JP4096823B2 - レーザ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、レーザ光源から出力されたレーザ光を外部空間に向けて出射する、もしくは外部空間から受光したレーザ光を受信するレーザ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レーザ光を外部空間に出力して測距を行うレーザ装置として、ジンバル上に撮像装置と距離を測定するレーザ測距器を備えて、目標体の画像内の位置と画像中心との間の誤差角度を算出する画像処理装置と、誤差角度に基づいてジンバル制御信号を出力する追尾演算装置と、ジンバル制御信号に従ってジンバルを駆動制御するジンバル制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−１３２９３５
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のレーザ装置は、ジンバルに搭載されたレーザ測距器の指向方向を駆動制御することによって、レーザ光の外部空間への出射方向、もしくはレーザ光の外部空間からの入射方向を、所望の方向に指向させている。
【０００５】
しかしながら、ジンバルを用いて駆動制御する場合、ジンバルの指向方向が所望の方向に設定されるまでの間、ジンバルの駆動に時間遅れが生じるという問題があった。
【０００６】
この発明は、係る課題を解決するために為されたものであり、レーザ光の出射方向、または入射方向を、より短時間で所望の方向に指向させるレーザ装置を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明によるレーザ装置は、レーザ光を出力するレーザ光源と、一端と他端の間でレーザ光を伝送する複数の光ファイバと、前記レーザ光源と前記複数の光ファイバの一端との接続を切替える光スイッチと、前記複数の光ファイバの他端側に夫々結合され、当該光ファイバを伝送されたレーザ光を外部空間に出力する複数のレンズとを備え、前記複数のレンズの光軸は、互いに指向方向が異なるように配置されたものである。
【０００８】
また、この発明によるレーザ装置は、レーザ光を受信するレーザ受信器と、一端と他端の間でレーザ光を伝送する複数の光ファイバと、前記レーザ受信器と前記複数の光ファイバの一端との接続を切替える光スイッチと、前記複数の光ファイバの他端側に夫々結合され、外部空間からの入射光を受光する複数のレンズとを備え、前記複数のレンズの光軸は、互いに指向方向が異なるように配置されたものである。
【０００９】
また、この発明によるレーザ装置は、連続光を出力するレーザ発振器と、変調信号を発生する信号発生器と、前記信号発生器の出力信号に基づいてレーザ発振器からの連続光を変調する光変調器と、前記光変調器の出力光を増幅する光増幅器と、目標からの反射光を前記変調信号に基づいて受信光を変調する光ミクサと、一端と他端の間でレーザ光を伝送する複数の光ファイバと、前記複数の光ファイバの夫々の一端に接続された光スイッチと、前記光増幅器から出力されたレーザ光を前記光スイッチに分配し、前記光スイッチから出力される目標からの反射光を前記光ミクサに分配する光サーキュレータと、前記光ミクサの出力信号に基づいて受信データ信号を出力する光受信器と、前記複数の光ファイバの他端と夫々結合され、外部空間にレーザ光を出力するか、もしくは外部空間からの入射光を受光する複数のレンズとを備え、前記光スイッチは、前記光サーキュレータと前記複数の光ファイバの一端との接続を切替え、前記複数のレンズの光軸は、互いに指向方向が異なるように配置されたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるレーザ装置の構成を示す図であり、図２は、レーザ装置を搭載した航空機の視界を示す図である。
図１において、レーザ装置１は、分散開口部２（２ａ〜２ｆ）、レーザ送受信部３、信号処理部４、電源部５で構成され、航空機６に搭載されている。分散開口部２は、航空機６の胴体７の表面に複数個、例えば６つ配置される。図に示す例では、胴体７の前面を向いて分散開口部２ａが１つ配置され、胴体７の後方面を向いて分散開口部２ｂが１つ配置され、胴体７の右上面を向いて分散開口部２ｃが１つ配置され、胴体７の左上面を向いて分散開口部２ｄが１つ配置され、胴体７の右下面を向いて分散開口部２ｅが１つ配置され、胴体７の左下面を向いて分散開口部２ｆが１つ配置されている。分散開口部２は、後述するように、レーザ光を外部空間に出射する、もしくは外部空間から入射するレーザ光を受信するための、レーザ光の入出力用の開口を形成している。
【００１１】
レーザ送受信部３、信号処理部４、および電源部５は、航空機６の胴体７の中央部（例えば、操縦席後方）に、夫々隣接して配置され、夫々が少なくとも１つのユニットで構成されている。各分散開口部２とレーザ送受信部３とは、後述する光ファイバによって接続されている。レーザ送受信部３と、信号処理部４および電源部５は、後述する電気信号ケーブルによって接続されている。
【００１２】
図２（ａ）は、航空機６の視界を上下前後方向に９０°×９０°の角度で分割し、分散開口部２の開口面を構成した場合の、開口面の配置例を示している。すなわち、航空機の視界を、立方体を構成する６面（前面、後面、右上面、左上面、右下面、左下面）で表現している。ここで、分散開口部２は、夫々の開口面がこの６面の何れかの方向を向くように配置されており、全て（６つ）の分散開口部２によって、この６面全てを覆うように航空機の胴体７の表面に分散配置されている。これによって、分散配置された分散開口部２（２ａ乃至２ｆ）の６つの開口面を全て接合することによって、航空機６の周囲の全周面（全球面）を覆うようにレーザ光を出力することができる。
【００１３】
図２（ｂ）は、図２（ａ）をＩ方向、すなわち航空機６の前方から見た分散開口部２の開口面の配置を示す図である。分散開口部２ｃ乃至２ｆは、図のように航空機６の視界の右上面、左上面、右下面、左下面を開口面とするように、９０°間隔で配置されている。
【００１４】
図３は、この発明の実施の形態１によるレーザ装置の構成を示すブロック図である。なお、図中図１と同一符号のものは同一相当のものを示す。図において、レーザ送受信部３は、レーザ光源であるレーザ送信器１０、レーザ受信器１１で構成される。
【００１５】
レーザ送信器１０の光出力端は、光ファイバ１３ａの一端に接続される。レーザ送信器１０は、電気信号ケーブル２０を介して、信号処理部４から変調信号Ｓｏが入力される。レーザ送信器１０は、変調信号Ｓｏに応じて変調されたレーザ光を出力し、光ファイバ１３ａへ入力する。光ファイバ１３ａの他端は光サーキュレータ１７の入力ポートに接続される。光サーキュレータ１７の入出力ポートは、光ファイバ１３ｂの一端に接続されて、光ファイバ１３ｂの他端は光スイッチ１２の入出力ポート５１に接続される。光サーキュレータ１７の出力ポートは、光ファイバ１３ｃの一端に接続され、光ファイバ１３ｃの他端はレーザ受信器１１の光入力端に接続される。光サーキュレータ１７は、入力ポートに入力されたレーザ光を入出力ポートに出力し、入出力ポートに入力されたレーザ光を出力ポートに出力する。
【００１６】
レーザ受信器１１は、光ファイバ１３ｃを伝送されたレーザ光を受信し、電気信号ケーブル２０を介して信号処理部４から入力される変調信号Ｓｏにより、上記レーザ光に再び強度変調を与えた後、レーザ光を光電気変換して受信データ信号Ｓｉを出力する。この出力された受信データ信号Ｓｉは、電気信号ケーブル２０を介して信号処理部４に入力される。光スイッチ１２の入出力ポート５２（５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ、５２ｅ、５２ｆ）は、光ファイバ１４（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ）の一端に接続される。光ファイバ１４の他端は、分散開口部２に設けられたレーザ開口部１５に接続される。光スイッチ１２は電気信号ケーブル２０を介して信号処理部４に接続される。また、ここでは、レーザ受信器１１に変調信号Ｓｏを入力するとして説明しているが、変調信号Ｓｏに遅延をかけた信号をレーザ受信器に入力してもよい。電気信号ケーブル２０は、変調信号Ｓｏ、受信データ信号Ｓｉ、切替え信号（後述する）を夫々独立に伝送できるように、複数本の信号ケーブルで構成されている。
【００１７】
分散開口部２は、レーザ開口部１５に隣接してカメラ１６を備えている。レーザ開口部２、およびカメラ１６は電気信号ケーブル１８の分散開口部側端末に接続され、電気信号ケーブル１８の他の端末（信号処理部側端末）は信号処理部４に接続される。信号処理部４は、電気信号ケーブル１９を介して表示器２１に接続される。電源部５は、信号処理部４、レーザ送信器１０、レーザ受信器１１、表示器２１に電源を供給する。また、図示していないが、電源部５は、レーザ開口部１５のカメラ１６、および後述する光学系に接続されて、夫々に所要の電源を供給する。この際、光学系としては、ウエッジプリズム（６６ａ、６６ｂ）を駆動するアクチュエータ、および光スイッチ１２、６１を夫々駆動するマイクロアクチュエータに対して、電源供給が為される。
【００１８】
レーザ開口部１５は、分散開口部２に搭載されて、胴体７の表面に分散配置される。レーザ開口部１５は、レーザ光をレーザ装置の周囲の外部空間に出射する、またはレーザ装置の周囲の外部空間からレーザ光を入射する。レーザ開口部１５は、後述するレンズを含む光学系で構成され、その光学系の光軸はレーザ開口部１５毎に異なる方向を向いている。
【００１９】
なお、図の例では、レーザ開口部１５の光軸の角度が異なることを示すために、光軸方向を３６°間隔で示したが、上述したように図１の例に照らして考えると、夫々の光軸方向は９０°間隔になるように配置されている。
【００２０】
レーザ送信器１０から出射されたレーザ光は、光ファイバ１３ａ、１３ｂにより伝送されて光スイッチ１２に入力される。光スイッチ１２は、入出力ポート５２ａ乃至５２ｆの何れか一つを選択して、夫々の入出力ポートの対応する光ファイバ１４（１４ａ〜１４ｆの何れか）の一端に、レーザ光を入力する。光ファイバ１４の他端は、入力されたレーザ光を分散開口部２（２ａ〜２ｆの何れか）に伝送し、伝送されたレーザ光は分散開口部２から周囲の外部空間に出射される。
【００２１】
分散開口部２から外部空間に出射されたレーザ光が外部の特定の物体に照射されると、このレーザ光は当該物体の表面（反射点）で反射されて、その反射光の一部は分散開口部２に再び戻り、分散開口部２の開口面内に入射する。分散開口部２に入射したレーザ光は、光ファイバ１４ａ〜１４ｆ、光スイッチ１２、光ファイバ１３ｂ、光サーキュレータ１７および光ファイバ１３ｃを順に伝送されて、レーザ受信器１１に入射する。
【００２２】
カメラ１６は、レーザ装置１の周囲の外部空間からの電磁波（例えば赤外線、紫外線、または可視光線）を受信し、画像信号に変換して出力する。夫々のカメラ１６の視軸は互いに異なる方向を向いている。図２の例に照らして考えると、カメラ１６の画角を９０°×９０°として、互いに直交する（立方体の）６方向に視軸を向けた場合には、分散配置された６つのカメラで全周の視界を得ることができる。また、このときのカメラの画角を少し大きくして、夫々のカメラ１６の画角の端が重なるように設置すれば、カメラ１６の設置角度にずれが生じた場合にも、全周の視界を得ることができる。なお、レーザ開口部１５の光軸は、カメラ１６の視野内に入る位置関係にある。
【００２３】
図４（ａ）は、分散開口部２の詳細な構成を示す斜視図である。
図において、円筒形状の容器５１の中に、波長変換器５２、レーザ開口部１５、カメラ１６が収容されている。容器５１の円筒の端面を塞ぐ上蓋５５には、レーザ開口部１５と対向して光学窓５３が設けられる。また、上蓋５５には、カメラ１６と対向して光学窓５４が設けられる。容器５１の端面に上蓋５５を取り付けることにより、上蓋５５は、容器５１の底面からの厚みを１０ｍｍ以下に抑えることが可能であって、容器５１を航空機に取り付ける際には、分散開口部の設置高さを、航空機の胴体表面とほぼ同じ高さ、もしくは胴体表面からの突出高さが１０ｍｍ以下となるように設置することができる。
【００２４】
波長変換器５２は容器５１の底面に配置され、光ファイバ１４と電気信号ケーブル１８が接続されている。波長変換器５２の上部にはレーザ開口部１５が接続される。レーザ開口部１５の基準軸Ｂ０は容器５１の円筒軸に一致するように、レーザ開口部１５が配置されている。レーザ開口部１５の周囲にはカメラ１６が近接して配置され、容器５１の内筒とレーザ開口部１５の外筒の間に挟まれている。レーザ開口部１５とカメラ１６は容器５１内に収容されて共通の構造体に固定される。この構成によって、レーザ開口部１５の基準軸とカメラ１０の視軸を精度良く合わせることができるとともに、振動環境下や温度環境下における両軸間のズレ量を低減できる。
【００２５】
図４（ｂ）は、図４（ａ）のカメラ１６の内部構成を示したものである。
カメラ１６は波長の異なる２つのカメラ１６ａ、１６ｂが配置されている。光学窓５４から受信した電磁場は、分離板３００で、カメラ１６ａに感度のある電磁場とカメラ１６ｂに感度のある電磁場に分離される。カメラ１６ａに感度のある電磁場は分離板３００を透過し、カメラ１６ａに入射する。カメラ１６ｂに感度のある電磁場は、分離板３００で反射し、ミラー３０１で反射した後、カメラ１６ｂに入射する。これによって、カメラ１６は２つの異なる波長の画像を取得することができる。なお、カメラ１６として、更に波長の異なる複数のカメラを用いても良いし、１つだけのカメラで構成しても良いことは言うまでもない。
【００２６】
カメラ１６は、赤外領域に感度のあるもので構成されるのが好ましい。これによって、レーザ光の出射先、またはレーザ光の入射先の熱画像を取得でき、発熱する目標を容易に抽出できる。また、カメラ１６がレーザ光の波長帯に感度を有するならばレーザ光を照射した領域の輝度が高くなるので、カメラ１６で撮影される画像がより明瞭となる。特に、この場合には、レーザイルミネータとして動作させることができる。また、カメラ１６に波長の異なる複数の種類のカメラを用いることによって、カメラ１６で捉えた像からの複数波長の照度比情報を得ることができる。照度比情報は、例えば、カメラ１６ａで撮像される画像の照度Ａと、カメラ１６ｂで撮像される画像の照度Ｂとの比である、Ａ／Ｂによって得ることができる。
【００２７】
図５はレーザ開口部１５のより詳細な構成を示す図である。同図では図示を簡略化するためにフェルール保持部材６４、ウエッジプリズム６６ａ、６６ｂの断面を図示している。図において、レーザ開口部１５は、波長変換器５２と、波長変換器５２に接続された光スイッチ６１と、光スイッチ６１と接続されたレーザ出力部６０が設けられている。レーザ出力部６０は、光スイッチ６１、光ファイバ６２、フェルール６３、フェルール保持部材６４、レンズ６５、ウエッジプリズム６６ａ、６６ｂで構成される。レンズ６５、ウエッジプリズム６６ａ、６６ｂは光学系を構成する。
【００２８】
波長変換器５２の一端は、光ファイバ１４の他端に接続される。波長変換器５２の他端は、光ファイバ６７の一端に接続される。光ファイバ６７の他端は、光スイッチの入出力ポート６１ａに接続される。光スイッチ６１の入出力ポート６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ、６１ｅ、６１ｆ、６１ｇは、夫々光ファイバ６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ、６２ｅ、６２ｆ、６２ｇの一端に接続される。光スイッチ６１の切替によって、いずれかのフェルール６３が選択されて、光ファイバ６７と光接続される。光ファイバ６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ、６２ｅ、６２ｆ、６２ｇの他端は、夫々フェルール（光ファイバ端末）６３に接続されている。フェルール６３の軸線は、フェルール保持部材６４に固定されている。フェルール保持部材６４は部分球面を成す曲面形状を有しており、フェルール保持部材６４の部分球面の曲率中心には、レンズ６５の中心（あるいは主点）が配置される。フェルール６３の軸線とフェルール保持部材６４の曲率中心を繋ぐ直線が、所定の角度の間隔θｆで配置されるように、フェルール６３はフェルール保持部材６４の部分球面に配置されている。
【００２９】
図５の例では、フェルール６３ａとフェルール６３ｂの成す角度は、フェルール６３ｂとフェルール６３ｃの成す角度と同一になる。また、同図の例では、フェルール保持部材６４の部分曲面の曲率中心を通る断面内においてフェルールを７つ配置しており、各フェルールが１５°間隔で配置されている。すなわち、同断面内の両端のフェルール６３ａおよびフェルール６３ｇが夫々曲率中心を繋ぐ直線と成す角度は、９０°以上になっている。また、各フェルール６３から出力されるレーザ光は１５°の間隔で出力される。
【００３０】
なお、レンズ６５は、単レンズでも複レンズでも良く、レンズ設計によって適宜最適なものを選択すれば良い。レンズ６５は対物レンズを有して構成される。また、フェルール保持部材６４の曲面形状は、放物線や楕円等の二次曲面形状であっても良い。この場合、レンズ６５の中心（あるいは主点）は二次曲面の焦点に配置される。
