３の速度の測定原理は上述した実施の
形態１、２に等しい。この実施の形態３の場合には、光
遅延線路を構成する全反射鏡１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、
１６ｄ間の距離を調整することにより、遅延時間を任意
に選ぶことができる。従って、この構成によりＤＦＢ−
ＬＤのように線幅が広い光源を用いても、目標の速度を
高い速度分解能及び高Ｓ／Ｎ比で測定することができ
る。なお複数の全反射鏡による光遅延線路は、図４との
対応部分に同一符号を付けた図５に示すように構成して
も良い。この場合、全反射鏡１６ａより入射したローカ
ル光２ａが全反射鏡１６ｂ、１６ｃ間で複数回反射し、
全反射鏡１６ｄより出射する。全反射鏡１６ｂ、１６ｃ
間で複数回反射することにより、全体として光遅延線路
を小型化できる。

【００２２】実施の形態４． 図１との対応部分に同一符号を付けた図６は、この発明
による速度測定装置の実施の形態４を示し、図中１７
ａ、１７ｂは光遅延線路切替機構であり、１８₁、１８₂
、……、１８_n はそれぞれ長さの異なる光遅延線路と
なる光ファイバである。光遅延線路用光ファイバ１８
₁ 、１８₂ 、……、１８_n は、それぞれ一端が光遅延線
路切替機構１７ａに、他端が光遅延線路切替機構１７ｂ
に接続されている。

【００２３】次に図６に基づいて説明する。単一波長で
発振するレーザ光源１からのレーザ光２は光ファイバ内
を伝搬し、第１の光カプラ１１により任意の分岐率でロ
ーカル光２ａと送信光２ｂに分岐される。送信光２ｂは
光サーキュレータ１２を介して送受光学系１０から目標
３に対して照射される。目標３に照射された送信光は目
標３において反射、散乱され、その一部が送受光学系１
０により受光される。これにより受光された反射、散乱
光は信号光２ｃとして、再び光ファイバ内を伝搬し、光
サーキュレータ１２を介して第２の光カプラ１４に導か
れる。一方、ローカル光２ａは光遅延線路切替機構１７
ａ、１７ｂにより選択された光遅延線路用光ファイバ１
８₁ 、１８₂ 、……、１８_n の任意の光ファイバ１８_i
を通過し、第２の光カプラ１４に導かれる。ローカル光
２ａと信号光２ｃは第２の光カプラ１４において合波さ
れ、受信器６においてコヒーレント検波される。受信器
６からは目標３の速度に比例したドプラ周波数を持つビ
ート信号が出力される。

【００２４】光遅延線路用光ファイバ１８₁ 、１８₂ 、
……、１８_n はそれぞれ長さが異なり、これにより遅延
時間が異なるように選定されている。それぞれが所望の
測定距離範囲内の距離Ｒ_i （ｉ＝１、２、……、ｎ）近
傍にある目標３からの信号光に対してローカル光の時間
的コヒーレンスを持ち、目標３の速度を高い速度分解能
及び高Ｓ／Ｎ比で測定することができる。光遅延線路切
替機構１７ａ、１７ｂにより時間遅延用光ファイバ１８
₁ 、１８₂ 、……、１８_n から目標３の距離に応じた適
切な遅延時間を持つ光ファイバ１８_i を選択することに
より、全体として所望の測定距離範囲にある目標の速度
を高い速度分解能及び高Ｓ／Ｎ比で測定することができ
る。

【００２５】実施の形態５． 図７はこの発明による速度測定装置の実施の形態５とし
て、速度測定装置の光遅延線路切替機構の構成を示す。
図中１９はローカル光２ａの入力用光ファイバであり、
２０はローカル光２ａの出力用光ファイバであり、２１
ａ、２１ｂは入力用光ファイバ１９と任意の光遅延線路
用ファイバ１８_i を結合する第１の光ファイバコネク
タ、２２ａ、２２ｂは出力用光ファイバ２０と任意の光
遅延線路用ファイバ１８_i を結合する第２の光ファイバ
コネクタである。

