JP6522260B1 - レーザレーダ装置 - Google Patents

Abstract

光軸補正部（１２）は、光軸角度ずれの方位角成分を補正する光軸ずれ方位角補正部（１３）と、光軸角度ずれの仰角成分を補正する光軸ずれ仰角補正部（１４）とから構成され、光軸ずれ方位角補正部（１３）は、光軸ずれ仰角補正部（１４）から分離して配置されている。

Description

本発明は、風速計測を行うレーザレーダ装置に関する。

例えば、特許文献１に記載されるレーザレーダ装置は、レーザパルス光である送信光を大気中に照射し、送信光がエアロゾルで散乱された散乱光を受信光として受信する。エアロゾルとは、大気中の塵であり、極小の浮遊粒子である。レーザレーダ装置は、送信光のローカル光である単一周波数の連続光と受信光とのヘテロダイン検波により、エアロゾルの移動によって生じた受信光の周波数のドップラーシフトを求め、ドップラーシフトからレーザ照射方向の風速を計測する。ドップラーシフトは、ヘテロダイン検波された受信光の信号をフーリエ変換して得られるスペクトルから算出することができる。風速計測方向はレーザ出射方向の切り替えによって変更される。

レーザレーダ装置では、ビーム走査に伴って送信光と受信光との間に光軸角度ずれが生じる。光軸角度ずれには、送信光の光軸に対して受信光の光軸が方位角方向にずれる方位角ずれと、送信光の光軸に対して受信光の光軸が仰角方向にずれる方位角ずれがある。
以下、前者を光軸角度ずれの方位角成分と記載し、後者を光軸角度ずれの仰角成分と記載する。また、光軸角度ずれの方位角成分はビーム走査角に依存して変化し、光軸角度ずれの仰角成分はビーム走査速度に依存して変化する。

送信光と受信光との間に光軸角度ずれがあると、受信光の結合効率が低下して受信強度が減るため、光軸角度ずれを補正する必要がある。特許文献１に記載された従来のレーザレーダ装置には、光軸角度ずれの方位角成分と光軸角度ずれの仰角成分との両方を同時に補正する光軸補正部が設けられている。

国際公開第２０１６／１１７１５９号

光軸角度ずれの方位角成分はビーム走査角に応じて時々刻々と変化するので、光軸角度ずれの方位角成分の補正では、方位角の補正量が連続的に制御される。連続的な制御は、光軸補正部に高負荷を与えるため、定期的な保守点検が必要である。一方、光軸角度ずれの仰角成分は、ビーム走査速度が一定である限り変化しないため、仰角成分の補正では、仰角の補正量の頻繁な制御が不要である。

特許文献１に記載されたレーザレーダ装置においては、一つの光軸補正部が、光軸角度ずれの方位角成分と光軸角度ずれの仰角成分の両方を補正するため、負荷が高く、定期的な保守点検が必要な光軸角度ずれの方位角成分の補正と、比較的負荷が低く、方位角成分の補正より頻繁な保守点検が不要な光軸角度ずれの仰角成分の補正とで、互いに独立して保守点検を行うことができないという課題があった。

本発明は上記課題を解決するものであり、光軸角度ずれの方位角成分の補正についての保守点検と光軸角度ずれの仰角成分の補正についての保守点検を互いに独立して行うことができるレーザレーダ装置を得ることを目的とする。

本発明に係るレーザレーダ装置は、光源、光分配器、パルス変調器、送信側光学系、受信側光学系、光カプラ、信号処理部、ビーム走査部および光軸補正部を備えている。光源は、レーザ光を発生する。光分配器は、光源からのレーザ光を分配する。パルス変調器は、光分配器から分配されたレーザ光をパルス化する。送信側光学系は、パルス変調器によってパルス化されたレーザ光である送信光を出力する。受信側光学系は、送信光が対象物で反射された反射光である受信光を出力する。光カプラは、受信側光学系から入力した受信光と光分配器から分配されたレーザ光とを合波する。信号処理部は、光カプラによって合波された信号を用いて風速計測処理を行う。光源、光分配器、パルス変調器、送信側光学系、受信側光学系、光カプラおよび信号処理部は、装置本体に収容されている。ビーム走査部は、レーザビームを走査する。光軸補正部は、ビーム走査部によるビーム走査に伴って送信光と受信光との間に発生した光軸角度ずれを補正する。光軸補正部は、光軸角度ずれの方位角成分を補正する第１の補正部と、光軸角度ずれの仰角成分を補正する第２の補正部とから構成され、第１の補正部は、第２の補正部から分離して装置本体の外部に配置され、第２の補正部は、第１の補正部から分離して装置本体の内部に配置され、第１の補正部は、入射されたレーザ光を反射させながら出射側へ導く複数のミラーからなるミラー群を備え、ミラー群を回転制御して光軸角度ずれの方位角成分を補正する。

