JP4686277B2 - 距離測定装置および距離測定方法 - Google Patents
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Description
例えば、本発明は、レーザーダイオードの波長依存型外部共振器フィードバック制御を用いた絶対距離測定装置および距離測定方法に関する。
波長変調は、波長をフィルタにかけることと、外部共振器の範囲を規定する2つのエンドリフレクタの間の光路長を変更することの組み合わせによって実行される。
外部共振器は、外部フィードバックリフレクタと、外部リフレクタに対して遠位側のレーザーチップ面によって形成される。
この場合、レーザーは自己光混合状態で作動され、通常は単独のレーザーダイオード内で生じるレーザーダイオード面反射が生じるところ、外部測定ターゲット面から反射されたフィードバックがレーザーダイオード面反射の動作に干渉する。
これは、しばしば自己光混合と呼ばれる。
その結果発生する信号は、レーザー媒体によって増幅され、外部共振器の長さに応じて周期的に変化する信号を提供する。
ターゲット内部反射光と外部反射光との間の自己光混合干渉効果による変調されたレーザー波長の機能によりターゲット面から後方散乱された光はレーザー出力に大きな変動を生じさせる。
レーザー波長の関数として、レーザー出力信号の干渉ピークの発生を測定することにより、ターゲットまでの距離を推測することができる。
この場合も、ターゲットまでの距離と既知の波長の関数として、レーザー出力信号の干渉ピークを測定することによって、ターゲットまでの絶対距離を推測することができる。
ターゲットまでの距離、又はレーザー波長を変調するのに必要な追加要素はレーザーダイオード自己光混合効果に基づく絶対距離測定装置のコストを上昇させ、複雑性を高める。
さらに、これら自己光混合型距離計は、レーザーの公称波長の変移によって精度が低下するが、これは周囲温度、自己発熱などの変化によってもたらされる可能性がある。
温度の変化は、モードホップを引き起こす場合もあり、これによっても測定精度が低下する。
色分散合焦素子は、光の波長に応じて色分散合焦素子からの距離が異なる焦点に、光を合焦させる。色分散素子は、共鳴型外部共振器の中の、半導体レーザー発振媒体とターゲット面との間に配置される。共鳴型外部共振器の一端はターゲット面によって形成され、もう一方の端は半導体発振媒体の遠位面によって形成される。
多重波長の要素を有してもよい光の合焦に色分散合焦素子を使用して、光の単独波長要素をターゲット面に正確に合焦する。ターゲット面に合焦されたこの光の波長は、レーザー発振媒体の導波路へのフィードバック信号として、もっとも効果的に結合又は反射される波長である。
従って、フィードバック信号は主に、ターゲット面の色分散素子によって正確に合焦された波長の光を含む。自己入射光の優勢な波長におけるレーザーのゲイン閾値を下げることにより、このフィードバック信号は、レーザー発振媒体の出力波長に強力な影響を与え、あるいは制御する。
誘導放出プロセスを通じて、発振媒体の高ゲインと強力モードの競合が、レーザーの出力の波長を色分散素子とターゲット面の間の絶対距離に対応させ、それによってターゲット面と色分散素子の間の絶対距離の測定値を提供する。
半導体レーザー発振媒体は、共鳴型外部共振器と光結合した近位面を被覆する反射防止(AR)膜を有してもよい。
反射防止膜の反射率は、例えば、約3×10−3未満、約1×10−3未満、約5×10−4未満とすることが例として挙げられる。
これによって単独のレーザー共振器内の近接面フィードバックを抑制またはほぼ除去するが、さもなければ望ましい外部共振器フィードバックと競合し、スペクトルモードが不安定になる。
ターゲット面から最も遠いレーザーダイオード面は、本明細書では、同義的に遠位面又は裏面と称する。
レーザー発振媒体の遠位面には、部分的に透過可能な反射膜が提供されてもよく、ターゲット面までの絶対距離を判定するために、検出器によって放射波長が測定可能な共鳴型共振器からの十分な放射を発光またはリークする。