【００３１】
ウエッジプリズム６６ａ、６６ｂは、レーザ光の入出力面を成す楕円形の斜面と円形の平面とが両端に配置される。ウエッジプリズム６６ａの台形断面の斜面はレンズ６５と対向し、ウエッジプリズム６６ａとウエッジプリズム６６ｂの台形断面の平面が相対するように配置される。ウエッジプリズム６６ｂの台形断面の斜面は、光学窓５３と対向するように配置される。ウエッジプリズム６６ａとウエッジプリズム６６ｂは、平面の中心が回転軸６８に一致するように配置され、回転軸６８を回転中心として夫々回転自在に支持されている。ウエッジプリズム６６ａおよびウエッジプリズム６６ｂは、夫々独立して図示しないアクチュエータによって回転角を調整できる。かくして、ウエッジプリズム６６ａとウエッジプリズム６６ｂの回転角を夫々調整することによって屈折方向を偏向し、入力光に対するレーザ光の出力方向を偏向することができる。これによって、レーザ開口部１５の基準軸Ｂ０に対してレーザ光の出力方向（指向方向）の成す角度を、所望の偏向角度θｍに設定することができる。
【００３２】
例えば、図５の例において、レーザ光が、光スイッチ６１の選択したフェルール６３ｆから出力され、ウエッジプリズム６６ａの斜面が上向きの最大傾斜角度で固定されるケースを考える。この場合、ウエッジプリズム６６ａの斜面に対してウエッジプリズム６６ｂの斜面の成す角度が最大になるようにハの字型に配置されるときは、レーザ光がフェルール６３ｇに平行な方向に出力される。ウエッジプリズム６６ａの斜面に対してウエッジプリズム６６ｂの斜面が平行になるように配置されるときは、レーザ光がフェルール６３ｆに平行な方向に出力される。
【００３３】
次に、レーザ光が、光スイッチ６１の選択したフェルール６３ｂから出力され、ウエッジプリズム６６ａの斜面が上向きの最大傾斜角度で固定されるケースを考える。この場合、ウエッジプリズム６６ａの斜面に対してウエッジプリズム６６ｂの斜面の成す角度が最大になるようにハの字型に配置されるときは、レーザ光がフェルール６３ａに平行な方向に出力される。ウエッジプリズム６６ａの斜面に対してウエッジプリズム６６ｂの斜面が平行になるように配置されるときは、レーザ光がフェルール６３ｂに平行な方向に出力される。
【００３４】
このように、図５の例では、ウエッジプリズム６６ａ、６６ｂによって偏向される角度範囲θｄは、０°乃至±１５°の範囲となる。すなわち、少なくとも隣接したフェルール６３間の角度θｆ（図の例では１５°）の間を連続的に繋ぐように、光スイッチ６１の選択したフェルール６３に対応する偏向角度θｍを中心として、角度範囲θｄの範囲でレーザ光の出力方向の微調整が可能である。
【００３５】
勿論、製造上の誤差を考慮して、角度範囲θｄを０°乃至２θｆ（図の例では３０°）の範囲に設定しても良いが、角度範囲θｄが大きくなるにつれてウエッジプリズムの口径が大きくなり装置が大型化する、あるいはウエッジプリズムの傾斜角度が大きくなって角度精度が劣化する。なお、ウエッジプリズムを用いてレーザ光の指向方向を偏向させる技術は、通常実施されているものであるが、この実施の形態１のように、光スイッチ６１およびフェルール６３と組み合わせることによって、レーザ光の指向方向を変化させるものは知られていない。
【００３６】
図６は、波長変換器５２の構成を示す図である。光ファイバ１４を伝送されたレーザ光は、光ファイバ１４の他端面から出射され、レンズ７１によって、非線形光学部７０に入力される。非線形光学部７０は、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）もしくは光パラメトリック増幅器（ＯＰＡ）を構成して、波長変換を行う。非線形光学部７０を透過した波長変換されたレーザ光（波長変換光）は、集光レンズ７２によって集光されて光ファイバ６７の一端面に入射され、光ファイバ６７内を伝送される。
【００３７】
非線形光学部７０が光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）を構成する場合は、光ファイバを伝送されたレーザ光が波長変換されて、波長の異なるシグナル光とアイドラ光が出力される。このため、非線形光学部７０は、例えばＬｉＮｂＯ３、ＫＴＰなどのバルク非線形結晶で、レーザ光とシグナル光、アイドラー光のそれぞれの波長に対して伝搬速度が一致するような条件（位相整合条件）を満たすように結晶軸方位を設定したものを１つもしくは複数配置する、もしくは、これら結晶に対し周期毎にレーザ光とシグナル光、アイドラー光のそれぞれの波長に対して伝搬速度が疑似的に一致するような条件（疑似位相整合条件）を満たすように結晶の軸方位を周期的に反転させた、ＰＰＬＮ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃ ＰｏｌｅｄＬｉＮｂＯ３） 、ＰＰＫＴＰ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃ Ｐｏｌｅｄ ＫＴＰ）などのバルク疑似位相整合非線形光学結晶を１つもしくは複数配置する。特に、ＭｇＯを添加したＰＰＬＮは、変換効率、ダメージ耐力の点で優れているのが知られており、ここでは適している。また、バルクでは無く、導波路型の非線形光学結晶を用いれば、光強度を増大させ、高い変換効率が得られるため、有効であることは言うまでもない。そして、この非線形光学結晶の両端側でレーザ共振させるように、非線形光学結晶の両端側に鏡面を配置する、もしくは非線形光学結晶の両端に反射膜を形成する。非線形光学部７０が光パラメトリック増幅器（ＯＰＡ）を構成する場合は、レーザ送信器１０において波長の異なる２波長のレーザ光として、シグナル光とポンプ光を発生する。光ファイバ１３ａ、１３ｂ、および１４を伝送されたシグナル光とポンプ光は、非線形光学部７０で増幅もしくは波長変換されて、増幅されたシグナル光と、波長変換されたアイドラ光とが出力される。この際、光ファイバ１３ａ、１３ｂ、および１４は、何れも一対の光ファイバで構成されて、波長毎に対応した光ファイバでレーザ光が伝送されるように構成しても良い。これについては、実施の形態２で詳細を説明する。このように、光ファイバ１４までは、光ファイバ１４内を高効率で透過する波長でレーザ光を伝送し、レーザ開口部１５内のレーザ出力部６０の直前で所望の波長のレーザ光に変換するため、レーザ光の光ファイバ１４内の損失を抑えることができる。
【００３８】
図７は、レーザ送信器１０およびレーザ受信器１１および光サーキュレータ１７の構成を示す図である。レーザ送信器１０は、レーザ発振器８０、変調器８１、ドライバ回路８２、および光増幅器８３を備えて構成される。
レーザ発振器８０は、半導体レーザ８０ａ、レンズ８０ｂ、ファイバレーザ発振器８０ｄ、光ファイバ８０ｃを備えて構成される。半導体レーザ８０ａは光出力強度が一定になるように、電流値の調整されたバイアス電流Ｉｂが供給される。半導体レーザ８０ａは、このバイアス電流が供給されて、波長λ０２で光強度が一定の連続レーザ光（励起光）を出力し、レンズ８０ｂで集光される。レンズ８０ｂを透過した励起光は、ファイバレーザ発振器８０ｄに入射されて、ファイバレーザ発振器内に添加された希土類元素のエネルギー状態を高め、波長λ２（例えば１．５５μｍ）の連続レーザ光（ＣＷレーザ）を光ファイバ８０ｃに出力する。なお、ファイバーレーザ発振器８０ｄの詳細については、実施の形態２においても後述する。
また、ここでは、雑音の小さいファイバレーザをレーザ発振器８０として説明しているが、半導体レーザそのものをレーザ発振器８０として用いても良い。
【００３９】
変調器８１は、光ファイバ８０ｃを伝送されたＣＷレーザが入力される。この入力光は、光ファイバ８０ｃを伝送されて変調器８１に入力される。変調器８１は、例えば導波路型のＬＮ変調器を用いて構成される。ＬＮ変調器は、ＬｉＮｂＯ３ （リチウムナイオベート）（ＬＮ）結晶の表面にチタン（Ｔｉ）金属が拡散されて導波路が形成されている。光ファイバ８０ｃを介して入力される入力光は、入力導波路８１ｇを通り、Ｙ分岐８１ｃによって等量の光に分岐されて、導波路８１ａと導波路８１ｂへ出力される。これら導波路へ入力された光は、導波路８１ａ、８１ｂの近傍に夫々設けられた変調電極へ端子８１ｅまたは端子８１ｆから印加される信号に応じて、それぞれの光位相が変調される。次いで、夫々光位相が変調された光はＹ合波８１ｄによって合成され、位相の異なるレーザ光の干渉によって光強度の変化を受けた波長λ１の変調光となって、出力導波路８１ｈを介して光ファイバ８３ａの一端に出力される。ここでは、変調器８１としてＬＮ変調器の説明を行ったが、レーザ光強度を変調可能な、使用可能な光変調器として、音響光学光変調器や、電界吸収型半導体変調器などを用いても良い。
【００４０】
ドライバ回路８２は、周波数変調された変調電圧信号Ｖｍと、バイアス信号Ｖｂを発生する。変調器８１は、ドライバ回路８２から出力された変調電圧信号Ｖｍが端子８１ｅから印加される。また、変調器８１は、ドライバ回路８２から出力されたバイアス信号Ｖｂが端子８１ｆから印加される。ドライバ回路８２は変調信号Ｓｏが供給され、差動増幅器の動作によって、振幅の調整された変調電圧信号Ｖｍを出力する。
【００４１】
光増幅器８３は、ポンプレーザ発振器８４、光結合器８３ｂ、および光ファイバ増幅器８５で構成されて、光ファイバ８３ａを伝送された信号光を増幅させる。ポンプレーザ発振器８４は、光強度が一定の波長λ２のポンプ光（励起光）を発生し、光ファイバ８３ｄに出力する。光結合器８３ｂは、光ファイバ８３ｄを伝送されたポンプ光と、光ファイバ８３ａを伝送された波長λ１の信号光を結合し、光ファイバ増幅器８５の一端に出力する。光ファイバ増幅器８５は、光ファイバのコアの部分に増幅作用を起こす物質（エルビウム）や屈折率を調整する物質（ゲルマニウム、アルミニウム等）を添加させ、このコア部にエネルギーを与えるポンプ光と増幅される信号光を注入して伝搬させることで、信号光を増幅させる。光ファイバ増幅器８５の他端は光ファイバ１３ａに接続され、光ファイバ１３ａの一端に増幅された信号光が入力される。
【００４２】
光ファイバ１３ａを伝搬された信号光は、光サーキュレータ１７に入力される。光サーキュレータ１７は、レーザ送信器１０からの出力をレーザ開口部２から外部空間に出力するとともに、外部の反射点で反射されてレーザ開口部２を通して戻ってきた受信したレーザ光（受信光）を光ファイバ１３ｃへ入力する。
【００４３】
光ファイバ１３ｃからレーザ受信器１１に入力されたレーザ光は、電気信号へ変換された後、受信データ信号Ｓｉとして信号処理部４に出力される。レーザ受信器１１は、光ミクサ９４、光ファイバ１３ｄ、光受信器１１１で構成され、さらに光受信器１１１は、レンズ１１ａ、受光素子１１ｂ、プリアンプ１１ｃ、受信回路１１ｄで構成される。光ミクサ９４には、光ファイバ１３ｃを伝送する受信光が入力され、変調信号Ｓｏにより変調される。光ミクサ９４は、光強度を外部信号により変調させる装置であり、変調器８１と同様のデバイスと、ドライバ回路８２とを用いて構成される。すなわち、光ミクサ９４は、変調信号Ｓｏをドライバ回路８２で振幅調整および波形整形し、ドライバ回路８２の出力信号を変調器８１に入力して受信光を変調することによって、光ファイバ１３ｃを伝送したレーザ光の強度変調成分と、変調信号の変調成分を干渉させて、レーザ光の強度変調成分の中にビート（うなり）を発生させ、光ファイバ１３ｄに出力する。ビートの強度変調成分は、光ファイバ１３ｃを伝送されたレーザ光の強度変調成分に比べて周波数が低くなるため、光強度を２乗検波（もしくは包絡線検波）し、その強度変調成分を電流信号に変換する受光素子１１ｂは高速応答が不要となる。光ファイバ１３ｄの出力光は、レンズ１１ａで集光されて受光素子１１ｂに入力される。受光素子１１ｂに入力された光信号は、受光素子１１ｂで電流信号に変換され、プリアンプ１１ｃで電圧信号に変換される。プリアンプ１１ｃの出力電圧は、受信回路１１ｄに入力されて、波形整形が行われた後、受信データ信号Ｓｉが出力される。
【００４４】
図８（ａ）は、変調信号Ｓｏによって変調され、外部空間に出射されたレーザ光の波形の一例を示す図である。変調されたレーザ光は、出力光の強度が強度変調されるとともに、周波数が連続的に変化する、所謂ＦＭ−ＣＷ変調が行われている。
図８（ｂ）は、光ミクサ９４に入力する変調信号Ｓｏと受信光の波形の例を示す図である。図において、横軸は時間、縦軸は周波数を示し、変調信号Ｓｏは、周波数Ｆ１がピークとなるように周波数変調されている。
ここで、時間Ｔ１において変調信号Ｓｏがピークとなるとき、受信光は時間Ｔ２において周波数Ｆ２がピークとなる。この時間差（Ｔ２−Ｔ１）によって、レーザ開口部１５の送信光が外部環境で反射されるときの反射点までの距離を求めることができる。また、反射点が移動しているときには、その速度Ｖｒによってドップラー効果が発生するので、受信光のピーク周波数Ｆ２はＦ１と異なる大きさとなる。図８の例では、反射点が近づく場合を想定しているので、Ｆ１＜Ｆ２となる。このとき、速度Ｖｒは次式（１）によって求められる。
【００４５】
【数１】
【００４６】
図８（ｃ）は、光ミクサ９４から出力されるビート光の波形を示す図である。光ミクサ９４は、図８（ｂ）に示す変調信号Ｓｏと受信光から、その差分信号として図８（ｃ）に示すビート光を出力する。ここで、図８（ｂ）と図８（ｃ）でＴ１とＴ２がそれぞれ一致するので、図８（ｃ）のビート光の示す台形波形のボトムからトップに遷移する際の、下側遷移点Ｐ１（台形波形の下の頂点）と上側遷移点Ｐ２（台形波形の上の頂点）を、受光素子１１ｂで計測すれば、点Ｐ１と点Ｐ２の間の時間を求めることによって距離を計測することができる。具体的には、
距離Ｄ＝（Ｔ２−Ｔ１）×Ｃ／２ （式（２））
で求めることができる。
また、点Ｐ１と点Ｐ２の周波数を用いて速度を計測することができる。具体的には、次式（３）によって速度Ｖｒを求めることができる。レーザ受信器１１が光信号から電気信号への変換を行って受信データ信号Ｓｉを出力し、信号処理部４がこの受信データ信号Ｓｉに基づいて、これらの距離と速度の計測を行う（詳細は後述する）。
【００４７】
【数２】
【００４８】
図９は信号処理部４の構成を示す図である。図において、信号処理部４は、画像処理器１０１、測距器１０２、スイッチ選択器１０３、制御器１０４、姿勢方位基準器３０４で構成される。
画像処理器１０１は、カメラ１６から出力された画像信号が電気信号ケーブル１８ａを通じて入力される。画像処理器１０１は、カメラ１６からの画像信号に基づいて被写体の中から目標を示す像（目標）を抽出する。また、画像処理器１０１は、この抽出した目標の未来位置を予測する。制御器１０４は、複数のレーザ開口部１５の中から、目標の未来位置がレーザ光照射領域内に入るようなレーザ開口部１５と、レーザの指向方向を選択し、選択したレーザ開口部１５毎に、レーザの指向方向に対応するスイッチ情報をスイッチ選択器１０３に送信する。スイッチ選択器１０３は、レーザ開口部１５と指向方向に対応したスイッチ情報に基づいて、電気信号ケーブル２０ａを介して、光スイッチ１２、および光スイッチ６１に切替え信号を送信する。これによって、光スイッチ１２および光スイッチ６１が、レーザ開口部１５およびフェルール６３とレーザ送信器１０の間の光路を接続する。測距器１０２は、電気信号ケーブル２０ｃを介して、電源部５にレーザ発射指令信号を送出し、目標にレーザ光が照射できるタイミングでレーザ送信器１０からレーザ光を出射させる。また、測距器１０２は、電気信号ケーブル２０ｂを介してレーザ送信器１０のドライバ回路８２に変調信号Ｓｏを送出し、変調電圧信号Ｖｍと、バイアス信号Ｖｂを発生させる信号発生器として動作する。また、測距器１０２は、電気信号ケーブル２０ｄを介してレーザ受信器１１に変調信号Ｓｏを送出した受信光を変調させると共に、受信ケーブル２０ｄを介してレーザ受信器１１に入力された受信データ信号Ｓｉに基づいて、上述の式（２）、（３）より、外部空間に出力されたレーザ光の反射点までの距離Ｄと、その反射点の速度Ｖｒを求める。
【００４９】
次に、画像処理器１０１の詳細構成について、図１０を用いて説明する。
画像処理器１０１は、画像検出器１１１、目標抽出器１１２、予測演算器１１３、および目標データベース１１５で構成される。画像検出器１１１は、姿勢方位基準器３０４から、機体情報１９ｃとして機体の高度、速度、加速度、姿勢角、姿勢角速度、姿勢角加速度を入力し、カメラ１６で撮影された画像に対し座標変換を行うと共に、画像中から、空間フィルタや二値化処理や相関処理などの周知の画像処理技術によって、一塊の画素で構成される像を抽出する。姿勢方位基準器３０４は、高度計やジャイロなどにより構成される。
【００５０】
目標抽出器１１２は、抽出された像からの照度（照度情報）、像の輪郭形状（形状情報）を抽出し、像の重心の動きを計測して像の軌跡パターン（軌跡パターン情報）を抽出する。これら抽出された照度情報、形状情報、軌跡パターン情報は像情報と称する。目標抽出器１１２は、軌跡パターンが、像が直線的に移動する長さが一定以上の場合に、直線的な移動であると判別する。また、目標抽出器１１２は、軌跡パターン情報における像の移動の方向に基づいて、像が水平移動か、上昇移動か、下降移動か、ランダム移動か、位置固定であるのかなどを判別する。また、目標抽出器１１２は、軌跡パターン情報が、その直線的な移動が行われる高さが水平面から、画像内で所定画素以上上方にあれば、カメラ１６よりも高い高度に存在していると判定する。目標データベース１１５は、検出の対象とする目標の特徴を示す目標情報が予め格納されている。この目標情報には、上記像情報に対応して、検出対象の目標毎に、照度情報、形状情報、軌跡パターン情報、判別情報などが納められている。判別情報は、予め目標として選択すべきものと、目標外として選択すべきものでないものとの区別を示す情報である。