こ本発明によれば、光軸補正部が、光軸角度ずれの方位角成分を補正する第１の補正部と光軸角度ずれの仰角成分を補正する第２の光軸補正部とから構成され、第１の補正部は、第２の補正部から分離して配置され、第１の補正部は、入射されたレーザ光を反射させながら出射側へ導く複数のミラーからなるミラー群を備え、ミラー群を回転制御して光軸角度ずれの方位角成分を補正する。これにより、光軸角度ずれの方位角成分の補正についての保守点検と光軸角度ずれの仰角成分の補正についての保守点検を互いに独立して行うことができる。

本発明の実施の形態１に係るレーザレーダ装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態１におけるビーム走査光学系の構成を示す図である。 実施の形態１における方位角補正部の構成を示す図である。 実施の形態１における仰角補正部の構成を示す図である。 実施の形態１に係るレーザレーダ装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係るレーザレーダ装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態２における方位角補正部の構成を示す図である。 実施の形態２に係るレーザレーダ装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３に係るレーザレーダ装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態３における方位角補正部の構成を示す図である。 実施の形態３に係るレーザレーダ装置の動作を示すフローチャートである。

以下、本発明をより詳細に説明するため、本発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るレーザレーダ装置の構成を示すブロック図である。図１に示すレーザレーダ装置は、レーザパルス光である送信光を大気中に照射し、送信光がエアロゾルで散乱された散乱光を受信光として受光してレーザ照射方向の風速を計測する。風速計測方向はレーザ出射方向の切り替えによって変更される。

上記レーザレーダ装置は、図１に示すように、光源１、光分配器２、パルス変調器３、送信側光学系４、受信側光学系５、光カプラ６、信号処理部７、送受分離部８、折り返しミラー９、ビーム走査光学系１０、ビーム走査光学系制御部１１および光軸補正部１２を備えている。光軸補正部１２は、方位角補正部１３と仰角補正部１４とから構成されている。また、装置本体１５には、光源１、光分配器２、パルス変調器３、送信側光学系４、受信側光学系５、光カプラ６、信号処理部７、送受分離部８および仰角補正部１４が収容されている。

光源１は、光分配器２に接続され、レーザ光を発生する。光源１で発生されるレーザ光は、照射対象が反射可能な波長帯の単一周波数からなる連続光である。なお、反射には、照射対象物におけるレーザ光の散乱も含まれる。光分配器２には、さらにパルス変調器３と光カプラ６が接続している。光分配器２は、光源１からのレーザ光を２分割し、一方をパルス変調器３に分配し、他方を光カプラ６に分配する。パルス変調器３は、送信側光学系４に接続しており、光分配器２から入力したレーザ光をパルス化する。パルス変調器３は、光分配器２から入力したレーザ光に対して、パルス変調を行う機能と予め設定された周波数シフトを与える機能とを有する。

送信側光学系４は、パルス変調器３によってパルス化されたレーザ光に光学的な処理を施してから送信光として出力する光学系である。光学的な処理には、レーザ光を所望のビーム径および広がり角に整形する処理がある。送受分離部８は、送信側光学系４と折り返しミラー９との間でかつ送信光の光軸上に配置されており、送信側光学系４から入力した送信光を折り返しミラー９に出力し、折り返しミラー９から入力した受信光を仰角補正部１４に出力する。折り返しミラー９は、送受分離部８と方位角補正部１３との間でかつ送信光の光軸上に配置されており、送受分離部８から入力した送信光を方位角補正部１３に出力し、方位角補正部１３から入力した受信光を送受分離部８に出力する。

ビーム走査光学系１０は、送信光を大気中に照射する機能と、レーザビームを走査する機能とを有した光学系であり、送信光の光軸上に配置されている。ビーム走査光学系制御部１１は、信号処理部７から入力したビーム走査制御情報に基づいて、ビーム走査光学系１０によるビーム走査を制御する。また、ビーム走査光学系制御部１１は、送信光の照射方向、すなわちビーム走査方位角を示すミラー方位角とビーム走査仰角を示すミラー仰角を含むミラー角度情報を方位角補正部１３に出力する。
なお、レーザビームを走査するビーム走査部は、ビーム走査光学系１０と、ビーム走査光学系制御部１１とによって実現される。

光軸補正部１２は、ビーム走査に伴って送信光と受信光との間に発生した光軸角度ずれＡｄを補正する。光軸補正部１２は、図１に示すように、方位角補正部１３と仰角補正部１４とから構成される。方位角補正部１３は、仰角補正部１４から分離して配置される。例えば、方位角補正部１３は、装置本体１５の外部に配置され、仰角補正部１４は、装置本体１５の内部に配置される。これにより、実施の形態１に係るレーザレーダ装置では、方位角補正部１３の保守点検を仰角補正部１４から独立して実施することができる。