ガウス焦点深度が十分に長い場合、1つ以上の縦モードがガウス焦点深度において十分に合焦してもよい。
エタロンは、レーザー発振媒体による増幅の縦軸光モードから1つを選択するように設計されている。
レーザー発振媒体10は、遠位末端面12と近位共振器内面14によって規定される範囲を有する。レーザー発振媒体10は、分岐ビームパターンで放射する。
分岐ビームパターンは、コリメータレンズ20によってほぼ平行な光線にコリメートされ、その後、色分散合焦素子30によってターゲット面40上の1点に合焦させられる。色分散合焦素子は、波長が異なる光を異なる焦点面に合焦させる特性を持ち、その合焦位置は光の波長に依存するという特性を有する。
ターゲット面は、レーザーダイオードのゲインバンド幅の内側の少なくとも1つの波長の正確な焦点深度に位置する。
ターゲット面40上の焦点位置からの反射(後方散乱)光は、円錐状アドミタンス16に入る。反射光結合が十分な強度を有するためにレーザーのゲイン閾値が実質的に下がる場合、発振媒体10は、誘導放出を通して反射光又は後方散乱光を増幅させる。
前述のように、共振器内面14の表面のARコーティングは、単独レーザー共振器の中で内部反射フィードバックを抑制、又はほぼ除去する。
従って、レーザーダイオードの出力波長は、外部共振器からもっとも効果的に反射又は結合された波長によって異なり、ターゲット面40の平面に合焦された波長である。
このように、レーザーダイオードの出力波長は、色分散合焦素子30とターゲット面40の間の絶対距離に対応する。
従って、共振器はΔλ=λ2/2Lextに従って間隔を空けた縦モードΔλを支持することができる。光路長が約10ミリメートル(mm)、波長が約1550nmの共振器では、縦モード間の間隔は、約0.12nmである。
ゲイン閾値が最低(損失が最少)のモードは、発振媒体でのモード競合が強いため、レーザー波長を優勢に制御する。
レーザー発振媒体10は、例えば600−1500nmの波長領域で発光するファブリー・ペロー式、エッジ発光、又はVCSEL単独空間モード半導体増幅器であってもよい。
New Mexico州AlbuquerqueのZia Laser,Incorporatedは、1200nmを中心としたゲインバンド幅で、幅200nmを超えるゲイン曲線を示すInGaAs量子ドット外部共振レーザーダイオードを製造している。
これらのパラメータは、この装置の様々なアプリケーションに適しているが、このデバイスはこれに限られない。
他にも多くの公称波長やゲイン曲線幅が、様々なアプリケーションで使用可能である。
当然のことながら、色分散合焦素子30の色分散特性を含む、光学系設計と組み合わせて、波長検出分解能は、装置の測定分解能を概ね決定し、レーザーゲイン曲線の幅は、装置の絶対測定範囲を決定する。
さらに、出力ビームは、非環状又は楕円形で、1つの軸に沿った分岐角と、別の軸に沿った分岐角とを有してもよい。
このような楕円ビームの結果、非点収差となり、楕円ビームは2つの異なる深度に合焦し、数ミクロン(μm)の深度不確実性の原因となる。
レーザー発振媒体10とコリメータレンズ20の間に配置された、非球面レンズ、弱円柱レンズ、又はアナモルフィックプリズムペア、あるいはその他いずれかの好適な現在周知又は今後開発される方法を用いて、このようなビーム非点収差を好適なレベルまで減少させてもよい。
色分散屈折レンズ素子、及び回折光学素子は、そのような色分散合焦素子の例であって、色分散合焦素子30と焦点位置の間の距離は、放射波長の関数である。
この関係は分散定数KLを特徴とし、これは色分散合焦素子30の波長の変化で焦点距離の変化を割ったものと等しい。
KLは、例えばおおよそ5−10μm/nmであるが、本装置は特定の分散定数値の範囲にも限定されない。
さらに、色分散合焦素子30として屈折レンズを採用する場合、KLは正の数でもよく、色分散合焦素子30として回折光学素子を採用する場合、KLは負の数でもよい。