【００５１】
図１１の表は、目標データベース１１５のデータ構成例を示す図であって、検出対象目標に対応して、各目標毎の目標情報の一例を示す。目標データベース１１５は、表に示すようにメモリ領域内に仮想的に２次元マトリックスを構成しており、当該マトリックスの行（ＣＯＬ）に検出対象目標の名称が格納され、列（ＲＯＷ） が各検出対象目標に対応した目標情報を示している。目標抽出器１１２は、目標データベース１１５に格納された目標情報を参照して、先に抽出された像情報との比較によって、像情報と最も近い特徴の目標情報を有する検出対象目標を、目標と判定する。
【００５２】
例えば、図１２に示すように、画像検出器１１１で検出された画像内に、目標の対象となる航空機２０１やロケット２０２などの飛しょう体が存在すると同時に、目標以外の雲２０３に該当する画像や、海面反射２０４が含まれる場合を想定する。
【００５３】
図によれば、ロケット２０２や航空機２０１は、後方から噴出ガスを発生するため、カメラ１６が赤外線画像として捉えた際にロケット２０２や航空機２０１からの照度が比較的高いので、照度が低い雲と識別できる。また、ロケットや航空機は、カメラ１６の画面内に高照度（比較的高い照度）の像が直線的な軌跡パターンに沿って水平方向かもしくは上方へ移動する。一方、海面反射は海面からの照度が高いが、その位置が目標データベース１１５にあるロケットや航空機と異なる軌跡をとり、像の形状が大きいため、ロケットや航空機の像と識別が可能である。このような特徴点を踏まえて、複数の像の中から目標の像を選択することができる。
【００５４】
例えば、目標として、航空機２０１もしくはロケット２０２を選択したい場合、画像内の像の特徴に基づいて、照度情報が中照度（比較的中程度の照度）を示し、形状情報が小さく、軌跡パターン情報が直線的に水平移動するものを、目標抽出器１１２が航空機２０１であると判定し、第１の目標として選択する。また、照度情報が高照度を示し、形状情報が小さく、軌跡パターン情報が水平面より下から直線的に上昇するものを、目標抽出器１１２がロケット２０２であると判定し、第２の目標として選択する。
【００５５】
次に、画像内で目標として選択された対象について、目標抽出器１１２は、その画面内での重心位置を、夫々目標の存在位置として検出する。図１２の例では、重心位置Ｇ１、Ｇ２を、夫々第１、第２の目標の存在位置と判定する。第１、第２の目標は位置ＯＧ１、ＯＧ２において、画面内で出現し、像の軌跡から像の移動方向を求めて、さらに像の画像内での位置変化の速度を求める。例えば、第１の目標の速度をＶ１、第２の目標の速度をＶ２と判定する。このような目標の抽出結果に基づいて、目標抽出器１１２は、表示器２１に画面内の目標の存在位置と、その目標の進行方向の情報を、電気信号ケーブル１９ｂを介して表示器２１に送出する。また、目標抽出器１１２は、予測演算器１１３に対して、目標の存在位置と、その目標の進行方向の情報と、目標の重心位置の軌跡を、目標状態情報として送信する。
【００５６】
表示器２１は、目標抽出器１１２から送出された情報に基づいて、表示器２１の画面内に、目標の存在位置を示す丸などのシンボル、その目標がどの方向に進行中であるのを示す矢印などのシンボルを表示する。また、表示器２１は、画像検出器１１１で処理された目標を含む周囲の映像が、電気信号ケーブル１９ａを介して送信され、その映像を表示する。なお、複数目標がある場合は、丸のシンボルの中に番号表示をしても良い。図１３は、表示器２１のシンボル表示の一例を示す図であって、図中、▲１▼、▲２▼は目標を示している。
【００５７】
なお、目標情報として、予め目標の複数波長の照度比が分かっている場合には、カメラ１６として多波長のカメラを用いることによって、信号処理部４が、誤った物体を目標として抽出する確率を低減することができる。例えば、カメラ１６が２種類の波長帯、λ３、λ４に感度を有する場合、目標データベース１１５に、各種目標毎にλ３、λ４の波長帯における信号強度比の項を追加することにより、信号強度比がロケットや航空機と異なる目標については、目標として検出しなくすることができる。
【００５８】
また、予測演算器１１３は、目標抽出器１１２の出力する目標状態情報に基づいて、目標の未来位置を予測する。目標状態情報として、目標の現在位置と、目標の速度と、目標の軌跡として過去の位置情報が送信される。例えば、図１２の例の場合、目標２０２に関しては、現在位置Ｇ２と速度Ｖ２に基づいて、過去の位置ＯＧ２と現在位置Ｇ２とを繋ぐ軌跡が直線であるので、Ｔ秒後の未来位置をＭＧ２として算出する（ＭＧ２の位置座標＝Ｇ２の位置座標＋速度ベクトルＶ２×Ｔ）。なお、算出に当たっては、加速度を用いても良いし、軌跡が曲線である場合は、その曲線の延長上の位置を、現在位置と現在速度に基づいて予測しても良い。予測演算器１１３は、予測した未来位置を制御器１０４に送信する。
【００５９】
制御器１０４は、複数のレーザ開口部１５の覆域を足し合わせて構成される全周開口面内において、複数のレーザ開口部１５の中から、目標の未来位置がレーザ光照射領域内に入るレーザ開口部１５を選択する。この際、選択したレーザ開口部１５と光ファイバ１３ｂが接続されるように、光スイッチ１２の入出力ポート５２を選択するための出力ポートの指定情報をスイッチ選択器１０３に送出する。スイッチ選択器１０３は、選択された出力ポートの指定情報に基づいて、接続を切替えるための切替え信号を光スイッチ１２に送出し、光スイッチ１２は接続の切替え動作を行う。また、選択されたレーザ開口部１５において、レーザ出力部６０によって偏向されるレーザ光の光軸（指向方向）が目標の未来位置の存在する方向を向くように、レーザ出力部６０の指向方向を設定する。この設定では、目標の未来位置を画面内に有するカメラ１６に対応して、レーザ開口部１５内のレーザ出力部６０を選択する。この際、カメラ１６の画角に対応するレーザ出力部６０の指向方向を、予め規定しておく。
【００６０】
例えば、カメラ１６の画角内に、そのままレーザ出力部６０の偏向角度θｍが入るように設定しておけば好適である。この場合、レーザ出力部６０の偏向角度θｍを、目標の未来位置方向の画角θｇに設定し、制御器１０４にこの設定された偏向角度θｍを送信する。制御器１０４では、レーザ出力部６０の偏向角度θｍに基づいて、偏向角度θｍを所定の角度範囲内（図５の例では１５°）に含むフェルール６３が選択されるように、対応する光スイッチ６１の出力ポートを設定する。また、基準軸Ｂ０に対するフェルール６３の角度と、所望の偏向角度θｍとの角度差に基づいて、角度差を０にするように、ウエッジプリズム６６ａ、６６ｂの回転角を設定する。制御器１０４は、スイッチ選択器１０３に対して、選択した出力ポートの指定情報を送出する。スイッチ選択器１０３は、出力ポートの指定情報に基づいて、接続を切替えるための切替え信号を光スイッチ６１に送出し、光スイッチ６１は接続の切替え動作を行う。また、制御器１０４は、ウエッジプリズム６６ａ、６６ｂを回転駆動するアクチュエータに対して、回転角情報を送出する。ウエッジプリズム６６ａ、６６ｂは、これに基づいて回転角が回転角情報で設定される角度になるように角度調整を行う。
【００６１】
また、制御器１０４は、スイッチ選択器１０３が出力ポートの指定情報に基づいて、光スイッチ１２および光スイッチ６１が確実に所望の接続に切り替わったか否かをモニタし、モニタの結果、所望の接続に切り替わっていなければ、表示器２１にアラーム信号１９を発出する。表示器２１はこのアラーム信号１９に基づいて、動作不良を示す警告情報として、例えば「動作不良」の文字を表示する。
【００６２】
測距器１０２は、レーザ受信器１１から送信される受信データ信号Ｓｉの遷移点間の時間に基づいて、レーザ開口部１５がレーザ光を出射した時刻から、目標で反射したレーザ光がレーザ開口部１５に入射する時刻までの差を計測し、その値に光速の２分の１を掛けることで、目標と分散開口部２との間の距離Ｄを上述の式（２）により算出することができる。
【００６３】
また、レーザ受信器１１から送信される受信データ信号Ｓｉの各遷移点における周波数と、レーザ送信器１０に対して送出する変調信号Ｓｏの最大周波数から上述の式（３）に基づいて、分散開口部２に対する目標の速度を求めることができる。
【００６４】
図１４は、光スイッチ１２および光スイッチ６１の構成例を示す図である。図１４（ａ）、（ｂ）において、１２０および６００はマイクロミラーであって、下部に設けられた図示しない圧電素子のようなマイクロアクチュエータによって上下させることにより、反射方向を変化させる。例えば、光スイッチ１２の構成例を示す図１４（ａ）において、入出力ポート５１を入出力ポート５２ｆに接続する場合は、ミラー１２０ａとミラー１２０ｂを持ち上げることによって、入出力ポート５１から出力されたレーザ光は入出力ポート５２ｆから出力される。また、光スイッチ６１の構成例を示す図１４（ｂ）において、入出力ポート６１ａを入出力ポート６１ｈに接続する場合は、ミラー６００ａとミラー６００ｂを持ち上げることによって、入出力ポート６１ａから出力されたレーザ光は入出力ポート６１ｈから出力される。なお、通常状態では、全てのミラーが下がった状態になっている。このミラー１２０、およびミラー６００の動作は、スイッチ選択器１０３によって上下動作が制御される。
【００６５】
このように構成されたレーザ装置１においては、レーザ光を短時間に所望の方向に出射することができる。例えば、レーザ光の送信方向の制御に、従来技術であるジンバルを用いた場合には、ジンバルの機械的な駆動に時間がかかるため、所望の方向にレーザ光を向けるのに秒単位の時間を要する。これに対して、レーザ開口部１５を分散配置したこの実施の形態１によるレーザ装置では、その１００分の１程度の時間でレーザ光を所望の方向に精度良く指向させることができる。また、レーザ光を指向させるための機械的な駆動部分は、ウエッジプリズム６３ａ、６３ｂ部や、鏡面を微小変位させる光スイッチに限定され、小型に構成することが可能であって、その駆動部分が少なくなるため、装置のメンテナンスも容易になる。また、駆動制御に関わる信号処理の負荷を低減することもできる。
【００６６】
また、目標と分散開口部２との位置関係が変わらない場合には、カメラ１６及び信号処理部４の追尾機能が無くても、目標にレーザ光を照射できると共に、目標からのレーザ光を受信できる。
【００６７】
この実施の形態によれば、レーザ送信器１０と、一端と他端の間でレーザ光を伝送する複数の光ファイバ１４と、レーザ送信器１０と複数の光ファイバ１４の一端との接続を切替える光スイッチ１２と、複数の光ファイバ１４の他端側に夫々結合され、光ファイバ１４を伝送されたレーザ光を外部空間に出力するように、分散配置された複数のレーザ開口部１５とを備えることにより、レーザ出射方向、または入射方向の変更を短時間で行うことのできるレーザ装置を提供することができる。
【００６８】
また、分散開口部２を航空機に分散配置することによって、航空機の周囲３６０°の視野内で所望の方向にレーザ光を出射することができるとともに、分散開口部２の設置高さを、航空機の胴体表面とほぼ同じ高さ、もしくは胴体表面からの突出高さが１０ｍｍ以下となるように設置することができる。これによって、分散開口部２の設置に伴なう空気抵抗が小さくなり、航空機の空力特性に与える影響を抑えることができる。
【００６９】
例えば、特許文献１に開示されるような従来のレーザ装置は、半球形状を有するジンバルの高さが１００ｍｍ〜５００ｍｍにも至り、航空機の胴体表面からの突出高さが１００ｍｍ以上となる。これによって、マッハ数２の最高速度で飛行することの可能な航空機が、ジンバルの突出高さに伴なう空気抵抗の影響によって飛行速度に制限を受け、例えばマッハ数１で飛行せざるを得なくなる。これに対してこの実施の形態では、ジンバルを用いないので、航空機の胴体表面からの突出高さを１０ｍｍ以下とすることができ、空気抵抗を極端に低減することができ、レーザ装置を搭載しても、ほぼ最高速度であるマッハ数２に近い速度で飛行することが可能となる。
【００７０】
また、このように突出高さを低くすることができるため、航空機胴体表面にレーザ装置を設置したことによる、レーザ断面積の変化を小さくすることができ、レーザ装置の搭載に伴なったステルス性の向上を図ることができる。
【００７１】
さらに、ジンバルの姿勢角を駆動制御するためのサーボ系制御用の信号処理器が不要となるため、信号処理器をより小型で簡素なものとすることができる。また、ジンバル自体を用いないために駆動部分が少なくなり、メンテナンスがより容易となる。
【００７２】
また、レーザ光を出射するための開口部分が、ジンバルよりもシンプルな構造で構成されるため、開口部分を小型化することが可能である。
【００７３】
また、ファイバーレーザ発振器（８０ｄ、５００）を用いてレーザ発振できるように構成されているので、狭い空間内にケーブルを配置するかの如く、光ファイバーを狭いスペース内に引き回し、あるいは必要に応じて丸めて配置することができ、配置位置の制約や配置スペース上の制約が緩和される。このため、レーザ開口部の分散配置を可能とすることができる。
【００７４】
ファイバーレーザ発振器とレーザ開口部の間を接続する光伝送経路を、光ファイバーを用いて構成することができるので、ミラーやプリズムなどの反射光学部品を精度高く配置して、光伝送経路を構成する必要がなく、また、反射光学部品の光軸がずれないように、反射光学部品を支持するための強度があって重い構造体を用いなくてもすむ。
【００７５】
また、光ファイバーを用いて光伝送経路が構成されるので、反射光学部品を適宜配置して光伝送経路を構成する際の、反射光学部品間の空間のエアーのクリーン度を上げる必要がない。
【００７６】
また、レーザ発振器からの連続光をＦＭ−ＣＷ変調する光変調器８１と、光変調器８１の出力光を増幅する光増幅器８３と、目標からの反射光と信号発生器（測距器１０２）の出力信号に基いて、受信光を変調する光ミクサを備えて、ＦＭ−ＣＷ変調方式のレーザレーダを構成することができるので、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）によるコヒーレント積分が可能となり、小さいパワーのレーザ光で遠方の測距が可能になる。特に、レーザパワーが小さいので、光学系の耐パワー性能、およびレーザ光路上の空間のエアーのクリーン度を低く設計できる。また、パルスレーザを用いた一般に広く利用されているレーザレーダに比べて、光受信器の高速応答が不要となり、高インピーダンスで反射光の受信が可能となる。さらに、ドップラーの同時検出が可能なため、変調した連続光レーザを照射し、時間積分することによって、目標の速度検出が可能となる。
【００７７】
また、レンズ６５の光軸方向を視野内に有するカメラ１６を、夫々のレンズ６５の周辺に複数備えたことにより、カメラ１６の画像中の目標にレーザ光を照射することができる。さらに、レーザ光を照射、受信した方向の状況を画像で確認することができる。
【００７８】
さらにまた、映像中から所望の目標と同じ特徴を持つ目標を探知し、その目標に対してレーザ光を照射できるため、例えば、自機に向かって飛しょうする脅威となる目標（例えばミサイル）をカメラ１６で発見し、レーザ光を照射して目標の飛行を妨害することができる。
【００７９】
実施の形態２．
この実施の形態のレーザ装置では、ファイバレーザを用いてレーザ発振を行い、レーザ送信器１０と波長変換器５２とを接続する第１の光ファイバ系統とは別個に、ファイバレーザと波長変換器とを接続する他の第２の光ファイバ系統を構成している。この実施の形態による波長変換器５２は、ファイバレーザ発振器５００の出力波長λ１と、実施の形態１で示したレーザ送信器１０の出力波長λ２との、二波長を用いて、ＯＰＡを構成する波長変換器５２によってレーザ光の波長変換を行う。
【００８０】
図１５は、実施の形態２によるレーザ装置の構成を示す図である。図において、ファイバレーザ発振器５００の入力端はポンプレーザ発振器５０１に接続されている。ポンプレーザ発振器５０１はファイバレーザ発振器５００の入力端に接続されている。ポンプレーザ発振器５０１は光強度が一定の波長λ０１（＝０．８１μｍ）のポンプ光（励起光）を発生し、ファイバレーザ発振器５００の一端に出力する。ファイバレーザ発振器５００の出力端は光ファイバ３００の一端に接続され、光ファイバ３００の他端は光スイッチ２００入力ポート２０１ａに接続されており、ファイバレーザ発振器５００は波長λ２（＝１．０６μｍ）のレーザ光を出力する。
【００８１】
また、レーザ送信器１０の出力端は光ファイバ１３ａの一端に接続されて、光ファイバ１３ａの他端は光サーキュレータ１７の入出力ポートに接続されている。レーザ送信器１０は上述したように、ファイバーレーザ発振器８０ｄを有しており、波長λ２（＝１．５５μｍ）のレーザ光を出力する。レーザ受信器１１は光ファイバ１３ｃを介して光サーキュレータ１７の出力ポートに接続されている。光ファイバ１３ｂの一端は光サーキュレータ１７の入出力ポートに接続され、光ファイバ１３ｂの他端は光スイッチ２００の入出力ポート２０１ｂに接続されている。光スイッチ２００の入出力ポート２０２（２０２ａ乃至２０２ｆ）、２０３（２０３ａ乃至２０３ｆ）は、光ファイバ４００（４００ａ乃至４００ｆ）、１４（１４ａ乃至１４ｆ） の一端に夫々接続されている。光ファイバ４００（４００ａ乃至４００ｆ）、１４（１４ａ乃至１４ｆ）の他端は、波長変換器５２（５２ａ乃至５２ｆ）に接続されている。波長変換器５２（５２ａ乃至５２ｆ）に設けられた光ファイバ６７は、レーザ出力部６０（６０ａ乃至６０ｆ）に接続されている。