方位角補正部１３は、光軸角度ずれの方位角成分を補正する第１の補正部であり、折り返しミラー９とビーム走査光学系１０との間でかつ送信光の光軸上に配置される。
また、方位角補正部１３は、折り返しミラー９から入力した送信光をビーム走査光学系１０に出力し、ビーム走査光学系１０から入力した受信光における光軸角度ずれの方位角成分を補正してから、折り返しミラー９に出力する。

仰角補正部１４は、ビーム走査に伴って送信光と受信光との間に生じた光軸角度ずれの仰角成分を補正する第２の補正部である。仰角補正部１４は、受信側光学系５と送受分離部８との間でかつビーム走査が停止しているときに送受分離部８から入力された受信光の光軸と仰角補正部１４の光軸（後述する２枚のウェッジプリズムの光軸）とが一致するように配置されている。

受信側光学系５は、送信光が対象物で反射された反射光に光学的な処理を施してから、受信光として出力する光学系である。光学的な処理には、仰角補正部１４からの受信光を所望のビーム径および広がり角を整形する処理がある。また、対象物には、例えば、エアロゾルがある。光カプラ６は、受信側光学系５から入力した受信光と光分配器２から分配されたレーザ光（送信光）とを合波して信号処理部７に出力する。

信号処理部７は、光カプラ６によって合波された信号を用いて風速計測処理を行う。
例えば、信号処理部７は、送信光のローカル光である単一周波数の連続光と受信光とのヘテロダイン検波により受信光から周波数シフトを導出する機能と、周波数シフトから風速を算出する機能とを有する。送信光の照射対象がエアロゾルである場合、周波数シフトは、エアロゾルの移動によって生じたドップラーシフトである。

また、信号処理部７は、光カプラ６から入力した合波信号に基づいて、ビーム走査制御情報を生成する。ビーム走査制御情報は、ビーム走査角速度およびビーム走査方法を指定する制御情報であり、信号処理部７からビーム走査光学系制御部１１に設定される。

さらに、信号処理部７は、光軸ずれ方位角補正の目標値を方位角補正部１３と仰角補正部１４とに出力し、光軸ずれ仰角情報を仰角補正部１４に出力する。
光軸ずれ方位角補正の目標値は、光軸角度ずれの方位角成分の補正での方位角の目標値であり、光カプラ６から入力した合波信号に基づいて信号処理部７によって生成される。
光軸ずれ仰角情報は、光軸角度ずれの仰角方向のずれ量（以下、光軸ずれの仰角と記載する）を含む情報であって、光カプラ６から入力した合波信号に基づいて信号処理部７によって生成される。

図２は、ビーム走査光学系１０の構成を示す図である。ビーム走査光学系１０は、図２に示すように、方位角変更用ミラー１６と仰角変更用ミラー１７とから構成されている。方位角変更用ミラー１６は、送信光の照射方向（レーザビームの走査方向）を方位角方向に対して変更するミラーであり、方位角補正部１３と仰角変更用ミラー１７との間に配置される。仰角変更用ミラー１７は、送信光の照射方向を仰角方向に対して変更するミラーであって、方位角変更用ミラー１６と送信光の照射空間との間に配置される。方位角変更用ミラー１６および仰角変更用ミラー１７は、送信光が大気中の散乱体（例えば、エアロゾル）で散乱された散乱光を受信し、この受信光を方位角補正部１３に誘導する。

ビーム走査光学系制御部１１は、ビーム走査光学系１０において、方位角変更用ミラー１６の回転を制御し、仰角変更用ミラー１７の回転を制御する。この制御により、送信光の照射方向、すなわちビーム走査方位角およびビーム走査仰角が制御される。方位角変更用ミラー１６は、回転軸Ａ１を有し、仰角変更用ミラー１７は、回転軸Ａ２を有し、回転軸Ａ１と回転軸Ａ２とは、互いに独立した回転軸である。回転軸Ａ１周りに方位角変更用ミラー１６が回転されると、送信光の照射方向の方位角が変更され、回転軸Ａ２周りに仰角変更用ミラー１７が回転されると、送信光の照射方向の仰角が変更される。

仰角変更用ミラー１７の回転角度を固定させた状態で、回転軸Ａ１周りに方位角変更用ミラー１６を回転させることで、送信光の照射方向は、方位角方向に０度から３６０度の範囲で変更可能である。なお、回転軸Ａ１周りに方位角変更用ミラー１６を回転させる際は、仰角変更用ミラー１７が同じ回転座標系に固定されている。このとき、送信光の照射方向の仰角は、仰角変更用ミラー１７の回転角によって決まる角度となる。

ビーム走査光学系制御部１１から方位角補正部１３に出力されるミラー角度情報には、ビーム走査方位角を示すミラー方位角として方位角変更用ミラー１６の回転角が含まれ、ビーム走査仰角を示すミラー仰角として仰角変更用ミラー１７の回転角が含まれている。