このような回折光学素子のよく知られた例の1つは、フレネルゾーンプレートである。
フレネルゾーンプレートは、放射対称光学素子であって、光不透過性の領域を有し、光透過性の領域と共に変化する。
代表的なフレネルゾーンプレートの中央リングの例示的模式図を図2に示す。
図3では、代表的なフレネルゾーンプレートの透過性中央領域と光不透過性周辺領域を示すが、平面波の光線32は、フレネルゾーンプレート33の不透明リングの外縁の位置34で回折され、光軸31上の位置36までの距離ρを移動する。
平面波の別の光線は、フレネルゾーンプレートまで光軸31に沿って移動し、フレネルゾーンプレートの平面から同じ位置36までの距離ρ0を移動する。
2つの異なった経路を移動する光線は、両者の間の位相差が、点光源から放射される光の波長の整数である場合に、積極的に干渉する。
数学的には、この状態を以下のように表現できる。
このように、いくつかのリングからなるフレネルゾーンプレートは一般的に、多くのアプリケーションに適しており、リングの理想的な数は、シミュレーション又は実験によって決定及び/又は確認される。
そのようなフレネルゾーンプレート33からの光線は、焦点位置fm(λ)で合焦するが、この位置は以下の式で求められる。
ガウス焦点深度の中心におけるビーム幅は、式(3)に従って波長λ1及びガウス深度と関係するビームウェストすなわちスポットサイズω1を特徴とし、ここでωLは色分散合焦素子30でのビーム半径であり(図1に示す)、NAは色分散合焦素子30の開口数であって、焦点距離で分割された絞り径として定義される。最少焦点位置ω1は、色分散合焦素子30からの距離z1に生じ、定位相46の表面は、図4では垂直(平面)である。
いくつかの多層回折光学素子(DOE)では、達成可能な開口数が干渉効果によって制限され、つまり光路に沿って後に発生する回折光学素子の経路の突出が、光路に沿って先に発生するDOEの特性によって回折した光線の経路をさえぎり、素子の透過を減少させるとともに、焦点をぼかす。
屈折型の色分散合焦素子30を使用することによって、又は1つ以上の従来レンズと組み合わせて「複合」色分散合焦素子30を形成することによって、色分散回折光学素子からのビーム又はスポットを受光し、それを再拡大して開口数を大きくし、開口数の増大を達成する。このような多重レンズを用いた「複合」色分散合焦素子を提供する1つの可能な構成は、Dobson et al.による前述の記事に記載されている。
波長測定装置60は、絶対距離測定装置6の外部共振器内に配置されたビームスプリッタ50から回折された光を受光する。
ビームスプリッタ50は、波長測定装置60の入力絞りに光線を集中させる焦点レンズ55(オプション)に、平行光線を導く。
波長測定装置60は、例えば、検波計、分光計、又は波長感応性フォトダイオードであってもよい。好適な波長感応性フォトダイオードは、Pacific Silicon Sensors, Inc.,5700 Corsa Ave.Westlake Village,CAより購入可能である。次に波長測定装置60は、検出光の波長を示す信号を出力し、色分散合焦素子30とターゲット面40の間の距離を順次表示する。
しかし、ビームスプリッタ50は、外部共振器からレーザー発振媒体10にフィードバックされた光の光出力を減少させるので、潜在的なSN比と、結果的に絶対距離測定装置6の測定性能を下げる可能性がある。
裏面12からの発散光(放射)は、コリメータレンズ70によって視準され、入力焦点レンズ80によって、波長測定装置90の入力に合焦されてもよい。この構成には、発振媒体を横断する前に外部共振器から光を抽出するというより、発振媒体を横断した後にレーザー外部共振器から発光された光を標本抽出できるという長所があり、波長判定外部共振器からレーザー発振媒体にフィードバックされた一次測定信号光の光出力を減少させないようになっている。