【００２６】速度測定装置全体としての動作の原理は、
上述した実施の形態４の速度測定装置と等しい。すなわ
ち第１の光ファイバコネクタ２１ａ、２１ｂ及び第２の
光ファイバコネクタ２２ａ、２２ｂは常に同一の光遅延
線路用ファイバ１８_i にそれぞれ入力用光ファイバ１９
及び出力用光ファイバ２０を結合するように連動して動
くようになされている。従って目標の距離又は測定対象
の距離に適した光遅延線路用ファイバ１８_i を結合する
ように、第１の光ファイバコネクタ２１ａ、２１ｂ及び
第２の光ファイバコネクタ２２ａ、２２ｂを操作する。
これにより、簡単な構成で所望の測定距離範囲にある目
標の速度を高い速度分解能及び高Ｓ／Ｎ比で測定するこ
とができる。

【００２７】実施の形態６． 図８はこの発明による速度測定装置の実施の形態６とし
て、速度測定装置の光遅延線路切替機構の構成を示す。
図中２３、２４は第１及び第２の光スイッチ、２５は第
１及び第２の光スイッチを制御する遅延時間制御回路で
ある。速度測定装置全体としての動作の原理は、上述し
た実施の形態４の速度測定装置に等しい。すなわち入力
用光ファイバ１９は第１の光スイッチ２３の入力ポート
に、出力用光ファイバ２０は第２の光スイッチ２４の出
力ポートに結合される。

【００２８】時間遅延用光ファイバ１８₁ 、１８₂ の両
端はそれぞれ第１の光スイッチ２３の出力ポート及び第
２の光スイッチ２４の入力ポートに結合される。第１及
び第２の光スイッチ２３、２４は常にローカル光２ａが
入力用光ファイバ１９から出力用光ファイバ２０へ通過
するように連動して遅延時間制御回路２５により制御さ
れる。遅延時間制御回路２５は目標の距離又は測定対象
の距離に適した光遅延線路用ファイバをローカル光２ａ
が通過するように第１及び第２の光スイッチ２３、２４
を操作する。これにより、簡単な構成で所望の測定距離
範囲にある目標の速度を高い速度分解能及び高Ｓ／Ｎ比
で測定することができる。

【００２９】このような光スイッチ２３、２４にはＬｉ
ＮｂＯ₃ 基板上に構成された電気光学効果を利用した導
波路型光スイッチ、ファラデー回転子と偏光子からなる
ファラデー効果を用いた光スイッチ等が利用できる。ま
た図８においては１×２の光スイッチを用いたが１×ｎ
の光スイッチを用い、ｎ個の時間遅延用光ファイバを用
いても良い。

【００３０】実施の形態７． 図４との対応部分に同一符号を付けた図９は、この発明
による速度測定装置の実施の形態７を示す。図中２６
ａ、２６ｂは光遅延線路切替機構、２７、２８、２９、
３０は光遅延線路を構成する第１、第２、第３、第４の
全反射鏡である。図９に基づき動作を説明する。単一波
長で発振するレーザ光源１からのレーザ光２を目標３に
向けて放射する。レーザ光２は部分反射鏡４によりその
一部分が分岐され、ローカル光２ａとして全反射鏡８を
経て、第１の全反射鏡２７に入射する。ローカル光２ａ
は全反射鏡２７、２８、２９、３０により構成される光
遅延線路を通過して時間遅延を受ける。全反射鏡３０か
ら出射したローカル光２ａは光合波器５を経て、受信器
６へ達する。レーザ光２の残りの部分は送信光２ｂとし
て光分岐器７を介して、送受光学系１０により目標３に
照射される。目標３から反射、散乱されたレーザ光は送
受光学系１０で受光され、光分岐器７、全反射鏡８、光
合波器５を経て、信号光２ｃとして受信器６に達する。
受信器６はコヒーレント検波を行う。