図３は、実施の形態１における方位角補正部１３の構成を示す図である。方位角補正部１３は、図３に示すように、ダブプリズム１８とダブプリズム回転制御部１９を備える。ダブプリズム１８は、ビーム走査が停止しているときの受信光の進行方向ｂに対して、ダブプリズム１８の光軸Ａが一致するように配置されている。

ビーム走査が実行されると、折り返しミラー９から方位角補正部１３へ入射される受信光の進行方向は、図３に示す矢印ａの方向となる。送信光の光軸は、ビーム走査が停止しているときの受信光の進行方向ｂに一致するので、ビーム走査が開始されると、送信光と受信光との間で光軸がずれ量θで方位角方向にずれる。ダブプリズム１８は、このような光軸角度ずれの方位角成分を補正する。

ダブプリズム回転制御部１９は、信号処理部７とビーム走査光学系制御部１１とに接続しており、光軸Ａ周りのダブプリズム１８の回転を制御する。例えば、ダブプリズム回転制御部１９は、信号処理部７から光軸ずれ方位角補正の目標値ψ_０を入力し、ビーム走査光学系制御部１１からミラー角度情報γ_１（ｔ），γ_２（ｔ）を入力する。ダブプリズム回転制御部１９は、目標値目標値ψ_０とミラー角度情報γ_１（ｔ），γ_２（ｔ）とに基づいて回転角Φ_１（ｔ）を算出し、回転角Φ_１（ｔ）に基づいてダブプリズム１８を回転制御する。ここで、γ_１（ｔ）は方位角変更用ミラー１６の回転角（ミラー方位角）であり、γ_２（ｔ）は仰角変更用ミラー１７の回転角（ミラー仰角）である。ｔは時間の変数である。送信光の照射方向（レーザビームの走査方向）は、γ_１（ｔ）とγ_２（ｔ）によって一意に定まる。

図４は、実施の形態１における仰角補正部１４の構成を示す図である。仰角補正部１４は、図４に示すように、ウェッジプリズム２０ａ、ウェッジプリズム２０ｂおよびウェッジプリズム回転制御部２１を備えている。ビーム走査が停止しているときに送受分離部８から仰角補正部１４に入力される受信光の進行方向ｂは、ウェッジプリズム２０ａおよびウェッジプリズム２０ｂの光軸Ｂに一致する。

一方、ビーム走査されると、送受分離部８から仰角補正部１４に入力される受信光の進行方向は、図４に示す矢印ａの方向となる。送信光の光軸は、ビーム走査が停止しているときの受信光の進行方向ｂに一致するので、ビーム走査によって送信光と受信光との間で光軸がずれ量θで仰角方向にずれている。ウェッジプリズム２０ａとウェッジプリズム２０ｂは、方位角補正部１３によって方位角が目標値ψ_０に固定された受信光における光軸角度ずれの仰角成分を補正する。

ウェッジプリズム回転制御部２１は、信号処理部７と接続しており、光軸Ｂ周りのウェッジプリズム２０ａおよびウェッジプリズム２０ｂの回転を制御する。例えば、ウェッジプリズム回転制御部２１は、信号処理部７から、光軸ずれの仰角θ（光軸角度ずれの仰角方向のずれ量θ）を含む光軸ずれ仰角情報と、光軸ずれ方位角補正の目標値ψ_０とを入力する。ウェッジプリズム回転制御部２１は、光軸ずれ仰角情報における光軸ずれの仰角θと、光軸ずれ方位角補正の目標値ψ_０に基づいて、ウェッジプリズム２０ａの回転角Φ２を算出し、ウェッジプリズム２０ｂの回転角Φ３を算出する。そして、ウェッジプリズム回転制御部２１は、回転角Φ２および回転角Φ３に基づいて、ウェッジプリズム２０ａとウェッジプリズム２０ｂの回転を制御する。

ウェッジプリズム２０ａおよびウェッジプリズム２０ｂは、図４に示すように、平坦面とこれに対向する傾斜面とを有したプリズムである。仰角補正部１４において、ウェッジプリズム２０ａとウェッジプリズム２０ｂは、互いの平坦面が平行で、かつ両方の平坦面に対して、ビーム走査が停止しているときの送受分離部８から入射された受信光の進行方向ｂ（光軸Ｂ）が直交するように配置されている。ウェッジプリズム２０ａは、受信側光学系５側に配置され、ウェッジプリズム２０ｂは、送受分離部８側に配置されている。

次に動作について説明する。
図５は、実施の形態１に係るレーザレーダ装置の動作を示すフローチャートである。
ビーム走査を開始する前に、信号処理部７は、光軸ずれ方位角補正の目標値ψ_０を設定する（ステップＳＴ１）。また、信号処理部７は、ビーム走査角速度ωを設定する（ステップＳＴ２）。さらに、信号処理部７は、ビーム走査に伴って送信光と受信光の間に発生する光軸角度ずれを補正する風速測定距離Ｌを設定する（ステップＳＴ３）。