例えば、半導体光学増幅器(SOA)と一体化した広範可変レーザーの発光波長を監視する方法が、“Wavelength Monitoring in Widely Tunable Sampled−Grating DBR Lasers Integrated with Semiconductor Optical Amplifiers”by L.Majewski, J.Barton, L.A.Coldren,Y.Akulova,and G.Fish, Proc.CLEO/QELS 2002,paper no.CWK4,LongBeach,CA,(May 19−24,2002)(c) Optical Society of Americaの記事に記載されており、これを本明細書に参照して援用する。
先に公開された波長測定方法より精度が劣るものの、この方法は、その代わりにいくつかのアプリケーションでは有利なコストパフォーマンスを提供する。論文記載のIC構造を使用して、ICのSOA部での透過電流がICのレーザー部のレーザー発光波長に依存することを利用する。
透過電流は、レーザー波長のほぼ線形機能であるが、精密ラボ用波長計を使用したキャリブレーションセットアップで精密に測定される多くの波長に対応する高次の命令機能又は参照表を使用して、精密外部波長検出器に対して比較的精密に較正することもできる。
その後、動作中に、様々な周知の精密流れ測定回路を、望ましければICに組み込んで、使用して、透過電流を測定でき、測定された透過電流から波長をデコードすることができる。温度の影響による潜在的不具合をなくすため、周知のレーザーダイオード温度安定化技術を使用してもよい。
又は、波長対透過電流の関係の温度依存補正に装置の温度を関連づける較正表と連動して、温度検出素子を使用してもよい。波長監視にこのような手段を用いる場合、先に公開された構成とは対照的に、外部検波計、又は関連する光学部品は不要で、コストの削減と装置の小型化が達成される。
例えば、表1記載のパラメータを使うと、ガウス焦点深度は25nmで、式(4)によれば、分解能バンド幅は2.5nmとなり、それに対してモード間隔は0.12nmしかない。従って、分解能バンド幅には、潜在的に複数の縦モードが含まれる。
しかし、ダイオードレーザーゲインは非常に高いので、モード競合は最低のゲイン閾値、すなわちターゲット面で最適に合焦する波長を有するモードに非常に有利で、そのため外部共振器からレーザー発振媒体10に戻って結合する最少損失及び/又は最大光出力を有する。
理想的には、このため、最適合焦波長はレーザー発振波長を優勢、又は完全に判定し、代わって対応する焦点距離、つまりターゲット面までの測定距離を高い分解能と精度で表示する。
一般的に、ダイオードレーザーゲインは非常に高いので、その結果得られるレーザー発振の線幅は、分解能バンド幅よりも非常に小さく、縦モード間隔よりも小さい。
このような場合、測定精度は、外部共振器レーザー装置の内在的要因よりも、波長検出方法や、ターゲット面の粗さなどの別の要因によって主に制限される可能性がある。
原因にかかわらず、多くの場合、結果的な「広い」波長検出信号は、ターゲット面のもっとも代表的な位置で最適に合焦する波長に集中する。
中心波長、又は検出レーザー波長出力スペクトルの「重心」又は平均を事実上決定する信号取得及び解析技術を使用することによって、明らかな波長検出信号のバンド幅よりも細かいレベルでも、まだ測定分解能を決定することができる。
例えば、測定分解能は、レーザー共振器モード間隔に、例えば前述の設計パラメータの一式の例に対する波長変化の約0.12nmに、対応するレベルで達成できる。
これは、KL=10um/nmの時に約1.2umの絶対距離測定装置分解能と一致する。
エタロンは、装置の測定範囲内で発生する波長に合焦する分解能バンド幅ΔλCDに収まる複数の潜在モードから、1つだけを確実に選択するため、デバイスが離散波長の櫛歯パターンの発振だけをするような、特定の波長だけを通過させる。