【００８２】
この実施の形態によるレーザ装置は以上のように構成され、次のように動作する。
図１５に示したファイバレーザ発振器５００や、図７に示したファイバレーザ発振器８０ｄは、誘導放出効果を活性化させる活性物質を含む希土類ドープファイバレーザや、誘導放出用光ファイバに直列に接続されて非線形効果を活性化させる活性物質を含むラマンファイバレーザなどが用いられる。ファイバレーザは両端に一対の反射手段を備えている。この反射手段は、発振する光を反射するミラーやファイバグレーティングが用いられ、ファイバレーザを挟んでファブリ・ペロー共振器を構成している。
【００８３】
希土類ドープファイバレーザは、Ｎｄ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ等の希土類元素が石英系、フッ化物系、リン酸系等の光ファイバの中心をなすコアにドープされて構成されている。この例では、ファイバ−レーザ発振器５００の励起光が０．８１μｍであるので、希土類元素としてはＮｄを用いている。また、ファイバ−レーザ発振器８０ｄの励起光が０．９８μｍであるので、希土類元素としてはＥｒを用いている。これらの励起光は、反射手段を介して希土類ドープファイバに入力される。そして、励起光が希土類ドープファイバのコアを通過する際に、コアにドープされた希土類元素の最外殻電子を励起して反転分布の状態とし、自然放出光が放出される。そして、誘導放出効果によって自然放出光が一対の反射手段の間を往復しながら増幅され、ついには発振状態となる。発振状態の光（レーザ光）の一部が反射手段を透過して、所望の波長のレーザ光として出力される。
【００８４】
なお、ラマンファイバレーザを用いる場合は、石英系の光ファイバと、この光ファイバを挟んで配置される一対の反射手段とを備える。このラマンファイバレーザにおいては、希土類ドープファイバと同様に、ファイバグレーティングのような一対の反射手段で光ファイバを挟んでファブリ・ペロー共振器を構成している。ラマンファイバレーザにおいては、高パワーの励起光が反射手段を介してファイバレーザの一端から入力される。ラマンファイバレーザにおいては、高パワーの励起光が光ファイバを通過する際に、光と光学フォトン（格子振動）との相互作用において、励起光の一部は長波長側にシフトし、自然ラマン散乱光が得られる。そして、誘導ラマン散乱（非線形効果）によって、自然ラマン散乱光が一対の反射手段の間を往復しながら増幅され、ついには発振状態となる。そして、発振状態の光（レーザ光）の一部が反射手段を透過し、所望の波長のレーザ光として出力される。
【００８５】
光スイッチ２００は、入力ポート２０１ａがファイバレーザ発振器５００の一端に接続される。また、入力ポート２０１ｂが光ファイバ１３ｂの他端に接続される。光スイッチ２００の入出力ポート２０２（２０２ａ乃至２０２ｆ）、２０３（２０３ａ乃至２０３ｆ）は、波長変換器５２（５２ａ乃至５２ｆ）の一端に接続される。また、波長変換器５２（５２ａ乃至５２ｆ）の他端はレーザ出力部６０（６０ａ乃至６０ｆ）に接続される。光スイッチ２００は、入出力ポート２０１ａを、入出力ポート２０２（２０２ａ乃至２０２ｆ）に接続する。また、光スイッチ２００は、入出力ポート２０１ｂを、入出力ポート２０３（２０３ａ乃至２０３ｆ）に接続する。
【００８６】
かくして、光ファイバ８０ｃ、８３ａ、１３ａ、１３ｂ、および光ファイバ２０３は、第１の光ファイバ系統を構成する。また、ファイバレーザ発振器５００、光ファイバ３００、および光ファイバ２０２は、第２の光ファイバ系統を構成する。第１の光ファイバ系統中の光ファイバは、波長１．５５μｍの第１のレーザ光を伝送するときの損失が少なくなるように、波長１．５μｍ帯の光信号を伝送するに適したシングルモードファイバが用いられる。また、第２の光ファイバ系統中の光ファイバは、波長１．０６μｍの第２のレーザ光を伝送するときの損失が少なくなるように、波長１μｍ帯の光信号を伝送するに適したシングルモードファイバが用いられる。これらのシングルモードファイバは、比較的入手性が良い。
【００８７】
第１の光ファイバ系統を伝送された第１のレーザ光は、図６に示した波長変換器５２（５２ａ乃至５２ｆ）と同様、レンズ７１に入力される。また同時に、第２の光ファイバ系統を伝送された第２のレーザ光は、波長変換器５２のレンズ７１に入力される。波長変換器５２では、レンズ７１で集光された第１、第２のレーザ光が非線形光学部７０に入力されて、パラメトリック増幅作用によって、増幅された第１のレーザ光と、波長変換された第３のレーザ光を光ファイバ６７に出力する。第３のレーザ光として、例えば波長３μｍのレーザ光が出力される。
【００８８】
ここで、波長３μｍの第３のレーザ光は、例えば他のレーザ装置の電磁波受信センサの動作を妨害するために用いることができる。例えば、目標が飛しょう体であって、飛しょう体の先端に赤外線を感知するシーカが設けられた場合を想定する。この場合、レーザ開口部１５から、シーカの赤外線の検出波長（例えば３μｍ帯の）と一致するとともに、シーカの検出器の受光感度を飽和させる程度のレベルの高いレーザ光を照射する。この際、ファイバレーザ発振器５００を用いることによって、第３のレーザ光の出力パワーを適度なレベルまで増加させることができる。これによって、この実施の形態のレーザ装置は、飛しょう体の妨害装置として動作させることができる。
【００８９】
飛しょう体のシーカをこのような妨害装置として用いる場合は、第３のレーザ光が目標で反射されて戻ってくることは想定されておらず、１．５μｍ帯の第１のレーザ光のみ目標から反射された反射光を受光できれば良い。
【００９０】
なお、レーザ出力部６０を構成する光ファイバ６２には、１．５μｍ帯と３μｍ帯のレーザ光を高効率で伝送する光ファイバを使用する。一般に１．５μｍと３μｍ帯の両方を透過する光ファイバは、通信用に用いられている１．５μｍ帯の光ファイバと比較すると透過率は低いが、光ファイバ６２の長さは短く、問題にはならない。これによって、第１の光ファイバ系統からレーザ出力部６０の開口面（レンズ６５）に至るまでの経路において、１．５μｍ帯の第１のレーザ光と３μｍ帯の第３のレーザ光をレーザ出力部６０まで損失なく伝送することができる。また、１μｍ帯の第２のレーザ光はファイバレーザ発振器５００から第２の光ファイバ系統を用いて伝送されるため、レーザ出力部６０の波長変換器５２までの間を、１μｍ帯の第２のレーザ光を用いて損失なく伝送することができる。この場合、光ファイバ６７には、波長変換器５２で変換された３μｍ帯の波長のレーザ光が通過するが、これについては多少の伝送損失があっても構わない。
【００９１】
このような構成によって、伝送波長帯に合わせた光ファイバを用いてレーザ光を伝送し、レーザ出力部の開口面の直前に波長変換器を配置して、レーザ光の波長を変換するため、損失の少ないレーザ光の伝送と波長変換が可能となる。
【００９２】
この実施の形態によるレーザ装置では、入力されるレーザ光から波長の異なるレーザ光を生成し、生成したレーザ光を夫々のレーザ開口部１５に出力する波長変換器５２を備えたことにより、複数種類の波長のレーザ光を目標に照射できるため、レーザ光を照射する目標が持つセンサの種類に応じて、目標に照射するレーザ光を使い分けることができる。
【００９３】
また、波長の異なる第１、第２の波長のレーザ光を発生するファイバーレーザ発振器８０ｄ、およびファイバーレーザ発振器５００を備えて、第１、第２の波長に夫々対応してレーザ光を伝送する一対の光ファイバ対（４００、１４）を複数対備えることにより、夫々の光ファイバ対（４００、１４）毎に接続され、入力される第１、第２の波長のレーザ光に基づいて波長の異なる第３の波長のレーザ光を生成し、生成された第３の波長のレーザ光をレーザ開口部１５に出力する複数の波長変換器５２を備えることにより、光スイッチ１２は、ファイバーレーザ発振器８０ｄ、および５００と、複数の光ファイバ対（４００、１４）との接続を切替えるように構成しているので、同時に２目標に対してレーザ光を照射することができる。また、冗長系を持たせることによって、第１、第２のレーザ発振器のいずれか一方が故障した場合であっても、他方のレーザ発振器でレーザ照射を続行することができる。
【００９４】
実施の形態３．
実施の形態１では、ウエッジプリズム６６ａ、６６ｂと、球の曲率中心を向くように離散的に配置されたフェルール６３を用いて、レーザ出力部６０（６０ａ乃至６０ｆ）を構成していた。しかし、レーザ出力部としては、９０°×９０°の立体角を包絡するようにレーザの指向角度を調整するものであれば、他の機構を用いても良い。
【００９５】
この実施の形態では、例えば、９０°×９０°の角度範囲のみ駆動するような小型のジンバルにレンズ６５を配置して、レンズ６５に対してレーザ光を導くような光学系を構成する。これによって、比較的簡単な構成でレーザ光の指向方向を偏向させる光学系を実現することができる。このようなジンバルとしては、特許文献１に記載されるような大型のジンバルの可動角を制限して、小型のジンバルを構成すればよい。
【００９６】
実施の形態４．
この実施の形態４では、レーザ送信器１０から光通信用の変調信号Ｓｏを出力しても良い。例えば、光ファイバ通信で用いられているようなＮＲＺ（Ｎｏｎ Ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ Ｚｅｒｏ）信号をレーザ送信器１０から出力しても良い。レーザ送信器１０は、レーザ開口部１５からレーザ光を照射し、レーザ光の照射方向に配置された他のレーザ装置でレーザ光を受光する。また、レーザ受信器１１は、送信するレーザ光の波長帯域がレーザ装置のレーザ受信器１１の受信波長帯と一致する場合には、レーザ装置を光通信用の受信器として機能させる。
【００９７】
実施の形態５．
実施の形態１では、航空機にレーザ装置を搭載した例について説明した。しかし、実施の形態１で説明したようなレーザ装置は、他の移動体に搭載しても良い。例えば、陸上を移動する車両、または水上を移動する艦船、または空中を飛行する航空機、または宇宙空間を飛しょうする人工衛星などで構成しても良い。この場合には、レーザ装置を容易に移動できる他、移動体にレーザ装置の機能を付加することができる。また、移動体の進行方向に視野を持つカメラの分解能を、他の方向に視野をもつカメラの分解能よりも高くしてよく、この場合には、進行方向前方の障害物や目標を遠方で発見しやすくできる。
【００９８】
【発明の効果】
この発明によれば、以上説明したように、レーザ出射方向、または入射方向の変更を短時間で行うことのできるレーザ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１によるレーザ装置を航空機へ搭載した状態を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるレーザ装置を航空機に搭載した場合の開口面の配置を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１によるレーザ装置の構成を説明する図である。
【図４】この発明の実施の形態１によるレーザ装置の分散開口部の外観を示す斜視図である。
【図５】この発明の実施の形態１によるレーザ装置のレーザ開口部の構成を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態１によるレーザ装置の波長変換器の構成を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態１によるレーザ装置のレーザ送受信器の構成を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態１によるレーザ装置の光ミクサの出力するビート光の波形を説明する図である。
【図９】この発明の実施の形態１によるレーザ装置の信号処理部の構成を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態１によるレーザ装置の画像処理器の構成を示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態１によるレーザ装置の目標情報データベースの構成を示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態１による目標画像の例を示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態１による表示器のシンボル表示を示す図である。
【図１４】この発明の実施の形態１による光スイッチの一例を示す図である。
【図１５】この発明の実施の形態２による光スイッチと波長変換器の構成を示す図である。
【符号の説明】
１ レーザ装置、２ 分散開口部、３ レーザ送受信器、４ 信号処理部、５電源部、１０ レーザ送信器、１１ レーザ受信器、１２ 光スイッチ、１３ａ，１３ｂ 光ファイバ、１４ａ，１４ｂ 光ファイバ、１５ レーザ開口部、１６ カメラ、５２ 波長変換器、５３ 光学窓、５４ 光学窓、５５ 上蓋、６０ レーザ出力部、６１ 光スイッチ、６２ 光ファイバ、６３ フェルール（光ファイバ端末）、６５ レンズ、６６ａ，６６ｂ ウエッジプリズム、８０レーザ発振器、８１ 光変調器、８２ ドライバ回路、８３ 光増幅器、９２光ミクサ、１０１ 画像処理器、１０３ スイッチ選択器、１０４ 制御器、２００ 光スイッチ、５００ ファイバレーザ。
【発明の属する技術分野】
この発明は、レーザ光源から出力されたレーザ光を外部空間に向けて出射する、もしくは外部空間から受光したレーザ光を受信するレーザ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、レーザ光を外部空間に出力して測距を行うレーザ装置として、ジンバル上に撮像装置と距離を測定するレーザ測距器を備えて、目標体の画像内の位置と画像中心との間の誤差角度を算出する画像処理装置と、誤差角度に基づいてジンバル制御信号を出力する追尾演算装置と、ジンバル制御信号に従ってジンバルを駆動制御するジンバル制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−１３２９３５
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のレーザ装置は、ジンバルに搭載されたレーザ測距器の指向方向を駆動制御することによって、レーザ光の外部空間への出射方向、もしくはレーザ光の外部空間からの入射方向を、所望の方向に指向させている。
【０００５】
しかしながら、ジンバルを用いて駆動制御する場合、ジンバルの指向方向が所望の方向に設定されるまでの間、ジンバルの駆動に時間遅れが生じるという問題があった。
【０００６】
この発明は、係る課題を解決するために為されたものであり、レーザ光の出射方向、または入射方向を、より短時間で所望の方向に指向させるレーザ装置を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明によるレーザ装置は、レーザ光を出力するレーザ光源と、一端と他端の間でレーザ光を伝送する複数の光ファイバと、前記レーザ光源と前記複数の光ファイバの一端との接続を切替える光スイッチと、前記複数の光ファイバの他端側に夫々結合され、当該光ファイバを伝送されたレーザ光を外部空間に出力する複数のレンズとを備え、前記複数のレンズの光軸は、互いに指向方向が異なるように配置されたものである。
【０００８】
また、この発明によるレーザ装置は、レーザ光を受信するレーザ受信器と、一端と他端の間でレーザ光を伝送する複数の光ファイバと、前記レーザ受信器と前記複数の光ファイバの一端との接続を切替える光スイッチと、前記複数の光ファイバの他端側に夫々結合され、外部空間からの入射光を受光する複数のレンズとを備え、前記複数のレンズの光軸は、互いに指向方向が異なるように配置されたものである。
【０００９】
また、この発明によるレーザ装置は、連続光を出力するレーザ発振器と、変調信号を発生する信号発生器と、前記信号発生器の出力信号に基づいてレーザ発振器からの連続光を変調する光変調器と、前記光変調器の出力光を増幅する光増幅器と、目標からの反射光を前記変調信号に基づいて受信光を変調する光ミクサと、一端と他端の間でレーザ光を伝送する複数の光ファイバと、前記複数の光ファイバの夫々の一端に接続された光スイッチと、前記光増幅器から出力されたレーザ光を前記光スイッチに分配し、前記光スイッチから出力される目標からの反射光を前記光ミクサに分配する光サーキュレータと、前記光ミクサの出力信号に基づいて受信データ信号を出力する光受信器と、前記複数の光ファイバの他端と夫々結合され、外部空間にレーザ光を出力するか、もしくは外部空間からの入射光を受光する複数のレンズとを備え、前記光スイッチは、前記光サーキュレータと前記複数の光ファイバの一端との接続を切替え、前記複数のレンズの光軸は、互いに指向方向が異なるように配置されたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるレーザ装置の構成を示す図であり、図２は、レーザ装置を搭載した航空機の視界を示す図である。