続いて、信号処理部７は、ビーム走査角速度ωと、ビーム走査に伴って送信光と受信光の間に発生する光軸角度ずれを補正する風速測定距離Ｌとを用いて、下記式（１）から、光軸ずれの仰角θを算出する（ステップＳＴ４）。ただし、下記式（１）において、ｃは光速である。
θ＝２ωＬ／ｃ ・・・（１）

信号処理部７は、光軸ずれ方位角補正の目標値ψ_０を方位角補正部１３および仰角補正部１４に出力し、光軸ずれの仰角θを仰角補正部１４に出力する。さらに、信号処理部７は、ビーム走査角速度ωおよびビーム走査方法を指定するビーム走査制御情報を、ビーム走査光学系制御部１１に出力する。

仰角補正部１４は、光軸ずれの仰角θを用いて、下記式（２）から下記式（５）までに従い、ウェッジプリズム２０ａの回転角Φ２およびウェッジプリズム２０ｂの回転角Φ３を算出する（ステップＳＴ５）。なお、下記式（２）、下記式（３）および下記式（４）では、ウェッジプリズム２０ａの屈折率とウェッジプリズム２０ｂの屈折率が互いに等しいと仮定している。また、変数δは、１枚のウェッジプリズムに入射した光線が屈折する角度であり、ウェッジプリズム２０ａおよびウェッジプリズム２０ｂの屈折率ｎと、ウェッジプリズム２０ａおよびウェッジプリズム２０ｂの傾斜角αとを用いて、下記式（５）から得られる。
Φ_２＝Φ_３＋σ ・・・（２）
Φ_３＝ｔａｎ^−１｛（ｔａｎψ_０（ｃｏｓσ＋１）−ｓｉｎσ）／
（ｃｏｓσ＋１＋ｓｉｎσｔａｎψ_０）｝ ・・・（３）
σ＝ｃｏｓ^−１｛（θ^２−２δ^２）／２δ^２｝ ・・・（４）
δ＝（ｎ−１）α ・・・（５）

ウェッジプリズム回転制御部２１は、ステップＳＴ５で算出した回転角Φ２，Φ３に基づいて、ウェッジプリズム２０ａの回転とウェッジプリズム２０ｂの回転とを制御する（ステップＳＴ６）。例えば、ウェッジプリズム回転制御部２１は、ウェッジプリズム２０ａとウェッジプリズム２０ｂとを通過した後の受信光の光軸ずれの仰角θが０になるように、ウェッジプリズム２０ａとウェッジプリズム２０ｂとの相対的な回転角度差を制御する。光軸ずれの方位角は、方位角補正部１３によって常に目標値ψ_０に固定される。
光軸ずれの仰角θは、ビーム走査角速度ωと風速測定距離Ｌとが一定である限り、常に一定である。このように、光軸角度ずれの仰角成分は、レーザビーム走査速度（ビーム走査角速度ω）が一定であれば変化せず、補正量の頻繁な制御が不要である。

続いて、風速計測が開始される（ステップＳＴ７）。光源１で発生された単一周波数の連続光である送信光は、光分配器２によってパルス変調器３と光カプラ６に分配される。パルス変調器３は、光分配器２から入力した送信光を一定の繰り返し周期からなるパルス光に変換し、さらに周波数シフトを与える。パルス変調器３によってパルス化された送信光は、送信側光学系４に出力される。

送信側光学系４は、パルス変調器３によってパルス化された送信光を所望のビーム径とビーム広がり角に変換する。送信側光学系４から出力された送信光は、送受分離部８、折り返しミラー９および方位角補正部１３を通ってビーム走査光学系１０に出力される。

ビーム走査光学系制御部１１は、信号処理部７から入力したビーム走査制御情報から、ビーム走査角速度ω、方位角変更用ミラー１６の回転角γ_１（ｔ）および仰角変更用ミラー１７の回転角γ_２（ｔ）を抽出する。そして、ビーム走査光学系制御部１１は、ビーム走査角速度ω、回転角γ_１（ｔ）および回転角γ_２（ｔ）に基づいて、方位角変更用ミラー１６を回転軸Ａ１周りに回転制御し、仰角変更用ミラー１７を回転軸Ａ２周りに回転制御する。ｔは時間の変数であるので、方位角変更用ミラー１６の回転角γ_１（ｔ）と仰角変更用ミラー１７の回転角γ_２（ｔ）は、時間ｔとともに変化する。ビーム走査光学系１０は、ビーム走査を開始する（ステップＳＴ８）。