図7は、下記の方法で望ましくないモードを抑制するために、エタロン100を組み込んだ測定装置8を示す。
エタロン100は、コリメータレンズ20と色分散素子30の間の外部共振器に位置する。
エタロン100は、わずかな入射角を提供するために設けられ、測定装置8のレーザー発振媒体10の望ましい動作を中断させる再帰光を防止する。
図8は、外部共振レーザーの支持縦共振モード波長120のスペクトル上に重ねられたレーザー発振媒体10のゲインスペクトル110を示す。
符号121は、2つの隣接する縦モードを示す。
支持縦共振モード波長120は、議論の目的にとって理想的であることが、好ましい。一般的に、操作上の外部長さに多少の変化をもたらす表面粗さ、及び/又は振動のため、実際の装置には、付加的支持波長が存在するのが普通である。符号130は、既述の動作原則に従ってレーザー発振媒体と再結合した光フィードバックスペクトルを示す。光フィードバックスペクトル130は、既述の通り、式(4)に従って、分散定数KLとガウス焦点深度によって決定された分解能バンド幅ΔλCDを有する。エタロンによって通過させられた離散波長の代表的な櫛歯パターン135も、図8に示される。
例えば図8の例では、エタロンがなくても、約6カ所以上の潜在的縦モードが、分解能バンド幅ΔλCD内に収まっている。
しかし、必要な場合や望ましい場合には、共振器内エタロン100を使って多重モード挙動を抑制してもよい。
これにより、離散波長の波長でレーザー発振させるだけで、予測不可能な多重モード挙動を効果的に抑制又は除去することができる。
フィネスfのエタロン及び自由スペクトラル範囲(FSR)を挿入することで、フィードバック光信号の選択性が向上する。単独縦モードを選択するため、自由スペクトラル範囲とエタロンの手法は式(5)となるように選択され、ここで自由スペクトラル範囲は式(6)によって計算され、tは光線の方向に沿った有効な厚みであり、nはエタロンの屈折率である。
表1記載のパラメータのため、これは約1mm未満の光学的厚さに対応する。
表面からの反射がレーザー発振媒体10と再結合しないように、エタロンは、レーザービームに対して1−2度の角度で傾いてもよい。
式(5)で表されるように、エタロンスペクトラル通過帯域は、光フィードバックスペクトル130内で支持される波長を通過させられるほど十分に広く、そして光フィードバックスペクトル130内の他の外部共振器側モードを抑制できるほど十分に狭く、設計されている。
エタロンフィネスf、は、エタロンの好適な透過線幅で分割されたエタロンの自由スペクトラル範囲によって与えられる。
隣接する外部共振器モードがフィルタにかけられる状態では、エタロンフィネスの限界が低くなる。
レーザーが単独モードで動作するため、エタロン100の通過域が、外部共振器モード間隔の2倍、つまり本明細書で使用される設計パラメータの例では0.24nm、と同等又はそれより小さくなければならない、という条件がある。
式(6)で計算されるFSR=1,25nmを使うと、手法は少なくともf>5でなければならない。
従って、エタロン100を使うと、レーザーは、エタロンによって透過され、光フィードバック曲線130のピークに最も近い波長を有するモードを発振するだけでよい。
エタロン100を使用する時は、値ΔλET(図8に定性的に示す)によって分離されたディスクリート波長のみがエタロンによって変えられるので、ΔλETの波長変化に対応する蓄積量によってターゲット面までの距離が変化する時だけ、測定装置8の測定距離は、あるディスクリート測定値から別の値に変化するのが好ましく、これは一般的な意味では、縦共振器モード間隔の少なくとも数倍になる。
このように、一般的に、測定装置8の潜在的測定分解能と精度は、測定装置5,6及び7の潜在的測定分解能と精度よりも劣る。
しかし、測定装置8は、多くのアプリケーションに十分な分解能と精度と同時に、より安定した、又は予測可能な、動作も提供する。