図１において、レーザ装置１は、分散開口部２（２ａ〜２ｆ）、レーザ送受信部３、信号処理部４、電源部５で構成され、航空機６に搭載されている。分散開口部２は、航空機６の胴体７の表面に複数個、例えば６つ配置される。図に示す例では、胴体７の前面を向いて分散開口部２ａが１つ配置され、胴体７の後方面を向いて分散開口部２ｂが１つ配置され、胴体７の右上面を向いて分散開口部２ｃが１つ配置され、胴体７の左上面を向いて分散開口部２ｄが１つ配置され、胴体７の右下面を向いて分散開口部２ｅが１つ配置され、胴体７の左下面を向いて分散開口部２ｆが１つ配置されている。分散開口部２は、後述するように、レーザ光を外部空間に出射する、もしくは外部空間から入射するレーザ光を受信するための、レーザ光の入出力用の開口を形成している。
【００１１】
レーザ送受信部３、信号処理部４、および電源部５は、航空機６の胴体７の中央部（例えば、操縦席後方）に、夫々隣接して配置され、夫々が少なくとも１つのユニットで構成されている。各分散開口部２とレーザ送受信部３とは、後述する光ファイバによって接続されている。レーザ送受信部３と、信号処理部４および電源部５は、後述する電気信号ケーブルによって接続されている。
【００１２】
図２（ａ）は、航空機６の視界を上下前後方向に９０°×９０°の角度で分割し、分散開口部２の開口面を構成した場合の、開口面の配置例を示している。すなわち、航空機の視界を、立方体を構成する６面（前面、後面、右上面、左上面、右下面、左下面）で表現している。ここで、分散開口部２は、夫々の開口面がこの６面の何れかの方向を向くように配置されており、全て（６つ）の分散開口部２によって、この６面全てを覆うように航空機の胴体７の表面に分散配置されている。これによって、分散配置された分散開口部２（２ａ乃至２ｆ）の６つの開口面を全て接合することによって、航空機６の周囲の全周面（全球面）を覆うようにレーザ光を出力することができる。
【００１３】
図２（ｂ）は、図２（ａ）をＩ方向、すなわち航空機６の前方から見た分散開口部２の開口面の配置を示す図である。分散開口部２ｃ乃至２ｆは、図のように航空機６の視界の右上面、左上面、右下面、左下面を開口面とするように、９０°間隔で配置されている。
【００１４】
図３は、この発明の実施の形態１によるレーザ装置の構成を示すブロック図である。なお、図中図１と同一符号のものは同一相当のものを示す。図において、レーザ送受信部３は、レーザ光源であるレーザ送信器１０、レーザ受信器１１で構成される。
【００１５】
レーザ送信器１０の光出力端は、光ファイバ１３ａの一端に接続される。レーザ送信器１０は、電気信号ケーブル２０を介して、信号処理部４から変調信号Ｓｏが入力される。レーザ送信器１０は、変調信号Ｓｏに応じて変調されたレーザ光を出力し、光ファイバ１３ａへ入力する。光ファイバ１３ａの他端は光サーキュレータ１７の入力ポートに接続される。光サーキュレータ１７の入出力ポートは、光ファイバ１３ｂの一端に接続されて、光ファイバ１３ｂの他端は光スイッチ１２の入出力ポート５１に接続される。光サーキュレータ１７の出力ポートは、光ファイバ１３ｃの一端に接続され、光ファイバ１３ｃの他端はレーザ受信器１１の光入力端に接続される。光サーキュレータ１７は、入力ポートに入力されたレーザ光を入出力ポートに出力し、入出力ポートに入力されたレーザ光を出力ポートに出力する。
【００１６】
レーザ受信器１１は、光ファイバ１３ｃを伝送されたレーザ光を受信し、電気信号ケーブル２０を介して信号処理部４から入力される変調信号Ｓｏにより、上記レーザ光に再び強度変調を与えた後、レーザ光を光電気変換して受信データ信号Ｓｉを出力する。この出力された受信データ信号Ｓｉは、電気信号ケーブル２０を介して信号処理部４に入力される。光スイッチ１２の入出力ポート５２（５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ、５２ｅ、５２ｆ）は、光ファイバ１４（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ、１４ｆ）の一端に接続される。光ファイバ１４の他端は、分散開口部２に設けられたレーザ開口部１５に接続される。光スイッチ１２は電気信号ケーブル２０を介して信号処理部４に接続される。また、ここでは、レーザ受信器１１に変調信号Ｓｏを入力するとして説明しているが、変調信号Ｓｏに遅延をかけた信号をレーザ受信器に入力してもよい。電気信号ケーブル２０は、変調信号Ｓｏ、受信データ信号Ｓｉ、切替え信号（後述する）を夫々独立に伝送できるように、複数本の信号ケーブルで構成されている。
【００１７】
分散開口部２は、レーザ開口部１５に隣接してカメラ１６を備えている。レーザ開口部２、およびカメラ１６は電気信号ケーブル１８の分散開口部側端末に接続され、電気信号ケーブル１８の他の端末（信号処理部側端末）は信号処理部４に接続される。信号処理部４は、電気信号ケーブル１９を介して表示器２１に接続される。電源部５は、信号処理部４、レーザ送信器１０、レーザ受信器１１、表示器２１に電源を供給する。また、図示していないが、電源部５は、レーザ開口部１５のカメラ１６、および後述する光学系に接続されて、夫々に所要の電源を供給する。この際、光学系としては、ウエッジプリズム（６６ａ、６６ｂ）を駆動するアクチュエータ、および光スイッチ１２、６１を夫々駆動するマイクロアクチュエータに対して、電源供給が為される。
【００１８】
レーザ開口部１５は、分散開口部２に搭載されて、胴体７の表面に分散配置される。レーザ開口部１５は、レーザ光をレーザ装置の周囲の外部空間に出射する、またはレーザ装置の周囲の外部空間からレーザ光を入射する。レーザ開口部１５は、後述するレンズを含む光学系で構成され、その光学系の光軸はレーザ開口部１５毎に異なる方向を向いている。
【００１９】
なお、図の例では、レーザ開口部１５の光軸の角度が異なることを示すために、光軸方向を３６°間隔で示したが、上述したように図１の例に照らして考えると、夫々の光軸方向は９０°間隔になるように配置されている。
【００２０】
レーザ送信器１０から出射されたレーザ光は、光ファイバ１３ａ、１３ｂにより伝送されて光スイッチ１２に入力される。光スイッチ１２は、入出力ポート５２ａ乃至５２ｆの何れか一つを選択して、夫々の入出力ポートの対応する光ファイバ１４（１４ａ〜１４ｆの何れか）の一端に、レーザ光を入力する。光ファイバ１４の他端は、入力されたレーザ光を分散開口部２（２ａ〜２ｆの何れか）に伝送し、伝送されたレーザ光は分散開口部２から周囲の外部空間に出射される。
【００２１】
分散開口部２から外部空間に出射されたレーザ光が外部の特定の物体に照射されると、このレーザ光は当該物体の表面（反射点）で反射されて、その反射光の一部は分散開口部２に再び戻り、分散開口部２の開口面内に入射する。分散開口部２に入射したレーザ光は、光ファイバ１４ａ〜１４ｆ、光スイッチ１２、光ファイバ１３ｂ、光サーキュレータ１７および光ファイバ１３ｃを順に伝送されて、レーザ受信器１１に入射する。
【００２２】
カメラ１６は、レーザ装置１の周囲の外部空間からの電磁波（例えば赤外線、紫外線、または可視光線）を受信し、画像信号に変換して出力する。夫々のカメラ１６の視軸は互いに異なる方向を向いている。図２の例に照らして考えると、カメラ１６の画角を９０°×９０°として、互いに直交する（立方体の）６方向に視軸を向けた場合には、分散配置された６つのカメラで全周の視界を得ることができる。また、このときのカメラの画角を少し大きくして、夫々のカメラ１６の画角の端が重なるように設置すれば、カメラ１６の設置角度にずれが生じた場合にも、全周の視界を得ることができる。なお、レーザ開口部１５の光軸は、カメラ１６の視野内に入る位置関係にある。
【００２３】
図４（ａ）は、分散開口部２の詳細な構成を示す斜視図である。
図において、円筒形状の容器５１の中に、波長変換器５２、レーザ開口部１５、カメラ１６が収容されている。容器５１の円筒の端面を塞ぐ上蓋５５には、レーザ開口部１５と対向して光学窓５３が設けられる。また、上蓋５５には、カメラ１６と対向して光学窓５４が設けられる。容器５１の端面に上蓋５５を取り付けることにより、上蓋５５は、容器５１の底面からの厚みを１０ｍｍ以下に抑えることが可能であって、容器５１を航空機に取り付ける際には、分散開口部の設置高さを、航空機の胴体表面とほぼ同じ高さ、もしくは胴体表面からの突出高さが１０ｍｍ以下となるように設置することができる。
【００２４】
波長変換器５２は容器５１の底面に配置され、光ファイバ１４と電気信号ケーブル１８が接続されている。波長変換器５２の上部にはレーザ開口部１５が接続される。レーザ開口部１５の基準軸Ｂ０は容器５１の円筒軸に一致するように、レーザ開口部１５が配置されている。レーザ開口部１５の周囲にはカメラ１６が近接して配置され、容器５１の内筒とレーザ開口部１５の外筒の間に挟まれている。レーザ開口部１５とカメラ１６は容器５１内に収容されて共通の構造体に固定される。この構成によって、レーザ開口部１５の基準軸とカメラ１０の視軸を精度良く合わせることができるとともに、振動環境下や温度環境下における両軸間のズレ量を低減できる。
【００２５】
図４（ｂ）は、図４（ａ）のカメラ１６の内部構成を示したものである。
カメラ１６は波長の異なる２つのカメラ１６ａ、１６ｂが配置されている。光学窓５４から受信した電磁場は、分離板３００で、カメラ１６ａに感度のある電磁場とカメラ１６ｂに感度のある電磁場に分離される。カメラ１６ａに感度のある電磁場は分離板３００を透過し、カメラ１６ａに入射する。カメラ１６ｂに感度のある電磁場は、分離板３００で反射し、ミラー３０１で反射した後、カメラ１６ｂに入射する。これによって、カメラ１６は２つの異なる波長の画像を取得することができる。なお、カメラ１６として、更に波長の異なる複数のカメラを用いても良いし、１つだけのカメラで構成しても良いことは言うまでもない。
【００２６】
カメラ１６は、赤外領域に感度のあるもので構成されるのが好ましい。これによって、レーザ光の出射先、またはレーザ光の入射先の熱画像を取得でき、発熱する目標を容易に抽出できる。また、カメラ１６がレーザ光の波長帯に感度を有するならばレーザ光を照射した領域の輝度が高くなるので、カメラ１６で撮影される画像がより明瞭となる。特に、この場合には、レーザイルミネータとして動作させることができる。また、カメラ１６に波長の異なる複数の種類のカメラを用いることによって、カメラ１６で捉えた像からの複数波長の照度比情報を得ることができる。照度比情報は、例えば、カメラ１６ａで撮像される画像の照度Ａと、カメラ１６ｂで撮像される画像の照度Ｂとの比である、Ａ／Ｂによって得ることができる。
【００２７】
図５はレーザ開口部１５のより詳細な構成を示す図である。同図では図示を簡略化するためにフェルール保持部材６４、ウエッジプリズム６６ａ、６６ｂの断面を図示している。図において、レーザ開口部１５は、波長変換器５２と、波長変換器５２に接続された光スイッチ６１と、光スイッチ６１と接続されたレーザ出力部６０が設けられている。レーザ出力部６０は、光スイッチ６１、光ファイバ６２、フェルール６３、フェルール保持部材６４、レンズ６５、ウエッジプリズム６６ａ、６６ｂで構成される。レンズ６５、ウエッジプリズム６６ａ、６６ｂは光学系を構成する。
【００２８】
波長変換器５２の一端は、光ファイバ１４の他端に接続される。波長変換器５２の他端は、光ファイバ６７の一端に接続される。光ファイバ６７の他端は、光スイッチの入出力ポート６１ａに接続される。光スイッチ６１の入出力ポート６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ、６１ｅ、６１ｆ、６１ｇは、夫々光ファイバ６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ、６２ｅ、６２ｆ、６２ｇの一端に接続される。光スイッチ６１の切替によって、いずれかのフェルール６３が選択されて、光ファイバ６７と光接続される。光ファイバ６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄ、６２ｅ、６２ｆ、６２ｇの他端は、夫々フェルール（光ファイバ端末）６３に接続されている。フェルール６３の軸線は、フェルール保持部材６４に固定されている。フェルール保持部材６４は部分球面を成す曲面形状を有しており、フェルール保持部材６４の部分球面の曲率中心には、レンズ６５の中心（あるいは主点）が配置される。フェルール６３の軸線とフェルール保持部材６４の曲率中心を繋ぐ直線が、所定の角度の間隔θｆで配置されるように、フェルール６３はフェルール保持部材６４の部分球面に配置されている。
【００２９】
図５の例では、フェルール６３ａとフェルール６３ｂの成す角度は、フェルール６３ｂとフェルール６３ｃの成す角度と同一になる。また、同図の例では、フェルール保持部材６４の部分曲面の曲率中心を通る断面内においてフェルールを７つ配置しており、各フェルールが１５°間隔で配置されている。すなわち、同断面内の両端のフェルール６３ａおよびフェルール６３ｇが夫々曲率中心を繋ぐ直線と成す角度は、９０°以上になっている。また、各フェルール６３から出力されるレーザ光は１５°の間隔で出力される。
【００３０】
なお、レンズ６５は、単レンズでも複レンズでも良く、レンズ設計によって適宜最適なものを選択すれば良い。レンズ６５は対物レンズを有して構成される。また、フェルール保持部材６４の曲面形状は、放物線や楕円等の二次曲面形状であっても良い。この場合、レンズ６５の中心（あるいは主点）は二次曲面の焦点に配置される。
【００３１】
ウエッジプリズム６６ａ、６６ｂは、レーザ光の入出力面を成す楕円形の斜面と円形の平面とが両端に配置される。ウエッジプリズム６６ａの台形断面の斜面はレンズ６５と対向し、ウエッジプリズム６６ａとウエッジプリズム６６ｂの台形断面の平面が相対するように配置される。ウエッジプリズム６６ｂの台形断面の斜面は、光学窓５３と対向するように配置される。ウエッジプリズム６６ａとウエッジプリズム６６ｂは、平面の中心が回転軸６８に一致するように配置され、回転軸６８を回転中心として夫々回転自在に支持されている。ウエッジプリズム６６ａおよびウエッジプリズム６６ｂは、夫々独立して図示しないアクチュエータによって回転角を調整できる。かくして、ウエッジプリズム６６ａとウエッジプリズム６６ｂの回転角を夫々調整することによって屈折方向を偏向し、入力光に対するレーザ光の出力方向を偏向することができる。これによって、レーザ開口部１５の基準軸Ｂ０に対してレーザ光の出力方向（指向方向）の成す角度を、所望の偏向角度θｍに設定することができる。
【００３２】
例えば、図５の例において、レーザ光が、光スイッチ６１の選択したフェルール６３ｆから出力され、ウエッジプリズム６６ａの斜面が上向きの最大傾斜角度で固定されるケースを考える。この場合、ウエッジプリズム６６ａの斜面に対してウエッジプリズム６６ｂの斜面の成す角度が最大になるようにハの字型に配置されるときは、レーザ光がフェルール６３ｇに平行な方向に出力される。ウエッジプリズム６６ａの斜面に対してウエッジプリズム６６ｂの斜面が平行になるように配置されるときは、レーザ光がフェルール６３ｆに平行な方向に出力される。
【００３３】
次に、レーザ光が、光スイッチ６１の選択したフェルール６３ｂから出力され、ウエッジプリズム６６ａの斜面が上向きの最大傾斜角度で固定されるケースを考える。この場合、ウエッジプリズム６６ａの斜面に対してウエッジプリズム６６ｂの斜面の成す角度が最大になるようにハの字型に配置されるときは、レーザ光がフェルール６３ａに平行な方向に出力される。ウエッジプリズム６６ａの斜面に対してウエッジプリズム６６ｂの斜面が平行になるように配置されるときは、レーザ光がフェルール６３ｂに平行な方向に出力される。
【００３４】
このように、図５の例では、ウエッジプリズム６６ａ、６６ｂによって偏向される角度範囲θｄは、０°乃至±１５°の範囲となる。すなわち、少なくとも隣接したフェルール６３間の角度θｆ（図の例では１５°）の間を連続的に繋ぐように、光スイッチ６１の選択したフェルール６３に対応する偏向角度θｍを中心として、角度範囲θｄの範囲でレーザ光の出力方向の微調整が可能である。
【００３５】
勿論、製造上の誤差を考慮して、角度範囲θｄを０°乃至２θｆ（図の例では３０°）の範囲に設定しても良いが、角度範囲θｄが大きくなるにつれてウエッジプリズムの口径が大きくなり装置が大型化する、あるいはウエッジプリズムの傾斜角度が大きくなって角度精度が劣化する。なお、ウエッジプリズムを用いてレーザ光の指向方向を偏向させる技術は、通常実施されているものであるが、この実施の形態１のように、光スイッチ６１およびフェルール６３と組み合わせることによって、レーザ光の指向方向を変化させるものは知られていない。
【００３６】
図６は、波長変換器５２の構成を示す図である。光ファイバ１４を伝送されたレーザ光は、光ファイバ１４の他端面から出射され、レンズ７１によって、非線形光学部７０に入力される。非線形光学部７０は、光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）もしくは光パラメトリック増幅器（ＯＰＡ）を構成して、波長変換を行う。非線形光学部７０を透過した波長変換されたレーザ光（波長変換光）は、集光レンズ７２によって集光されて光ファイバ６７の一端面に入射され、光ファイバ６７内を伝送される。