ビーム走査光学系１０は、ビーム走査方向を変更しながら大気中に送信光を照射する。このとき、ビーム走査光学系制御部１１は、ビーム走査光学系１０によって大気中に送信光が照射された時刻と同時刻の回転角γ_１（ｔ）および回転角γ_２（ｔ）を、方位角補正部１３に出力する。方位角補正部１３は、ビーム走査光学系制御部１１からの回転角γ_１（ｔ）および回転角γ_２（ｔ）を取得する（ステップＳＴ９）。

大気中に照射された送信光は、大気中の散乱体（例えば、エアロゾル）で散乱される。散乱光は、ビーム走査光学系１０によって受信される。この受信光には、風速に対応したドップラーシフト周波数が生じている。受信光は、ビーム走査光学系１０から方位角補正部１３に出力される。

図３に示すように、方位角補正部１３に入力された受信光の光軸（進行方向ａに相当）は、ビーム走査に伴って光軸Ａに対して方位角方向に角度θずれている。さらに、ビーム走査、すなわち送信ビームの照射方向の変化に伴って受信光の進行方向は変化する。
例えば、ビーム走査によって送信ビームの照射方向を方位角に対して０度から３６０度まで等速で回転させると、受信光の光軸も、方位角方向のずれ量θを保ったままの状態で光軸Ａ周りに回転する。図３中では、光軸Ａを軸とした受信光の光軸ずれの方位角を、変数ψを用いて表している。方位角補正部１３では、角度ψに依存した受信光の光軸ずれの方位角を補正して、ダブプリズム１８を通過した受信光の光軸ずれの方位角が常に一定になるようにする。

方位角補正部１３による光軸角度ずれの方位角成分の補正後の方位角は、信号処理部７から設定された光軸ずれ方位角補正の目標値ψ_０である。
方位角補正部１３は、ビーム走査光学系制御部１１から入力した回転角γ_１（ｔ）と回転角γ_２（ｔ）を用いて、下記式（６）から角度ψ（ｔ）を算出する。
ψ（ｔ）＝ψ（γ_１（ｔ），γ_２（ｔ））・・・（６）

続いて、方位角補正部１３は、角度ψ（ｔ）が光軸ずれ方位角補正の目標値ψ_０と一致するように、ダブプリズム１８の回転角Φ_１（ｔ）を算出する（ステップＳＴ１０）。
方位角補正部１３は、ステップＳＴ１０で算出した回転角Φ_１（ｔ）に基づいて、ダブプリズム１８の回転を制御する（ステップＳＴ１１）。これにより、受信光の光軸ずれの方位角が補正される。方位角補正部１３によって光軸ずれの方位角が目標値ψ_０に固定された受信光は、折り返しミラー９および送受分離部８を通して仰角補正部１４に出力される。

前述したように、ビーム走査が行われている間、受信光の光軸ずれの方位角ψ（ｔ）は常に変化することから、方位角補正部１３は、常に、ビーム走査制御情報（送信ビームの照射方向情報）を取得して光軸ずれの方位角を補正する必要がある。すなわち、光軸角度ずれの方位角成分の補正は、風速計測が終了するまでの間、補正量が連続的に制御される高負荷な処理である。このため、方位角補正部１３は、仰角補正部１４と比較して故障が発生し易く、定期的な保守点検が必要である。

続いて、仰角補正部１４は、前述したように、信号処理部７から入力した光軸ずれ仰角情報に基づいて、ウェッジプリズム２０ａの回転角Φ_２とウェッジプリズム２０ｂの回転角Φ_３を算出する。仰角補正部１４は、回転角Φ_２および回転角Φ_３に基づいて、ウェッジプリズム２０ａとウェッジプリズム２０ｂの回転を制御する。これにより、受信光の光軸ずれの仰角が補正される。仰角補正部１４によって光軸ずれの仰角が補正された受信光は受信側光学系５に出力される。

受信側光学系５は、受信光を一定のビーム径とビーム広がり角に変換して光カプラ６に出力する。光カプラ６は、光分配器２から入力した送信光と受信側光学系５から入力した受信光とを合波した信号を信号処理部７に出力する。

信号処理部７は、光カプラ６から入力した合波信号から受信光を抽出し、ヘテロダイン検波を施して受信光の周波数のドップラーシフトを導出する。そして、信号処理部７は、ビーム走査制御情報と受信光のドップラーシフトした周波数とに基づいて、送信光の照射方向の風速計測距離における風速を算出する。この後、信号処理部７は、風速計測終了であるか否かを確認する（ステップＳＴ１２）。このとき、風速計測終了でなければ（ステップＳＴ１２；ＮＯ）、ステップＳＴ９の処理に戻る。これにより、実施の形態１に係るレーザレーダ装置は、送信光の照射方向を変更しながら風速計測を継続する。一方、風速計測終了であれば（ステップＳＴ１２；ＹＥＳ）、図５の一連の処理が終了される。