一般的に、レーザー発振媒体10の面12と14の間だけを循環する光に対して、外部レーザー共振器内で循環する光の効果を最大限に引き出すために、この反射率をできるだけ低くすべきである。共振器内面14の反射率が、ターゲット面40の反射率に関連する特定の臨界値よりも大きい場合、外部共振器は発振波長を制御できなくなり、装置は動作しない。
共振器内面14対ターゲット面40の反射率の安定基準の詳しい処理は、“Bistability in Grating−Tuned External−Cavity Semiconductor Lasers、”by Zorabedian et al.,IEEE Journal of Quantum Electronics,vol.QE−23,No.11,November 1987に記載されており、これを本明細書に参照して援用する。
この状態では、次の式による。
Δgを、外部フィードバックgextを含むゲイン閾値と外部フィードバックgiを含まないゲイン閾値との差と定義すると、次の式になる。
従って、外部共振器がレーザー発振を制御できなくなる条件は、Δg>0の時である。
この関係は式(11)で表すことができ、ここでn0は閾値での単独レーザーの反射指数で、αは反射指数における架空の変化に対する現実の比率として定義される。
キャリア密度の変化によるレーザー線幅上の拡張効果のため、αはしばしば線幅強化係数と呼ばれる。
ターゲット反射率1×10−2に対応する図9の一番下の曲線では、歪みは比較的小さく、最大閾値と最少閾値の間に縦線を引く位置に近づくだけである。
ターゲット反射がこの値の時、レーザーは安定した、単独モード動作を示す。Rts=4×10−3に対応する次の曲線では、任意の周波数に対して2つ以上のゲイン閾値が存在するように、歪みは縦線を越えている。従って、共振器内面14から反射された波の、ターゲット面40から反射された波への干渉による、ゲインの比較的大きな変動のため、ゲイン特性が再入し、複数の閾値を有する周波数領域を作る。最低ターゲット反射率1×10−3に対応する一番上の曲線では、ゲイン特性がゼロ上にあり、ターゲット反射率の値がこれほど低い時、外部共振器は発信を制御できなくなる。
このように、レーザーダイオード絶対距離測定装置5が単安定状態で動作するためには、1×10−2は、この仮定の1組のパラメータにとって、ターゲット面の反射率Rtsの臨界値である。
ゲインプロフィールが再入するターゲット反射率の値は、共振器内面反射率に依存する。
任意の1組の設計パラメータでは、ターゲット反射率の臨界値は、通常、共振器内面反射率の値に対応する。このように、レーザーダイオード絶対距離測定装置5の安定動作を維持しながら、低いターゲット反射率にする1つの方法は、共振器内面反射率を減少させることである。
式(10)によれば、ゲイン閾値は、レーザー発振媒体10の共振器内面14の反射率と比較した、ターゲット面40を含む外部共振器の有効反射率の割合に依存する。図10は、絶対距離測定装置が安定した単独モード出力を操作する値を示す。図の3本の線は、線強化要素αの異なる値に対応する。線は、レーザー発振媒体10の共振器内面14の反射率Riと比較したターゲット面の反射率Rtsの割合に基づいて、図9で図解した再入挙動などの不安定な挙動の領域から、安定挙動の領域を分離する。図に見られるように、安定挙動の最大の領域は、線強化係数αの最少絶対値に対応する。
例えば、図10によれば、レーザー発振媒体10の共振器内面14の反射率が5×10−4の時、絶対距離測定装置が安定状態で動作するために、線幅強化係数が−7の場合、ターゲット面の反射率は約5%を超える必要がある。線幅強化係数が−5の場合、ターゲット反射率は2.5%と低く、絶対距離測定装置5は依然安定モードで動作する。線幅係数が−3しかない場合、ターゲット反射率は1%と低く、絶対距離測定装置はまだ安定モードで動作する。線幅強化係数αの値は、レーザーダイオードの構造に大きく依存し、レーザーゲインバンド幅のエッジ付近のレーザー入射の流れや動作からも影響を受ける。実際問題として、動作可能な線幅強化係数αを提供するレーザーダイオードは入手または製造可能であり、測定装置5の動作安定性を保証するため、容易に指定及び/又は変更、又は制御可能な一次要素は、共振器内面14の反射率である。