【００３７】
非線形光学部７０が光パラメトリック発振器（ＯＰＯ）を構成する場合は、光ファイバを伝送されたレーザ光が波長変換されて、波長の異なるシグナル光とアイドラ光が出力される。このため、非線形光学部７０は、例えばＬｉＮｂＯ３、ＫＴＰなどのバルク非線形結晶で、レーザ光とシグナル光、アイドラー光のそれぞれの波長に対して伝搬速度が一致するような条件（位相整合条件）を満たすように結晶軸方位を設定したものを１つもしくは複数配置する、もしくは、これら結晶に対し周期毎にレーザ光とシグナル光、アイドラー光のそれぞれの波長に対して伝搬速度が疑似的に一致するような条件（疑似位相整合条件）を満たすように結晶の軸方位を周期的に反転させた、ＰＰＬＮ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃ ＰｏｌｅｄＬｉＮｂＯ３） 、ＰＰＫＴＰ（Ｐｅｒｉｏｄｉｃ Ｐｏｌｅｄ ＫＴＰ）などのバルク疑似位相整合非線形光学結晶を１つもしくは複数配置する。特に、ＭｇＯを添加したＰＰＬＮは、変換効率、ダメージ耐力の点で優れているのが知られており、ここでは適している。また、バルクでは無く、導波路型の非線形光学結晶を用いれば、光強度を増大させ、高い変換効率が得られるため、有効であることは言うまでもない。そして、この非線形光学結晶の両端側でレーザ共振させるように、非線形光学結晶の両端側に鏡面を配置する、もしくは非線形光学結晶の両端に反射膜を形成する。非線形光学部７０が光パラメトリック増幅器（ＯＰＡ）を構成する場合は、レーザ送信器１０において波長の異なる２波長のレーザ光として、シグナル光とポンプ光を発生する。光ファイバ１３ａ、１３ｂ、および１４を伝送されたシグナル光とポンプ光は、非線形光学部７０で増幅もしくは波長変換されて、増幅されたシグナル光と、波長変換されたアイドラ光とが出力される。この際、光ファイバ１３ａ、１３ｂ、および１４は、何れも一対の光ファイバで構成されて、波長毎に対応した光ファイバでレーザ光が伝送されるように構成しても良い。これについては、実施の形態２で詳細を説明する。このように、光ファイバ１４までは、光ファイバ１４内を高効率で透過する波長でレーザ光を伝送し、レーザ開口部１５内のレーザ出力部６０の直前で所望の波長のレーザ光に変換するため、レーザ光の光ファイバ１４内の損失を抑えることができる。
【００３８】
図７は、レーザ送信器１０およびレーザ受信器１１および光サーキュレータ１７の構成を示す図である。レーザ送信器１０は、レーザ発振器８０、変調器８１、ドライバ回路８２、および光増幅器８３を備えて構成される。
レーザ発振器８０は、半導体レーザ８０ａ、レンズ８０ｂ、ファイバレーザ発振器８０ｄ、光ファイバ８０ｃを備えて構成される。半導体レーザ８０ａは光出力強度が一定になるように、電流値の調整されたバイアス電流Ｉｂが供給される。半導体レーザ８０ａは、このバイアス電流が供給されて、波長λ０２で光強度が一定の連続レーザ光（励起光）を出力し、レンズ８０ｂで集光される。レンズ８０ｂを透過した励起光は、ファイバレーザ発振器８０ｄに入射されて、ファイバレーザ発振器内に添加された希土類元素のエネルギー状態を高め、波長λ２（例えば１．５５μｍ）の連続レーザ光（ＣＷレーザ）を光ファイバ８０ｃに出力する。なお、ファイバーレーザ発振器８０ｄの詳細については、実施の形態２においても後述する。
また、ここでは、雑音の小さいファイバレーザをレーザ発振器８０として説明しているが、半導体レーザそのものをレーザ発振器８０として用いても良い。
【００３９】
変調器８１は、光ファイバ８０ｃを伝送されたＣＷレーザが入力される。この入力光は、光ファイバ８０ｃを伝送されて変調器８１に入力される。変調器８１は、例えば導波路型のＬＮ変調器を用いて構成される。ＬＮ変調器は、ＬｉＮｂＯ３ （リチウムナイオベート）（ＬＮ）結晶の表面にチタン（Ｔｉ）金属が拡散されて導波路が形成されている。光ファイバ８０ｃを介して入力される入力光は、入力導波路８１ｇを通り、Ｙ分岐８１ｃによって等量の光に分岐されて、導波路８１ａと導波路８１ｂへ出力される。これら導波路へ入力された光は、導波路８１ａ、８１ｂの近傍に夫々設けられた変調電極へ端子８１ｅまたは端子８１ｆから印加される信号に応じて、それぞれの光位相が変調される。次いで、夫々光位相が変調された光はＹ合波８１ｄによって合成され、位相の異なるレーザ光の干渉によって光強度の変化を受けた波長λ１の変調光となって、出力導波路８１ｈを介して光ファイバ８３ａの一端に出力される。ここでは、変調器８１としてＬＮ変調器の説明を行ったが、レーザ光強度を変調可能な、使用可能な光変調器として、音響光学光変調器や、電界吸収型半導体変調器などを用いても良い。
【００４０】
ドライバ回路８２は、周波数変調された変調電圧信号Ｖｍと、バイアス信号Ｖｂを発生する。変調器８１は、ドライバ回路８２から出力された変調電圧信号Ｖｍが端子８１ｅから印加される。また、変調器８１は、ドライバ回路８２から出力されたバイアス信号Ｖｂが端子８１ｆから印加される。ドライバ回路８２は変調信号Ｓｏが供給され、差動増幅器の動作によって、振幅の調整された変調電圧信号Ｖｍを出力する。
【００４１】
光増幅器８３は、ポンプレーザ発振器８４、光結合器８３ｂ、および光ファイバ増幅器８５で構成されて、光ファイバ８３ａを伝送された信号光を増幅させる。ポンプレーザ発振器８４は、光強度が一定の波長λ２のポンプ光（励起光）を発生し、光ファイバ８３ｄに出力する。光結合器８３ｂは、光ファイバ８３ｄを伝送されたポンプ光と、光ファイバ８３ａを伝送された波長λ１の信号光を結合し、光ファイバ増幅器８５の一端に出力する。光ファイバ増幅器８５は、光ファイバのコアの部分に増幅作用を起こす物質（エルビウム）や屈折率を調整する物質（ゲルマニウム、アルミニウム等）を添加させ、このコア部にエネルギーを与えるポンプ光と増幅される信号光を注入して伝搬させることで、信号光を増幅させる。光ファイバ増幅器８５の他端は光ファイバ１３ａに接続され、光ファイバ１３ａの一端に増幅された信号光が入力される。
【００４２】
光ファイバ１３ａを伝搬された信号光は、光サーキュレータ１７に入力される。光サーキュレータ１７は、レーザ送信器１０からの出力をレーザ開口部２から外部空間に出力するとともに、外部の反射点で反射されてレーザ開口部２を通して戻ってきた受信したレーザ光（受信光）を光ファイバ１３ｃへ入力する。
【００４３】
光ファイバ１３ｃからレーザ受信器１１に入力されたレーザ光は、電気信号へ変換された後、受信データ信号Ｓｉとして信号処理部４に出力される。レーザ受信器１１は、光ミクサ９４、光ファイバ１３ｄ、光受信器１１１で構成され、さらに光受信器１１１は、レンズ１１ａ、受光素子１１ｂ、プリアンプ１１ｃ、受信回路１１ｄで構成される。光ミクサ９４には、光ファイバ１３ｃを伝送する受信光が入力され、変調信号Ｓｏにより変調される。光ミクサ９４は、光強度を外部信号により変調させる装置であり、変調器８１と同様のデバイスと、ドライバ回路８２とを用いて構成される。すなわち、光ミクサ９４は、変調信号Ｓｏをドライバ回路８２で振幅調整および波形整形し、ドライバ回路８２の出力信号を変調器８１に入力して受信光を変調することによって、光ファイバ１３ｃを伝送したレーザ光の強度変調成分と、変調信号の変調成分を干渉させて、レーザ光の強度変調成分の中にビート（うなり）を発生させ、光ファイバ１３ｄに出力する。ビートの強度変調成分は、光ファイバ１３ｃを伝送されたレーザ光の強度変調成分に比べて周波数が低くなるため、光強度を２乗検波（もしくは包絡線検波）し、その強度変調成分を電流信号に変換する受光素子１１ｂは高速応答が不要となる。光ファイバ１３ｄの出力光は、レンズ１１ａで集光されて受光素子１１ｂに入力される。受光素子１１ｂに入力された光信号は、受光素子１１ｂで電流信号に変換され、プリアンプ１１ｃで電圧信号に変換される。プリアンプ１１ｃの出力電圧は、受信回路１１ｄに入力されて、波形整形が行われた後、受信データ信号Ｓｉが出力される。
【００４４】
図８（ａ）は、変調信号Ｓｏによって変調され、外部空間に出射されたレーザ光の波形の一例を示す図である。変調されたレーザ光は、出力光の強度が強度変調されるとともに、周波数が連続的に変化する、所謂ＦＭ−ＣＷ変調が行われている。
図８（ｂ）は、光ミクサ９４に入力する変調信号Ｓｏと受信光の波形の例を示す図である。図において、横軸は時間、縦軸は周波数を示し、変調信号Ｓｏは、周波数Ｆ１がピークとなるように周波数変調されている。
ここで、時間Ｔ１において変調信号Ｓｏがピークとなるとき、受信光は時間Ｔ２において周波数Ｆ２がピークとなる。この時間差（Ｔ２−Ｔ１）によって、レーザ開口部１５の送信光が外部環境で反射されるときの反射点までの距離を求めることができる。また、反射点が移動しているときには、その速度Ｖｒによってドップラー効果が発生するので、受信光のピーク周波数Ｆ２はＦ１と異なる大きさとなる。図８の例では、反射点が近づく場合を想定しているので、Ｆ１＜Ｆ２となる。このとき、速度Ｖｒは次式（１）によって求められる。
【００４５】
【数１】
図８（ｃ）は、光ミクサ９４から出力されるビート光の波形を示す図である。光ミクサ９４は、図８（ｂ）に示す変調信号Ｓｏと受信光から、その差分信号として図８（ｃ）に示すビート光を出力する。ここで、図８（ｂ）と図８（ｃ）でＴ１とＴ２がそれぞれ一致するので、図８（ｃ）のビート光の示す台形波形のボトムからトップに遷移する際の、下側遷移点Ｐ１（台形波形の下の頂点）と上側遷移点Ｐ２（台形波形の上の頂点）を、受光素子１１ｂで計測すれば、点Ｐ１と点Ｐ２の間の時間を求めることによって距離を計測することができる。具体的には、
距離Ｄ＝（Ｔ２−Ｔ１）×Ｃ／２ （式（２））
で求めることができる。
また、点Ｐ１と点Ｐ２の周波数を用いて速度を計測することができる。具体的には、次式（３）によって速度Ｖｒを求めることができる。レーザ受信器１１が光信号から電気信号への変換を行って受信データ信号Ｓｉを出力し、信号処理部４がこの受信データ信号Ｓｉに基づいて、これらの距離と速度の計測を行う（詳細は後述する）。
【００４７】
【数２】
図９は信号処理部４の構成を示す図である。図において、信号処理部４は、画像処理器１０１、測距器１０２、スイッチ選択器１０３、制御器１０４、姿勢方位基準器３０４で構成される。
画像処理器１０１は、カメラ１６から出力された画像信号が電気信号ケーブル１８ａを通じて入力される。画像処理器１０１は、カメラ１６からの画像信号に基づいて被写体の中から目標を示す像（目標）を抽出する。また、画像処理器１０１は、この抽出した目標の未来位置を予測する。制御器１０４は、複数のレーザ開口部１５の中から、目標の未来位置がレーザ光照射領域内に入るようなレーザ開口部１５と、レーザの指向方向を選択し、選択したレーザ開口部１５毎に、レーザの指向方向に対応するスイッチ情報をスイッチ選択器１０３に送信する。スイッチ選択器１０３は、レーザ開口部１５と指向方向に対応したスイッチ情報に基づいて、電気信号ケーブル２０ａを介して、光スイッチ１２、および光スイッチ６１に切替え信号を送信する。これによって、光スイッチ１２および光スイッチ６１が、レーザ開口部１５およびフェルール６３とレーザ送信器１０の間の光路を接続する。測距器１０２は、電気信号ケーブル２０ｃを介して、電源部５にレーザ発射指令信号を送出し、目標にレーザ光が照射できるタイミングでレーザ送信器１０からレーザ光を出射させる。また、測距器１０２は、電気信号ケーブル２０ｂを介してレーザ送信器１０のドライバ回路８２に変調信号Ｓｏを送出し、変調電圧信号Ｖｍと、バイアス信号Ｖｂを発生させる信号発生器として動作する。また、測距器１０２は、電気信号ケーブル２０ｄを介してレーザ受信器１１に変調信号Ｓｏを送出した受信光を変調させると共に、受信ケーブル２０ｄを介してレーザ受信器１１に入力された受信データ信号Ｓｉに基づいて、上述の式（２）、（３）より、外部空間に出力されたレーザ光の反射点までの距離Ｄと、その反射点の速度Ｖｒを求める。
【００４９】
次に、画像処理器１０１の詳細構成について、図１０を用いて説明する。
画像処理器１０１は、画像検出器１１１、目標抽出器１１２、予測演算器１１３、および目標データベース１１５で構成される。画像検出器１１１は、姿勢方位基準器３０４から、機体情報１９ｃとして機体の高度、速度、加速度、姿勢角、姿勢角速度、姿勢角加速度を入力し、カメラ１６で撮影された画像に対し座標変換を行うと共に、画像中から、空間フィルタや二値化処理や相関処理などの周知の画像処理技術によって、一塊の画素で構成される像を抽出する。姿勢方位基準器３０４は、高度計やジャイロなどにより構成される。
【００５０】
目標抽出器１１２は、抽出された像からの照度（照度情報）、像の輪郭形状（形状情報）を抽出し、像の重心の動きを計測して像の軌跡パターン（軌跡パターン情報）を抽出する。これら抽出された照度情報、形状情報、軌跡パターン情報は像情報と称する。目標抽出器１１２は、軌跡パターンが、像が直線的に移動する長さが一定以上の場合に、直線的な移動であると判別する。また、目標抽出器１１２は、軌跡パターン情報における像の移動の方向に基づいて、像が水平移動か、上昇移動か、下降移動か、ランダム移動か、位置固定であるのかなどを判別する。また、目標抽出器１１２は、軌跡パターン情報が、その直線的な移動が行われる高さが水平面から、画像内で所定画素以上上方にあれば、カメラ１６よりも高い高度に存在していると判定する。目標データベース１１５は、検出の対象とする目標の特徴を示す目標情報が予め格納されている。この目標情報には、上記像情報に対応して、検出対象の目標毎に、照度情報、形状情報、軌跡パターン情報、判別情報などが納められている。判別情報は、予め目標として選択すべきものと、目標外として選択すべきものでないものとの区別を示す情報である。
【００５１】
図１１の表は、目標データベース１１５のデータ構成例を示す図であって、検出対象目標に対応して、各目標毎の目標情報の一例を示す。目標データベース１１５は、表に示すようにメモリ領域内に仮想的に２次元マトリックスを構成しており、当該マトリックスの行（ＣＯＬ）に検出対象目標の名称が格納され、列（ＲＯＷ） が各検出対象目標に対応した目標情報を示している。目標抽出器１１２は、目標データベース１１５に格納された目標情報を参照して、先に抽出された像情報との比較によって、像情報と最も近い特徴の目標情報を有する検出対象目標を、目標と判定する。
【００５２】
例えば、図１２に示すように、画像検出器１１１で検出された画像内に、目標の対象となる航空機２０１やロケット２０２などの飛しょう体が存在すると同時に、目標以外の雲２０３に該当する画像や、海面反射２０４が含まれる場合を想定する。
【００５３】
図によれば、ロケット２０２や航空機２０１は、後方から噴出ガスを発生するため、カメラ１６が赤外線画像として捉えた際にロケット２０２や航空機２０１からの照度が比較的高いので、照度が低い雲と識別できる。また、ロケットや航空機は、カメラ１６の画面内に高照度（比較的高い照度）の像が直線的な軌跡パターンに沿って水平方向かもしくは上方へ移動する。一方、海面反射は海面からの照度が高いが、その位置が目標データベース１１５にあるロケットや航空機と異なる軌跡をとり、像の形状が大きいため、ロケットや航空機の像と識別が可能である。このような特徴点を踏まえて、複数の像の中から目標の像を選択することができる。
【００５４】
例えば、目標として、航空機２０１もしくはロケット２０２を選択したい場合、画像内の像の特徴に基づいて、照度情報が中照度（比較的中程度の照度）を示し、形状情報が小さく、軌跡パターン情報が直線的に水平移動するものを、目標抽出器１１２が航空機２０１であると判定し、第１の目標として選択する。また、照度情報が高照度を示し、形状情報が小さく、軌跡パターン情報が水平面より下から直線的に上昇するものを、目標抽出器１１２がロケット２０２であると判定し、第２の目標として選択する。
【００５５】
次に、画像内で目標として選択された対象について、目標抽出器１１２は、その画面内での重心位置を、夫々目標の存在位置として検出する。図１２の例では、重心位置Ｇ１、Ｇ２を、夫々第１、第２の目標の存在位置と判定する。第１、第２の目標は位置ＯＧ１、ＯＧ２において、画面内で出現し、像の軌跡から像の移動方向を求めて、さらに像の画像内での位置変化の速度を求める。例えば、第１の目標の速度をＶ１、第２の目標の速度をＶ２と判定する。このような目標の抽出結果に基づいて、目標抽出器１１２は、表示器２１に画面内の目標の存在位置と、その目標の進行方向の情報を、電気信号ケーブル１９ｂを介して表示器２１に送出する。また、目標抽出器１１２は、予測演算器１１３に対して、目標の存在位置と、その目標の進行方向の情報と、目標の重心位置の軌跡を、目標状態情報として送信する。
【００５６】
表示器２１は、目標抽出器１１２から送出された情報に基づいて、表示器２１の画面内に、目標の存在位置を示す丸などのシンボル、その目標がどの方向に進行中であるのを示す矢印などのシンボルを表示する。また、表示器２１は、画像検出器１１１で処理された目標を含む周囲の映像が、電気信号ケーブル１９ａを介して送信され、その映像を表示する。なお、複数目標がある場合は、丸のシンボルの中に番号表示をしても良い。図１３は、表示器２１のシンボル表示の一例を示す図であって、図中、▲１▼、▲２▼は目標を示している。