【００３１】目標３の速度の測定は、上述した実施の形
態３に等しい。光遅延線路を構成する第２の全反射鏡２
８、第３の全反射鏡２９を光遅延線路切替機構２６ａ、
２６ｂにより任意の位置に移動させることにより、遅延
時間を任意に選ぶことができる。第２の全反射鏡２８、
第３の全反射鏡２９を２８₁ 、２９₁ の位置に選定した
とき、所望の測定距離範囲の最短距離に応じた遅延時間
を、２８_n 、２９_n の位置にしたとき、所望の測定距離
範囲の最長距離に応じた遅延時間をとるものとする。こ
れにより、所望の測定距離範囲にある目標の速度を高い
速度分解能及び高Ｓ／Ｎ比で測定することができる。

【００３２】実施の形態８． 図１０はこの発明による速度測定装置の実施の形態８と
して、速度測定装置の光遅延線路切替機構の構成を示
す。図中３１は光遅延線路内を通過するローカル光、３
２は第１の可動式全反射鏡、３３、３４は第１、第２の
全反射鏡、３５は第２の可動式全反射鏡である。動作の
原理は実施の形態４に等しい。光遅延線路を通過するロ
ーカル光３１は第１の可動式全反射鏡３２により第１、
第２の全反射鏡３３、３４に入力され、２つの全反射鏡
３３、３４間で複数回の全反射を行い、最後には第２の
可動式全反射鏡３５により出力される。第１の可動式全
反射鏡３２と第２の可動式全反射鏡３５の角度と位置を
動かすことにより、ローカル光３１が第１、第２の全反
射鏡３３、３４間で行う全反射の回数を調整することが
できる。ただし、光遅延線路を通過するローカル光３１
が常に光合波器５により信号光２ｃと合波され受信器６
でヘテロダイン検波されるように、第１の可動式全反射
鏡３２と第２の可動式全反射鏡３５の角度と位置は動か
される。

【００３３】以上により、第１、第２の全反射鏡３３、
３４及び第１の可動式全反射鏡３２、第２の可動式全反
射鏡３５で構成される光遅延線路の遅延時間を任意に選
択することができる。かくして、所望の測定距離範囲に
ある目標の速度を高い速度分解能及び高Ｓ／Ｎ比で測定
することができる。またこの実施の形態８では第１及び
第２の反射鏡３３、３４を固定していたが、第１及び第
２の反射鏡３３、３４をも連動させて動かしても良く、
この場合同様の効果が得られかつより遅延時間を大きく
変化させることができる。

【００３４】実施の形態９． 図６との対応部分に同一符号を付けた図１１は、この発
明による速度測定装置の実施の形態９を示す。図中３６
は送受光学系の集光点距離を調整するオートフォーカス
機構であり、３７は光遅延線路切替調整装置である。

【００３５】次に図に基づいて説明する。単一波長で発
振するレーザ光源１からのレーザ光２は光ファイバ内を
伝搬し、第１の光カプラ１１により任意の分岐率でロー
カル光２ａと送信光２ｂに分岐される。送信光２ｂは光
サーキュレータ１２を介して送受光学系１０から目標３
に対して照射される。オートフォーカス機構３６によ
り、送受光学系１０からの送信光が目標３の距離近傍で
集光点を取るように送受光学系１０のフォーカスが調整
される。目標３に照射された送信光は目標３において反
射、散乱され、その一部が送受光学系１０により受光さ
れる。

【００３６】これにより、受光された反射、散乱光は信
号光２ｃとして、再び光ファイバ内を伝搬し、光サーキ
ュレータ１２を介して第２の光カプラ１４に導かれる。
一方、ローカル光２ａは光遅延線路切替機構１７ａ、１
７ｂにより選択された光遅延線路用光ファイバ群１８
₁ 、１８₂ 、……、１８_n の任意の光ファイバ１８_i を
通過し、第２の光カプラ１４に入力する。このとき選択
される光ファイバ１８_iはオートフォーカス機構３６か
ら得られる目標３の距離情報を用いて光遅延線路切替調
整機構３７において決定される。ローカル光２ａと信号
光２ｃは第２の光カプラ１４において合波され、受信器
６においてコヒーレント検波される。受信器６からは目
標３の速度に比例したドプラ周波数を持つビート信号が
出力される。