Claims (27)
- 距離測定装置であって、
焦点面に光を合焦させる合焦素子と、共振器内面及び裏面を有する発振媒体と、前記裏面とターゲット面との間に形成された共鳴共振器と、を備え、
焦点面と合焦素子との距離である個別距離は光束中の各光の各波長に応じて決定され、
前記ターゲット面が前記個別距離に位置する際に前記ターゲット面上の焦点位置にて光束中の各波長の光が反射され、
さらに、前記発振媒体は前記ターゲット面上の焦点位置にて反射された光束中の各波長の光を増幅させるように配置された
ことを特徴とする距離測定装置。 - 請求項1に記載の距離測定装置において、
さらに、前記発振媒体によって増幅された光束中の各波長の光を検出して、前記各波長に対応する信号を提供するよう配置された波長検出器を備え、
前記各波長は前記個別距離に対応し、
前記信号は個別距離の指標となる
ことを特徴とする距離測定装置。 - 請求項2に記載の距離測定装置において、
さらに、共鳴共振器内で循環する光を前記波長検出器の中に導くビームスプリッタを備えた
ことを特徴とした距離測定装置。 - 請求項2に記載の距離測定装置において、
前記波長検出器が発振媒体の裏面の後ろに配置されている
ことを特徴とした距離測定装置。 - 請求項2に記載の距離測定装置において、
さらに、コリメータレンズと結像レンズとを備え、
前記コリメータレンズおよび結像レンズは、検出対象である波長の光を受光し、この光を前記波長検出器の入力に集中させる
ことを特徴とする距離測定装置。 - 請求項2に記載の距離測定装置において、
前記波長検出器が、分光計、検波計、及び波長感応性フォトダイオードのいずれかである
ことを特徴とした距離測定装置。 - 請求項2に記載の距離測定装置において、
前記波長検出器が、半導体光学増幅器を備え、
前記半導体光学増幅器の透過電流はレーザー出力波長に依存する
ことを特徴とした距離測定装置。 - 請求項1に記載の距離測定装置において、
さらに、前記共鳴共振器内に配置されたエタロンを備えた
ことを特徴とした距離測定装置。 - 請求項8に記載の距離測定装置において、
前記エタロンが、前記共鳴共振器によって規定された光軸に対して非垂直の角度で配置されている
ことを特徴とした距離測定装置。 - 請求項1に記載の距離測定装置において、
前記発振媒体の前記共振器内面が反射防止膜でコーティングされている
ことを特徴とした距離測定装置。 - 請求項1に記載の距離測定装置において、
前記発振媒体の前記共振器内面の反射率が、前記ターゲット面の反射率の10分の1以下であることを特徴とした距離測定装置。 - 請求項1に記載の距離測定装置において、
さらに、前記発振媒体と前記合焦素子の間に配置され、前記発振媒体によって増幅されて前記ターゲット面に向けて発光された光の非環状ビーム形状を修正する光学素子を備えた
ことを特徴とした距離測定装置。 - 請求項1に記載の距離測定装置において、
さらに、前記発振媒体と前記合焦素子との間に配置されたコリメータレンズを備えた
ことを特徴とした距離測定装置。 - 請求項1に記載の距離測定装置において、
前記合焦素子が回折光学素子である
ことを特徴とした距離測定装置。 - 請求項14に記載の距離測定装置において、
前記回折光学素子がゾーンプレートである
ことを特徴とした距離測定装置。 - 請求項1に記載の距離測定装置において、
前記発振媒体が約−7より大きい線幅強化係数を有することを特徴とした距離測定装置。 - 距離測定装置であって、
焦点面までの距離である個別距離が光束中の光の各波長に応じて決定され前記焦点面に光を合焦させる合焦素子と、共振器内面及び裏面を有する発振媒体と、前記裏面とターゲット面との間に形成された共鳴共振器と、を備え、