実施の形態１に係るレーザレーダ装置において、光軸補正部１２は、方位角補正部１３と、仰角補正部１４とから構成され、方位角補正部１３は、仰角補正部１４から分離して配置されている。これにより、負荷が高く、定期的な保守点検が必要な光軸角度ずれの方位角成分の補正と、比較的負荷が低く、方位角成分の補正より頻繁な保守点検が不要な光軸角度ずれの仰角成分の補正とで、互いに独立して保守点検を行うことができる。

装置本体１５には、図１に示したように、仰角補正部１４の他、光源１、光分配器２、パルス変調器３、送信側光学系４、受信側光学系５、光カプラ６、および信号処理部７が収容されている。これは、装置本体１５内部において、これらの構成要素を実現する多数の部品が密に配置されていることを意味する。このため、方位角補正部１３が装置本体１５に収容されると、方位角補正部１３に発生した故障は、装置本体１５に収容されている他の構成要素に悪影響を与えることが予想される。また、部品が密に配置されていると、方位角補正部１３の保守点検での光軸調整も困難である。

そこで、実施の形態１に係るレーザレーダ装置では、方位角補正部１３が装置本体１５の外部に配置され、仰角補正部１４が装置本体１５の内部に配置されている。
負荷が高く、定期的な保守点検が必要な方位角補正部１３が装置本体１５の外部に配置されているので、方位角補正部１３に発生した故障が、装置本体１５に収容された他の構成要素に与える影響を低減することができる。さらに、装置本体１５の外部は、装置本体１５の内部に比べて部品の配置間隔も広く空間的な余裕があることが予想される。これにより、方位角補正部１３の保守点検での光軸調整を容易に行うことができる。

なお、図１では、折り返しミラー９とビーム走査光学系１０との間に配置された方位角補正部１３を示したが、方位角補正部１３は、送受分離部８と折り返しミラー９との間に配置してもよい。

仰角補正部１４は、ウェッジプリズムではなく、ミラーを用いた反射光学系で実現してもよい。さらに、図１では、受信側光学系５と送受分離部８との間に配置された仰角補正部１４を示したが、仰角補正部１４は、送信側光学系４と送受分離部８との間に配置してもよい。

仰角補正部１４が備えるウェッジプリズム２０ａとウェッジプリズム２０ｂには、互いに異なる屈折率の材料を用いてもよい。
また、折り返しミラー９は、複数枚のミラーで構成されてもよい。

信号処理部７は、ビーム走査がされている間、送信光と受信光との間の光軸ずれを補正する風速測定距離Ｌを変更してもよい。この場合、上記式（１）によって光軸ずれ仰角θが変化するため、仰角補正部１４は、風速測定距離Ｌの変更に応じて、ウェッジプリズム２０ａとウェッジプリズム２０ｂの相対的な回転角度の差を変更する。

実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２に係るレーザレーダ装置の構成を示すブロック図である。図６において、図１と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
図６に示すレーザレーダ装置は、レーザパルス光である送信光を大気中に照射し、送信光がエアロゾルで散乱された散乱光を受信光として受光して、レーザ照射方向の風速を計測する。風速計測方向はレーザ出射方向の切り替えによって変更される。

上記レーザレーダ装置は、図６に示すように、光源１、光分配器２、パルス変調器３、送信側光学系４、受信側光学系５、光カプラ６、信号処理部７、送受分離部８、折り返しミラー９、ビーム走査光学系１０、ビーム走査光学系制御部１１および光軸補正部１２Ａを備える。光軸補正部１２Ａは、方位角補正部１３Ａと仰角補正部１４とから構成されている。光軸補正部１２Ａは、ビーム走査に伴って送信光と受信光との間に生じた光軸角度ずれＡｄを補正する。また、装置本体１５には、光源１、光分配器２、パルス変調器３、送信側光学系４、受信側光学系５、光カプラ６、信号処理部７、送受分離部８および仰角補正部１４が収容されている。

方位角補正部１３Ａは、図６に示すように、仰角補正部１４から分離して配置される。
例えば、方位角補正部１３Ａは、装置本体１５の外部に配置され、仰角補正部１４は、装置本体１５の内部に配置される。方位角補正部１３Ａは、光軸角度ずれの方位角成分を補正する第１の補正部であり、折り返しミラー９とビーム走査光学系１０との間でかつ送信光の光軸上に配置される。また、方位角補正部１３Ａは、折り返しミラー９から入力した送信光をビーム走査光学系１０に出力し、ビーム走査光学系１０から入力した受信光における光軸角度ずれの方位角成分を補正してから、折り返しミラー９に出力する。