【００５７】
なお、目標情報として、予め目標の複数波長の照度比が分かっている場合には、カメラ１６として多波長のカメラを用いることによって、信号処理部４が、誤った物体を目標として抽出する確率を低減することができる。例えば、カメラ１６が２種類の波長帯、λ３、λ４に感度を有する場合、目標データベース１１５に、各種目標毎にλ３、λ４の波長帯における信号強度比の項を追加することにより、信号強度比がロケットや航空機と異なる目標については、目標として検出しなくすることができる。
【００５８】
また、予測演算器１１３は、目標抽出器１１２の出力する目標状態情報に基づいて、目標の未来位置を予測する。目標状態情報として、目標の現在位置と、目標の速度と、目標の軌跡として過去の位置情報が送信される。例えば、図１２の例の場合、目標２０２に関しては、現在位置Ｇ２と速度Ｖ２に基づいて、過去の位置ＯＧ２と現在位置Ｇ２とを繋ぐ軌跡が直線であるので、Ｔ秒後の未来位置をＭＧ２として算出する（ＭＧ２の位置座標＝Ｇ２の位置座標＋速度ベクトルＶ２×Ｔ）。なお、算出に当たっては、加速度を用いても良いし、軌跡が曲線である場合は、その曲線の延長上の位置を、現在位置と現在速度に基づいて予測しても良い。予測演算器１１３は、予測した未来位置を制御器１０４に送信する。
【００５９】
制御器１０４は、複数のレーザ開口部１５の覆域を足し合わせて構成される全周開口面内において、複数のレーザ開口部１５の中から、目標の未来位置がレーザ光照射領域内に入るレーザ開口部１５を選択する。この際、選択したレーザ開口部１５と光ファイバ１３ｂが接続されるように、光スイッチ１２の入出力ポート５２を選択するための出力ポートの指定情報をスイッチ選択器１０３に送出する。スイッチ選択器１０３は、選択された出力ポートの指定情報に基づいて、接続を切替えるための切替え信号を光スイッチ１２に送出し、光スイッチ１２は接続の切替え動作を行う。また、選択されたレーザ開口部１５において、レーザ出力部６０によって偏向されるレーザ光の光軸（指向方向）が目標の未来位置の存在する方向を向くように、レーザ出力部６０の指向方向を設定する。この設定では、目標の未来位置を画面内に有するカメラ１６に対応して、レーザ開口部１５内のレーザ出力部６０を選択する。この際、カメラ１６の画角に対応するレーザ出力部６０の指向方向を、予め規定しておく。
【００６０】
例えば、カメラ１６の画角内に、そのままレーザ出力部６０の偏向角度θｍが入るように設定しておけば好適である。この場合、レーザ出力部６０の偏向角度θｍを、目標の未来位置方向の画角θｇに設定し、制御器１０４にこの設定された偏向角度θｍを送信する。制御器１０４では、レーザ出力部６０の偏向角度θｍに基づいて、偏向角度θｍを所定の角度範囲内（図５の例では１５°）に含むフェルール６３が選択されるように、対応する光スイッチ６１の出力ポートを設定する。また、基準軸Ｂ０に対するフェルール６３の角度と、所望の偏向角度θｍとの角度差に基づいて、角度差を０にするように、ウエッジプリズム６６ａ、６６ｂの回転角を設定する。制御器１０４は、スイッチ選択器１０３に対して、選択した出力ポートの指定情報を送出する。スイッチ選択器１０３は、出力ポートの指定情報に基づいて、接続を切替えるための切替え信号を光スイッチ６１に送出し、光スイッチ６１は接続の切替え動作を行う。また、制御器１０４は、ウエッジプリズム６６ａ、６６ｂを回転駆動するアクチュエータに対して、回転角情報を送出する。ウエッジプリズム６６ａ、６６ｂは、これに基づいて回転角が回転角情報で設定される角度になるように角度調整を行う。
【００６１】
また、制御器１０４は、スイッチ選択器１０３が出力ポートの指定情報に基づいて、光スイッチ１２および光スイッチ６１が確実に所望の接続に切り替わったか否かをモニタし、モニタの結果、所望の接続に切り替わっていなければ、表示器２１にアラーム信号１９を発出する。表示器２１はこのアラーム信号１９に基づいて、動作不良を示す警告情報として、例えば「動作不良」の文字を表示する。
【００６２】
測距器１０２は、レーザ受信器１１から送信される受信データ信号Ｓｉの遷移点間の時間に基づいて、レーザ開口部１５がレーザ光を出射した時刻から、目標で反射したレーザ光がレーザ開口部１５に入射する時刻までの差を計測し、その値に光速の２分の１を掛けることで、目標と分散開口部２との間の距離Ｄを上述の式（２）により算出することができる。
【００６３】
また、レーザ受信器１１から送信される受信データ信号Ｓｉの各遷移点における周波数と、レーザ送信器１０に対して送出する変調信号Ｓｏの最大周波数から上述の式（３）に基づいて、分散開口部２に対する目標の速度を求めることができる。
【００６４】
図１４は、光スイッチ１２および光スイッチ６１の構成例を示す図である。図１４（ａ）、（ｂ）において、１２０および６００はマイクロミラーであって、下部に設けられた図示しない圧電素子のようなマイクロアクチュエータによって上下させることにより、反射方向を変化させる。例えば、光スイッチ１２の構成例を示す図１４（ａ）において、入出力ポート５１を入出力ポート５２ｆに接続する場合は、ミラー１２０ａとミラー１２０ｂを持ち上げることによって、入出力ポート５１から出力されたレーザ光は入出力ポート５２ｆから出力される。また、光スイッチ６１の構成例を示す図１４（ｂ）において、入出力ポート６１ａを入出力ポート６１ｈに接続する場合は、ミラー６００ａとミラー６００ｂを持ち上げることによって、入出力ポート６１ａから出力されたレーザ光は入出力ポート６１ｈから出力される。なお、通常状態では、全てのミラーが下がった状態になっている。このミラー１２０、およびミラー６００の動作は、スイッチ選択器１０３によって上下動作が制御される。
【００６５】
このように構成されたレーザ装置１においては、レーザ光を短時間に所望の方向に出射することができる。例えば、レーザ光の送信方向の制御に、従来技術であるジンバルを用いた場合には、ジンバルの機械的な駆動に時間がかかるため、所望の方向にレーザ光を向けるのに秒単位の時間を要する。これに対して、レーザ開口部１５を分散配置したこの実施の形態１によるレーザ装置では、その１００分の１程度の時間でレーザ光を所望の方向に精度良く指向させることができる。また、レーザ光を指向させるための機械的な駆動部分は、ウエッジプリズム６３ａ、６３ｂ部や、鏡面を微小変位させる光スイッチに限定され、小型に構成することが可能であって、その駆動部分が少なくなるため、装置のメンテナンスも容易になる。また、駆動制御に関わる信号処理の負荷を低減することもできる。
【００６６】
また、目標と分散開口部２との位置関係が変わらない場合には、カメラ１６及び信号処理部４の追尾機能が無くても、目標にレーザ光を照射できると共に、目標からのレーザ光を受信できる。
【００６７】
この実施の形態によれば、レーザ送信器１０と、一端と他端の間でレーザ光を伝送する複数の光ファイバ１４と、レーザ送信器１０と複数の光ファイバ１４の一端との接続を切替える光スイッチ１２と、複数の光ファイバ１４の他端側に夫々結合され、光ファイバ１４を伝送されたレーザ光を外部空間に出力するように、分散配置された複数のレーザ開口部１５とを備えることにより、レーザ出射方向、または入射方向の変更を短時間で行うことのできるレーザ装置を提供することができる。
【００６８】
また、分散開口部２を航空機に分散配置することによって、航空機の周囲３６０°の視野内で所望の方向にレーザ光を出射することができるとともに、分散開口部２の設置高さを、航空機の胴体表面とほぼ同じ高さ、もしくは胴体表面からの突出高さが１０ｍｍ以下となるように設置することができる。これによって、分散開口部２の設置に伴なう空気抵抗が小さくなり、航空機の空力特性に与える影響を抑えることができる。
【００６９】
例えば、特許文献１に開示されるような従来のレーザ装置は、半球形状を有するジンバルの高さが１００ｍｍ〜５００ｍｍにも至り、航空機の胴体表面からの突出高さが１００ｍｍ以上となる。これによって、マッハ数２の最高速度で飛行することの可能な航空機が、ジンバルの突出高さに伴なう空気抵抗の影響によって飛行速度に制限を受け、例えばマッハ数１で飛行せざるを得なくなる。これに対してこの実施の形態では、ジンバルを用いないので、航空機の胴体表面からの突出高さを１０ｍｍ以下とすることができ、空気抵抗を極端に低減することができ、レーザ装置を搭載しても、ほぼ最高速度であるマッハ数２に近い速度で飛行することが可能となる。
【００７０】
また、このように突出高さを低くすることができるため、航空機胴体表面にレーザ装置を設置したことによる、レーザ断面積の変化を小さくすることができ、レーザ装置の搭載に伴なったステルス性の向上を図ることができる。
【００７１】
さらに、ジンバルの姿勢角を駆動制御するためのサーボ系制御用の信号処理器が不要となるため、信号処理器をより小型で簡素なものとすることができる。また、ジンバル自体を用いないために駆動部分が少なくなり、メンテナンスがより容易となる。
【００７２】
また、レーザ光を出射するための開口部分が、ジンバルよりもシンプルな構造で構成されるため、開口部分を小型化することが可能である。
【００７３】
また、ファイバーレーザ発振器（８０ｄ、５００）を用いてレーザ発振できるように構成されているので、狭い空間内にケーブルを配置するかの如く、光ファイバーを狭いスペース内に引き回し、あるいは必要に応じて丸めて配置することができ、配置位置の制約や配置スペース上の制約が緩和される。このため、レーザ開口部の分散配置を可能とすることができる。
【００７４】
ファイバーレーザ発振器とレーザ開口部の間を接続する光伝送経路を、光ファイバーを用いて構成することができるので、ミラーやプリズムなどの反射光学部品を精度高く配置して、光伝送経路を構成する必要がなく、また、反射光学部品の光軸がずれないように、反射光学部品を支持するための強度があって重い構造体を用いなくてもすむ。
【００７５】
また、光ファイバーを用いて光伝送経路が構成されるので、反射光学部品を適宜配置して光伝送経路を構成する際の、反射光学部品間の空間のエアーのクリーン度を上げる必要がない。
【００７６】
また、レーザ発振器からの連続光をＦＭ−ＣＷ変調する光変調器８１と、光変調器８１の出力光を増幅する光増幅器８３と、目標からの反射光と信号発生器（測距器１０２）の出力信号に基いて、受信光を変調する光ミクサを備えて、ＦＭ−ＣＷ変調方式のレーザレーダを構成することができるので、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）によるコヒーレント積分が可能となり、小さいパワーのレーザ光で遠方の測距が可能になる。特に、レーザパワーが小さいので、光学系の耐パワー性能、およびレーザ光路上の空間のエアーのクリーン度を低く設計できる。また、パルスレーザを用いた一般に広く利用されているレーザレーダに比べて、光受信器の高速応答が不要となり、高インピーダンスで反射光の受信が可能となる。さらに、ドップラーの同時検出が可能なため、変調した連続光レーザを照射し、時間積分することによって、目標の速度検出が可能となる。
【００７７】
また、レンズ６５の光軸方向を視野内に有するカメラ１６を、夫々のレンズ６５の周辺に複数備えたことにより、カメラ１６の画像中の目標にレーザ光を照射することができる。さらに、レーザ光を照射、受信した方向の状況を画像で確認することができる。
【００７８】
さらにまた、映像中から所望の目標と同じ特徴を持つ目標を探知し、その目標に対してレーザ光を照射できるため、例えば、自機に向かって飛しょうする脅威となる目標（例えばミサイル）をカメラ１６で発見し、レーザ光を照射して目標の飛行を妨害することができる。
【００７９】
実施の形態２．
この実施の形態のレーザ装置では、ファイバレーザを用いてレーザ発振を行い、レーザ送信器１０と波長変換器５２とを接続する第１の光ファイバ系統とは別個に、ファイバレーザと波長変換器とを接続する他の第２の光ファイバ系統を構成している。この実施の形態による波長変換器５２は、ファイバレーザ発振器５００の出力波長λ１と、実施の形態１で示したレーザ送信器１０の出力波長λ２との、二波長を用いて、ＯＰＡを構成する波長変換器５２によってレーザ光の波長変換を行う。
【００８０】
図１５は、実施の形態２によるレーザ装置の構成を示す図である。図において、ファイバレーザ発振器５００の入力端はポンプレーザ発振器５０１に接続されている。ポンプレーザ発振器５０１はファイバレーザ発振器５００の入力端に接続されている。ポンプレーザ発振器５０１は光強度が一定の波長λ０１（＝０．８１μｍ）のポンプ光（励起光）を発生し、ファイバレーザ発振器５００の一端に出力する。ファイバレーザ発振器５００の出力端は光ファイバ３００の一端に接続され、光ファイバ３００の他端は光スイッチ２００入力ポート２０１ａに接続されており、ファイバレーザ発振器５００は波長λ２（＝１．０６μｍ）のレーザ光を出力する。
【００８１】
また、レーザ送信器１０の出力端は光ファイバ１３ａの一端に接続されて、光ファイバ１３ａの他端は光サーキュレータ１７の入出力ポートに接続されている。レーザ送信器１０は上述したように、ファイバーレーザ発振器８０ｄを有しており、波長λ２（＝１．５５μｍ）のレーザ光を出力する。レーザ受信器１１は光ファイバ１３ｃを介して光サーキュレータ１７の出力ポートに接続されている。光ファイバ１３ｂの一端は光サーキュレータ１７の入出力ポートに接続され、光ファイバ１３ｂの他端は光スイッチ２００の入出力ポート２０１ｂに接続されている。光スイッチ２００の入出力ポート２０２（２０２ａ乃至２０２ｆ）、２０３（２０３ａ乃至２０３ｆ）は、光ファイバ４００（４００ａ乃至４００ｆ）、１４（１４ａ乃至１４ｆ） の一端に夫々接続されている。光ファイバ４００（４００ａ乃至４００ｆ）、１４（１４ａ乃至１４ｆ）の他端は、波長変換器５２（５２ａ乃至５２ｆ）に接続されている。波長変換器５２（５２ａ乃至５２ｆ）に設けられた光ファイバ６７は、レーザ出力部６０（６０ａ乃至６０ｆ）に接続されている。
【００８２】
この実施の形態によるレーザ装置は以上のように構成され、次のように動作する。
図１５に示したファイバレーザ発振器５００や、図７に示したファイバレーザ発振器８０ｄは、誘導放出効果を活性化させる活性物質を含む希土類ドープファイバレーザや、誘導放出用光ファイバに直列に接続されて非線形効果を活性化させる活性物質を含むラマンファイバレーザなどが用いられる。ファイバレーザは両端に一対の反射手段を備えている。この反射手段は、発振する光を反射するミラーやファイバグレーティングが用いられ、ファイバレーザを挟んでファブリ・ペロー共振器を構成している。
【００８３】
希土類ドープファイバレーザは、Ｎｄ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ等の希土類元素が石英系、フッ化物系、リン酸系等の光ファイバの中心をなすコアにドープされて構成されている。この例では、ファイバ−レーザ発振器５００の励起光が０．８１μｍであるので、希土類元素としてはＮｄを用いている。また、ファイバ−レーザ発振器８０ｄの励起光が０．９８μｍであるので、希土類元素としてはＥｒを用いている。これらの励起光は、反射手段を介して希土類ドープファイバに入力される。そして、励起光が希土類ドープファイバのコアを通過する際に、コアにドープされた希土類元素の最外殻電子を励起して反転分布の状態とし、自然放出光が放出される。そして、誘導放出効果によって自然放出光が一対の反射手段の間を往復しながら増幅され、ついには発振状態となる。発振状態の光（レーザ光）の一部が反射手段を透過して、所望の波長のレーザ光として出力される。
【００８４】
なお、ラマンファイバレーザを用いる場合は、石英系の光ファイバと、この光ファイバを挟んで配置される一対の反射手段とを備える。このラマンファイバレーザにおいては、希土類ドープファイバと同様に、ファイバグレーティングのような一対の反射手段で光ファイバを挟んでファブリ・ペロー共振器を構成している。ラマンファイバレーザにおいては、高パワーの励起光が反射手段を介してファイバレーザの一端から入力される。ラマンファイバレーザにおいては、高パワーの励起光が光ファイバを通過する際に、光と光学フォトン（格子振動）との相互作用において、励起光の一部は長波長側にシフトし、自然ラマン散乱光が得られる。そして、誘導ラマン散乱（非線形効果）によって、自然ラマン散乱光が一対の反射手段の間を往復しながら増幅され、ついには発振状態となる。そして、発振状態の光（レーザ光）の一部が反射手段を透過し、所望の波長のレーザ光として出力される。
【００８５】
光スイッチ２００は、入力ポート２０１ａがファイバレーザ発振器５００の一端に接続される。また、入力ポート２０１ｂが光ファイバ１３ｂの他端に接続される。光スイッチ２００の入出力ポート２０２（２０２ａ乃至２０２ｆ）、２０３（２０３ａ乃至２０３ｆ）は、波長変換器５２（５２ａ乃至５２ｆ）の一端に接続される。また、波長変換器５２（５２ａ乃至５２ｆ）の他端はレーザ出力部６０（６０ａ乃至６０ｆ）に接続される。光スイッチ２００は、入出力ポート２０１ａを、入出力ポート２０２（２０２ａ乃至２０２ｆ）に接続する。また、光スイッチ２００は、入出力ポート２０１ｂを、入出力ポート２０３（２０３ａ乃至２０３ｆ）に接続する。
【００８６】