【００３７】単一波長で発振するレーザを光源に用い、
コヒーレント検波により目標の速度を測定する速度測定
装置においては目標上に送信光を集光させるように送受
光学系のフォーカスを調整させたときに最も高いコヒー
レント検波効率を得られることが分かっている。従っ
て、オートフォーカス機構３６により、送受光学系１０
からの送信光を目標３の距離近傍で集光させることによ
り、高効率な測定が行われる。またこのときのフォーカ
スの調整量より、目標３の距離情報を得ることができ
る。

【００３８】この場合速度測定の手順は以下のように行
う。（１）オートフォーカス機構３６により、送受光学
系１０からの送信光２ｂが目標３の距離近傍で集光点を
取るように送受光学系のフォーカスを調整する。（２）
フォーカスの調整量より得られる目標３の距離情報よ
り、最も適した遅延時間を持つ光遅延線路１８_i を選択
する。（３）受信器６から出力される信号光２ｃとロー
カル光２ａのビート信号より目標３の速度を算出する。
以上の構成と手順により、線幅の広いレーザ光源を用い
て、所望の測定距離範囲にある目標の速度をすばやく、
高い速度分解能及び高Ｓ／Ｎ比で測定することができ
る。

【００３９】実施の形態１０． なお上述した実施の形態２から実施の形態９において、
レーザ光の送信手段と受信手段に同軸の送受光学系を用
いた例を示しているが、図２について上述した実施の形
態１と同様に送信光学系１００と受信光学系１０１より
なる２軸の光学系を用いても良い。その際も動作の原理
や効果は上述の実施の形態２から実施の形態９と同様の
ものを得ることができる。

【００４０】また実施の形態１、２、４、５、６、９に
おいては、第１の光カプラ１１から送受光学系１０に送
信光２ｂを送る手段及び送受光学系１０から第２の光カ
プラ１４に信号光２ｃを送る手段として光サーキュレー
タ１２を用いているが、光サーキュレータ１２に代え、
同様の作用を行う光カプラなどの光分岐器を用いても、
上述の実施の形態１、２、４〜６、９と同様の効果を得
ることができる。

【００４１】さらに上述の実施の形態３、７、８におい
ては、反射鏡として全反射鏡を用いているが、全反射鏡
に代え任意の反射率を有する反射鏡を用いても、上述の
実施の形態３、７、８とと同様の効果を得ることができ
る。

【００４２】

【発明の効果】以上のようにこの発明の速度測定装置に
よれば、スペクトル線幅の広い単一波長で発振するレー
ザ光源と、当該レーザ光源からのレーザ光を送信光とロ
ーカル光とに分岐する光分岐手段と、光路切替光学系と
送受光学系とを有し、上記送信光を上記光路切替光学系
を通じて上記送受光学系より目標に照射し、当該目標か
らの反射、散乱光を信号光として上記送受光学系で受光
し、上記光路切替光学系を通じて上記信号光を上記送信
光の光路と異なる光路に切り替える送受光学手段と、上
記ローカル光をそれぞれ異なる遅延時間で遅延させる複
数の光遅延素子と、上記複数の光遅延素子の内、上記ロ
ーカル光が通過するただ一つの光遅延素子を選択する光
遅延素子切替手段と、上記送受光学系からの上記送信光
の照射の集光点を上記目標に調整するオートフォーカス
機構と、当該オートフォーカス機構より得られるフォー
カスデータに応じて上記光遅延素子切替手段を制御する
切替制御手段と、当該遅延された上記ローカル光と上記
信号光とを合波する光合波手段と、上記合波された上記
ローカル光及び上記信号光をコヒーレント検波し、上記
目標の速度に比例したドプラ周波数を中心周波数として
持つビートスペクトル信号を出力する光受信手段とを備
え、上記ビートスペクトル信号を線スペクトル信号と成
して、上記光受信手段の出力によって上記目標の速度を
測定することを特徴とするので、任意の距離にある目標
の速度を、レーザ光のスペクトル線幅が広いレーザ光源
を用いても、高速度分解能かつ高Ｓ／Ｎ比で測定し得る
速度測定装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明による速度測定装置の実施の形態１
の構成を示すブロック図である。