前記ターゲット面が前記個別距離に位置する際に前記ターゲット面上の焦点位置にて光束中の各波長の光が反射され、その光は、前記個別距離に対応する個別優勢波長を有し、
前記発振媒体は、焦点位置にて反射された光の個別優勢波長を受光する位置に配設され、個別優勢波長の光を増幅して、十分明瞭に区分される光の波長を提供し、
前記十分に明瞭に区分される光の波長は、合焦素子とターゲット面との距離の指標となる
ことを特徴とする距離測定装置。 - 距離測定装置であって、
共振器内面及び裏面を有し、光を放出する光増幅発振媒体と
前記発振媒体からの光を受光するとともに、対応する個別距離で各波長の光をそれぞれ合焦させる合焦素子と、
前記裏面とターゲット面との間に形成された共鳴共振器と、を備え
前記ターゲット面は、前記合焦素子からの個別距離に位置され、対応する合焦した各波長の光を発振媒体に向けて再帰させて、その再帰光は発振媒体にて受光される優勢波長となり、
前記発振媒体は、前記受光した光の優勢波長を優先的に増幅及び発射して、明瞭に区分された波長の光を提供し、
前記明瞭に区分された波長の光は合焦素子からターゲット面までの指標となる
ことを特徴とする距離測定装置。 - 距離測定装置であって、
光の波長に応じて位置が決定される焦点面に光を合焦させる手段であって、ターゲット面が対応する各焦点面に位置する際にターゲット面上の各焦点位置にて光束中の各波長の光が反射され、前記ターゲット面の前記焦点位置から反射された光束中の各波長の光を増幅する手段と、
共振器内面及び裏面を有する発振媒体と、
前記裏面とターゲット面との間に形成された共鳴共振器と、を備えた
ことを特徴とした距離測定装置。 - 請求項19に記載の距離測定装置において、
さらに、増幅された光の波長を測定する手段と、
増幅された光を平行光にする手段と、
増幅された光の非環状ビーム形状を修正する手段と、
増幅された光の単独縦モードを選択する手段と、を備えた
ことを特徴とした距離測定装置。 - 距離測定方法であって、
焦点面に光を合焦させる合焦素子と、共振器内面及び裏面を有する発振媒体と、前記裏面とターゲット面との間に形成された共鳴共振器と、を用い、
1つ以上の波長を有する光のうちの一つの波長に対応して各位置が決まる各焦点面のうちの少なくとも一つの焦点面に一つ以上の波長を有する光を合焦させるステップと、
光の各波長に対応する各焦点面に前記ターゲット面が位置するときに前記ターゲット面の焦点位置から各波長の光を反射させるステップと、
前記発振媒体を使用して、前記ターゲット面の前記焦点位置から反射された光束の各波長の光を増幅させるステップと、を備えた
ことを特徴とした距離測定方法。 - 請求項21に記載の距離測定方法において、
さらに、円錐状アドミタンス内だけで前記ターゲット面からの前記反射光を受光するステップと、
前記発振媒体内で受光した光を増幅させるステップと;
前記発振媒体からの前記増幅光を抽出するステップと、
前記抽出光の波長を測定するステップと、を備えた
ことを特徴とした距離測定方法。 - 請求項21に記載の距離測定方法において、
さらに、発振媒体からの光を平行光にするステップを備えた
ことを特徴とした距離測定方法。 - 請求項21に記載の距離測定方法において、
さらに、ターゲット面と発振媒体との間にエタロンを設けるステップを備えた
ことを特徴とした距離測定方法。 - 請求項21に記載の距離測定方法において、
光を合焦させるステップは、さらに、ターゲット面と発振媒体との間に回折光学素子を設けるステップを備えた
ことを特徴とした距離測定方法。 - 請求項21に記載の距離測定方法において、
さらに、反射防止膜を有する前記発振媒体の共振器内面を使用するステップを備えた
ことを特徴とした距離測定方法。 - 請求項21に記載の距離測定方法において、
さらに、部分的に透過性のある反射コーティングを有する前記発振媒体の共振器内面裏面を使用するステップを備えた
ことを特徴とした距離測定方法。
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