かくして、光ファイバ８０ｃ、８３ａ、１３ａ、１３ｂ、および光ファイバ２０３は、第１の光ファイバ系統を構成する。また、ファイバレーザ発振器５００、光ファイバ３００、および光ファイバ２０２は、第２の光ファイバ系統を構成する。第１の光ファイバ系統中の光ファイバは、波長１．５５μｍの第１のレーザ光を伝送するときの損失が少なくなるように、波長１．５μｍ帯の光信号を伝送するに適したシングルモードファイバが用いられる。また、第２の光ファイバ系統中の光ファイバは、波長１．０６μｍの第２のレーザ光を伝送するときの損失が少なくなるように、波長１μｍ帯の光信号を伝送するに適したシングルモードファイバが用いられる。これらのシングルモードファイバは、比較的入手性が良い。
【００８７】
第１の光ファイバ系統を伝送された第１のレーザ光は、図６に示した波長変換器５２（５２ａ乃至５２ｆ）と同様、レンズ７１に入力される。また同時に、第２の光ファイバ系統を伝送された第２のレーザ光は、波長変換器５２のレンズ７１に入力される。波長変換器５２では、レンズ７１で集光された第１、第２のレーザ光が非線形光学部７０に入力されて、パラメトリック増幅作用によって、増幅された第１のレーザ光と、波長変換された第３のレーザ光を光ファイバ６７に出力する。第３のレーザ光として、例えば波長３μｍのレーザ光が出力される。
【００８８】
ここで、波長３μｍの第３のレーザ光は、例えば他のレーザ装置の電磁波受信センサの動作を妨害するために用いることができる。例えば、目標が飛しょう体であって、飛しょう体の先端に赤外線を感知するシーカが設けられた場合を想定する。この場合、レーザ開口部１５から、シーカの赤外線の検出波長（例えば３μｍ帯の）と一致するとともに、シーカの検出器の受光感度を飽和させる程度のレベルの高いレーザ光を照射する。この際、ファイバレーザ発振器５００を用いることによって、第３のレーザ光の出力パワーを適度なレベルまで増加させることができる。これによって、この実施の形態のレーザ装置は、飛しょう体の妨害装置として動作させることができる。
【００８９】
飛しょう体のシーカをこのような妨害装置として用いる場合は、第３のレーザ光が目標で反射されて戻ってくることは想定されておらず、１．５μｍ帯の第１のレーザ光のみ目標から反射された反射光を受光できれば良い。
【００９０】
なお、レーザ出力部６０を構成する光ファイバ６２には、１．５μｍ帯と３μｍ帯のレーザ光を高効率で伝送する光ファイバを使用する。一般に１．５μｍと３μｍ帯の両方を透過する光ファイバは、通信用に用いられている１．５μｍ帯の光ファイバと比較すると透過率は低いが、光ファイバ６２の長さは短く、問題にはならない。これによって、第１の光ファイバ系統からレーザ出力部６０の開口面（レンズ６５）に至るまでの経路において、１．５μｍ帯の第１のレーザ光と３μｍ帯の第３のレーザ光をレーザ出力部６０まで損失なく伝送することができる。また、１μｍ帯の第２のレーザ光はファイバレーザ発振器５００から第２の光ファイバ系統を用いて伝送されるため、レーザ出力部６０の波長変換器５２までの間を、１μｍ帯の第２のレーザ光を用いて損失なく伝送することができる。この場合、光ファイバ６７には、波長変換器５２で変換された３μｍ帯の波長のレーザ光が通過するが、これについては多少の伝送損失があっても構わない。
【００９１】
このような構成によって、伝送波長帯に合わせた光ファイバを用いてレーザ光を伝送し、レーザ出力部の開口面の直前に波長変換器を配置して、レーザ光の波長を変換するため、損失の少ないレーザ光の伝送と波長変換が可能となる。
【００９２】
この実施の形態によるレーザ装置では、入力されるレーザ光から波長の異なるレーザ光を生成し、生成したレーザ光を夫々のレーザ開口部１５に出力する波長変換器５２を備えたことにより、複数種類の波長のレーザ光を目標に照射できるため、レーザ光を照射する目標が持つセンサの種類に応じて、目標に照射するレーザ光を使い分けることができる。
【００９３】
また、波長の異なる第１、第２の波長のレーザ光を発生するファイバーレーザ発振器８０ｄ、およびファイバーレーザ発振器５００を備えて、第１、第２の波長に夫々対応してレーザ光を伝送する一対の光ファイバ対（４００、１４）を複数対備えることにより、夫々の光ファイバ対（４００、１４）毎に接続され、入力される第１、第２の波長のレーザ光に基づいて波長の異なる第３の波長のレーザ光を生成し、生成された第３の波長のレーザ光をレーザ開口部１５に出力する複数の波長変換器５２を備えることにより、光スイッチ１２は、ファイバーレーザ発振器８０ｄ、および５００と、複数の光ファイバ対（４００、１４）との接続を切替えるように構成しているので、同時に２目標に対してレーザ光を照射することができる。また、冗長系を持たせることによって、第１、第２のレーザ発振器のいずれか一方が故障した場合であっても、他方のレーザ発振器でレーザ照射を続行することができる。
【００９４】
実施の形態３．
実施の形態１では、ウエッジプリズム６６ａ、６６ｂと、球の曲率中心を向くように離散的に配置されたフェルール６３を用いて、レーザ出力部６０（６０ａ乃至６０ｆ）を構成していた。しかし、レーザ出力部としては、９０°×９０°の立体角を包絡するようにレーザの指向角度を調整するものであれば、他の機構を用いても良い。
【００９５】
この実施の形態では、例えば、９０°×９０°の角度範囲のみ駆動するような小型のジンバルにレンズ６５を配置して、レンズ６５に対してレーザ光を導くような光学系を構成する。これによって、比較的簡単な構成でレーザ光の指向方向を偏向させる光学系を実現することができる。このようなジンバルとしては、特許文献１に記載されるような大型のジンバルの可動角を制限して、小型のジンバルを構成すればよい。
【００９６】
実施の形態４．
この実施の形態４では、レーザ送信器１０から光通信用の変調信号Ｓｏを出力しても良い。例えば、光ファイバ通信で用いられているようなＮＲＺ（Ｎｏｎ Ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ Ｚｅｒｏ）信号をレーザ送信器１０から出力しても良い。レーザ送信器１０は、レーザ開口部１５からレーザ光を照射し、レーザ光の照射方向に配置された他のレーザ装置でレーザ光を受光する。また、レーザ受信器１１は、送信するレーザ光の波長帯域がレーザ装置のレーザ受信器１１の受信波長帯と一致する場合には、レーザ装置を光通信用の受信器として機能させる。
【００９７】
実施の形態５．
実施の形態１では、航空機にレーザ装置を搭載した例について説明した。しかし、実施の形態１で説明したようなレーザ装置は、他の移動体に搭載しても良い。例えば、陸上を移動する車両、または水上を移動する艦船、または空中を飛行する航空機、または宇宙空間を飛しょうする人工衛星などで構成しても良い。この場合には、レーザ装置を容易に移動できる他、移動体にレーザ装置の機能を付加することができる。また、移動体の進行方向に視野を持つカメラの分解能を、他の方向に視野をもつカメラの分解能よりも高くしてよく、この場合には、進行方向前方の障害物や目標を遠方で発見しやすくできる。
【００９８】
【発明の効果】
この発明によれば、以上説明したように、レーザ出射方向、または入射方向の変更を短時間で行うことのできるレーザ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１によるレーザ装置を航空機へ搭載した状態を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるレーザ装置を航空機に搭載した場合の開口面の配置を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１によるレーザ装置の構成を説明する図である。
【図４】この発明の実施の形態１によるレーザ装置の分散開口部の外観を示す斜視図である。
【図５】この発明の実施の形態１によるレーザ装置のレーザ開口部の構成を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態１によるレーザ装置の波長変換器の構成を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態１によるレーザ装置のレーザ送受信器の構成を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態１によるレーザ装置の光ミクサの出力するビート光の波形を説明する図である。
【図９】この発明の実施の形態１によるレーザ装置の信号処理部の構成を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態１によるレーザ装置の画像処理器の構成を示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態１によるレーザ装置の目標情報データベースの構成を示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態１による目標画像の例を示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態１による表示器のシンボル表示を示す図である。
【図１４】この発明の実施の形態１による光スイッチの一例を示す図である。
【図１５】この発明の実施の形態２による光スイッチと波長変換器の構成を示す図である。
【符号の説明】
１ レーザ装置、２ 分散開口部、３ レーザ送受信器、４ 信号処理部、５電源部、１０ レーザ送信器、１１ レーザ受信器、１２ 光スイッチ、１３ａ，１３ｂ 光ファイバ、１４ａ，１４ｂ 光ファイバ、１５ レーザ開口部、１６ カメラ、５２ 波長変換器、５３ 光学窓、５４ 光学窓、５５ 上蓋、６０ レーザ出力部、６１ 光スイッチ、６２ 光ファイバ、６３ フェルール（光ファイバ端末）、６５ レンズ、６６ａ，６６ｂ ウエッジプリズム、８０レーザ発振器、８１ 光変調器、８２ ドライバ回路、８３ 光増幅器、９２光ミクサ、１０１ 画像処理器、１０３ スイッチ選択器、１０４ 制御器、２００ 光スイッチ、５００ ファイバレーザ。
Claims (14)
- レーザ光を出力するレーザ光源と、
一端と他端の間でレーザ光を伝送する複数の光ファイバと、
前記レーザ光源と前記複数の光ファイバの一端との接続を切替える第１の光スイッチと、
前記複数の光ファイバの他端側に夫々結合する第２の光スイッチ、前記第２の光スイッチと夫々接続し二次曲面もしくは部分球面に所定の角度間隔で配置される複数の光ファイバ端末、前記二次曲面の焦点もしくは前記部分球面の曲率中心に主点あるいは中心を配置されてレーザ光を外部空間に出力するレンズ、を夫々含む複数の分散開口部と、を備えたレーザ装置であり、
前記第１の光スイッチは、指向方向の異なる前記複数の分散開口部のうち、レーザ光を外部空間に出力する分散開口部を選択し、
前記第２の光スイッチは、前記第１の光スイッチで選択された分散開口部内の複数の光ファイバ端末を切替え、前記第１の光スイッチで選択された分散開口部が形成する開口面内での指向方向を変化させる
ことを特徴とするレーザ装置。 - 前記複数の光ファイバの夫々に接続され、入力されるレーザ光から波長の異なるレーザ光を生成し、生成したレーザ光を夫々のレンズに出力する波長変換器を備えたことを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。
- 前記レーザ光源は、波長の異なる第１、第２の波長のレーザ光を発生する第１、第２のレーザ発振器を備え、
前記複数の光ファイバは、前記第１、第２の波長に夫々対応してレーザ光を伝送する一対の光ファイバ対を、複数対備え、
前記夫々の光ファイバ対毎に接続され、入力される第１、第２の波長のレーザ光に基づいて波長の異なる第３の波長のレーザ光を生成し、生成された第３の波長のレーザ光を前記夫々のレンズに出力する複数の波長変換器を備え、
前記第１の光スイッチは、前記第１、第２のレーザ発振器と、前記複数の光ファイバ対との接続を切替えるように構成された
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。 - 前記波長変換器は、光パラメトリック増幅器によって構成されることを特徴とする請求項２もしくは請求項３に記載のレーザ装置。
- 前記レーザ光源は、信号光、ポンプ光を夫々発生する第１、第２のレーザ発振器を備え、
前記複数の光ファイバは、前記信号光とポンプ光に夫々対応してレーザ光を伝送する一対の光ファイバ対を、複数対備え、
前記夫々の光ファイバ対毎に接続され、入力される信号光を入力されるポンプ光で増幅する、複数の光パラメトリック増幅器を備え、
前記第１の光スイッチは、前記第１、第２のレーザ発振器と、前記複数の光ファイバ対との接続を切替えるように構成された
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。 - 前記レーザ光源は、ファイバレーザで構成されたことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載のレーザ装置。
- 前記第１のレーザ発振器は、連続光を出力するファイバレーザと、前記レーザ光源の出力光を変調する光変調器と、前記光変調器の出力光を増幅する光増幅器とで構成され、
前記第２のレーザ発振器は、ファイバレーザで構成された
ことを特徴とする請求項３もしくは請求項５に記載のレーザ装置。 - レーザ光源から出力され、外部の特定の物体で反射されたレーザ光を受信するレーザ受信器と、
一端と他端の間でレーザ光を伝送する複数の光ファイバと、
前記レーザ受信器と前記複数の光ファイバの一端との接続を切替える第１の光スイッチと、
前記複数の光ファイバの他端側に夫々結合する第２の光スイッチ、前記第２の光スイッチと夫々接続し二次曲面もしくは部分球面に所定の角度間隔で配置される複数の光ファイバ端末、前記二次曲面の焦点もしくは前記部分球面の曲率中心に主点あるいは中心を配置されて外部空間からの入射光を受光するレンズ、を夫々含む複数の分散開口部と、を備えたレーザ装置であり、
前記第１の光スイッチは、指向方向の異なる前記複数の分散開口部のうち、外部空間からの入射光を受光する分散開口部を選択し、
前記第２の光スイッチは、前記第１の光スイッチで選択された分散開口部内の複数の光ファイバ端末を切替え、入射光を受光する光ファイバ端末を選択する
ことを特徴とするレーザ装置。 - 連続光を出力するレーザ発振器と、
変調信号を発生する信号発生器と、
前記信号発生器の出力信号に基づいてレーザ発振器からの連続光を変調する光変調器と、
前記光変調器の出力光を増幅する光増幅器と、
目標からの反射光と前記信号発生器の出力信号に基づいて受信光を変調する光ミクサと、
一端と他端の間でレーザ光を伝送する複数の光ファイバと、
前記複数の光ファイバの夫々の一端に接続された第１の光スイッチと、
前記光増幅器から出力されたレーザ光を前記第１の光スイッチに分配し、前記第１の光スイッチから出力される目標からの反射光を前記光ミクサに分配する光サーキュレータと、
前記光ミクサの出力信号に基づいて受信データ信号を出力する光受信器と、
前記複数の光ファイバの他端と夫々結合する第２の光スイッチ、前記第２の光スイッチと夫々接続し二次曲面もしくは部分球面に所定の角度間隔で配置される複数の光ファイバ端末、前記二次曲面の焦点もしくは前記部分球面の曲率中心に主点あるいは中心を配置されて外部空間にレーザ光を出力するもしくは外部空間からの入射光を受光するレンズ、を夫々含む複数の分散開口部と、を備えたレーザ装置であり、
前記第１の光スイッチは、前記光サーキュレータと前記複数の光ファイバの一端との接続を切替えて、指向方向の異なる前記複数の分散開口部のうち、レーザ光を外部空間に出力するもしくは外部空間からの入射光を受光する分散開口部に接続し、
前記第２の光スイッチは、前記第１の光スイッチで選択された分散開口部内の複数の光ファイバ端末を切替え、前記第１の光スイッチで選択された分散開口部が形成する開口面内での指向方向を変化させるもしくは入射光を受光する光ファイバ端末を選択する
ことを特徴とするレーザ装置。 - 前記夫々のレンズの外部空間側に配置されたウェッジプリズムを備え、
前記ウェッジプリズムは、前記夫々のレンズの光軸回りに回転自在に支持され、その回転角を調整することによってレーザ光の出力方向を変化させることを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載のレーザ装置。 - 前記レンズの光軸方向を視野内に有するカメラを、前記夫々の分散開口部の周辺に備えたことを特徴とする請求項１乃至９の何れかに記載のレーザ装置。
- 前記夫々のカメラは、赤外領域に感度を有したことを特徴とする請求項１１記載のレーザ装置。
- 前記夫々のカメラで撮影した映像中から、像からの照度、形状、および動作軌跡に特徴を有する物体を目標として検出する信号処理部を備えたことを特徴とする請求項１１記載のレーザ装置。
- 前記複数の分散開口部の夫々には前記レンズの光軸方向を視野内に有するカメラを有し、
前記第１の光スイッチは、前記複数の分散開口部のうち、前記カメラの画像から抽出した目標の動作軌跡に基づき予測した所定時間後の目標の未来位置がレーザ照射領域内に入る分散開口部を選択することを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。
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