【図２】 図１の速度測定装置の他の構成を示すブロッ
ク図である。

【図３】 この発明による速度測定装置の実施の形態２
の構成を示すブロック図である。

【図４】 この発明による速度測定装置の実施の形態３
として複数の全反射鏡でなる光遅延線路を有する構成を
示すブロック図である。

【図５】 図４の速度測定装置の他の構成を示すブロッ
ク図である。

【図６】 この発明による速度測定装置の実施の形態４
として光遅延線路切替機構の構成を示すブロック図であ
る。

【図７】 この発明による速度測定装置の実施の形態５
として光遅延線路切替機構の構成を示すブロック図であ
る。

【図８】 この発明による速度測定装置の実施の形態６
として光遅延線路切替機構の構成を示すブロック図であ
る。

【図９】 この発明による速度測定装置の実施の形態７
の構成を示すブロック図である。

【図１０】 この発明による速度測定装置の実施の形態
８として光遅延線路切替機構の構成を示すブロック図で
ある。

【図１１】 この発明による速度測定装置の実施の形態
９の構成を示すブロック図である。

【図１２】 従来の速度測定装置の構成を示すブロック
図である。

【図１３】 線幅の広いレーザ光源を用いたときのロー
カル光と信号光のビート信号のスペクトルの説明に供す
るスペクトル分布図である。

【符号の説明】

１ レーザ光源 ２ レーザ光 ２ａ、３１ ローカル光 ２ｂ 送信光 ２ｃ 信号光 ３ 目標 ４ 部分反射鏡 ５ 光合波器 ６ 受信器 ７ 光分岐器 ８ 全反射鏡 ９ 周波数シフタ １０ 送受光学系 １１、１４ 光カプラ １２ 光サーキュレータ １３ 光遅延線路 １４ 第２の光カプラ １５、１８₁ 、１８₂ 、……、１８_n 、１９、２０ 光
ファイバ １６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ、３３、３４ 全反射
鏡 １７ａ、１７ｂ 光遅延線路切替機構 ２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂ 光ファイバコネクタ ２３、２４ 光スイッチ ２５ 遅延時間制御回路 ２６ａ、２６ｂ 光遅延線路切替機構 ２７、２８、２９、３０ 全反射鏡 ３２、３５ 可動式全反射鏡 ３６ オートフォーカス機構 ３７ 光遅延線路切替調整装置 １００ 送信光学系 １０１ 受信光学系

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−131764（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−147800（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−71187（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−1915（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01S 7/48 - 7/51 G01S 17/00 - 17/95 G01P 3/36 G01B 11/00 - 11/30 G01C 3/00 - 3/32

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スペクトル線幅の広い単一波長で発振す
   るレーザ光源と、当該レーザ光源からのレーザ光を送信
   光とローカル光とに分岐する光分岐手段と、光路切替光
   学系と送受光学系とを有し、上記送信光を上記光路切替
   光学系を通じて上記送受光学系より目標に照射し、当該
   目標からの反射、散乱光を信号光として上記送受光学系
   で受光し、上記光路切替光学系を通じて上記信号光を上
   記送信光の光路と異なる光路に切り替える送受光学手段
   と、上記ローカル光をそれぞれ異なる遅延時間で遅延さ
   せる複数の光遅延素子と、上記複数の光遅延素子の内、
   上記ローカル光が通過するただ一つの光遅延素子を選択
   する光遅延素子切替手段と、上記送受光学系からの上記
   送信光の照射の集光点を上記目標に調整するオートフォ
   ーカス機構と、当該オートフォーカス機構より得られる
   フォーカスデータに応じて上記光遅延素子切替手段を制
   御する切替制御手段と、当該遅延された上記ローカル光
   と上記信号光とを合波する光合波手段と、上記合波され
   た上記ローカル光及び上記信号光をコヒーレント検波
   し、上記目標の速度に比例したドプラ周波数を中心周波
   数として持つビートスペクトル信号を出力する光受信手
   段とを備え、上記ビートスペクトル信号を線スペクトル
   信号と成して、上記光受信手段の出力によって上記目標
   の速度を測定することを特徴とする速度測定装置。