図７は、実施の形態２における方位角補正部１３Ａの構成を示す図である。方位角補正部１３Ａは、図７に示すように、ミラー群２２およびミラー群回転制御部２３を備える。ミラー群２２は、ミラー２２ａ、ミラー２２ｂおよびミラー２２ｃから構成され、ビーム走査によって送信光と受信光との間に生じた光軸ずれの方位角を補正する機能を有する。ミラー群回転制御部２３には、信号処理部７とビーム走査光学系制御部１１とが接続されている。

ミラー群２２は、ミラー２２ａとミラー２２ｃとの中心を通る直線が、ビーム走査が停止しているときに、折り返しミラー９から方位角補正部１３Ａに入力される送信光の光軸と一致する位置に配置されている。また、ミラー２２ａ、ミラー２２ｂおよびミラー２２ｃは、ビーム走査が停止しているときに、折り返しミラー９から方位角補正部１３Ａに入力される送信光の光軸と、ミラー２２ａからミラー２２ｃへ出射される送信光の光軸とが一致する位置に配置されている。

ミラー群回転制御部２３は、信号処理部７から光軸ずれ方位角補正の目標値ψ_０を入力し、ビーム走査光学系制御部１１から方位角変更用ミラー１６の回転角（ミラー方位角）および仰角変更用ミラー１７の回転角（ミラー仰角）を入力する。ミラー方位角は回転角γ_１（ｔ）であり、ミラー仰角は回転角γ_２（ｔ）である。
ミラー群回転制御部２３は、目標値ψ_０、回転角γ_１（ｔ）および回転角γ_２（ｔ）に基づいて、ミラー群２２を通過した後の受信光の光軸ずれの方位角が目標値ψ_０と一致するように、ミラー群２２の回転角Φ_１（ｔ）を算出する。そして、ミラー群回転制御部２３は、算出した回転角Φ_１（ｔ）に基づいて、ミラー群２２の回転を制御する。
なお、ｔは時間の変数である。送信光の照射方向（レーザビームの走査方向）はγ_１（ｔ）とγ_２（ｔ）によって一意に定まる。

次に動作について説明する。
図８は、実施の形態２に係るレーザレーダ装置の動作を示すフローチャートである。
なお、図８のステップＳＴ１ａからステップＳＴ８ａまでおよびステップＳＴ１２ａの処理は、図５のステップＳＴ１からステップＳＴ８までおよびステップＳＴ１２の処理と同じであるので説明を省略する。
ビーム走査光学系制御部１１は、ビーム走査光学系１０によってビーム走査が開始されると、送信光が照射された時刻と同時刻の回転角γ_１（ｔ）および回転角γ_２（ｔ）を、方位角補正部１３Ａに出力する。方位角補正部１３Ａは、ビーム走査光学系制御部１１からの回転角γ_１（ｔ）および回転角γ_２（ｔ）を取得する（ステップＳＴ９ａ）。

大気中に照射された送信光は、大気中の散乱体（例えば、エアロゾル）で散乱される。散乱光は、ビーム走査光学系１０によって受信される。この受信光には、風速に対応したドップラーシフト周波数が生じている。受信光は、ビーム走査光学系１０から方位角補正部１３Ａに出力される。

図７に示すように、方位角補正部１３Ａに入力された受信光の光軸（進行方向ａに相当）は、ビーム走査に伴って光軸Ａに対して方位角方向に角度θずれている。
さらに、ビーム走査、すなわち送信ビームの照射方向の変化に伴って受信光の進行方向は変化する。例えば、ビーム走査によって送信ビームの照射方向を方位角に対して０度から３６０度まで等速で回転させると、受信光の光軸も方位角方向のずれ量θを保ったままの状態で光軸Ａ周りに回転する。図７中では、光軸Ａを軸とした受信光の光軸ずれの方位角を、変数ψを用いて表している。方位角補正部１３Ａでは、角度ψに依存した受信光の光軸ずれの方位角を補正して、ミラー群２２を通過した受信光の光軸ずれの方位角が常に一定になるようにする。

方位角補正部１３Ａによる光軸角度ずれの方位角成分の補正後の方位角は、信号処理部７から設定された光軸ずれ方位角補正の目標値ψ_０である。
方位角補正部１３Ａは、ビーム走査光学系制御部１１から入力した回転角γ_１（ｔ）と回転角γ_２（ｔ）を用いて、上記式（６）から角度ψ（ｔ）を算出する。
次に、方位角補正部１３Ａは、角度ψ（ｔ）が光軸ずれ方位角補正の目標値ψ_０と一致するように、ミラー群２２の回転角Φ_１（ｔ）を算出する（ステップＳＴ１０ａ）。

方位角補正部１３Ａは、ステップＳＴ１０ａで算出した回転角Φ_１（ｔ）に基づいて、ミラー群２２の回転を制御する（ステップＳＴ１１ａ）。これにより、受信光の光軸ずれの方位角が補正される。この後、方位角補正部１３Ａによって光軸ずれの方位角が目標値ψ_０に固定された受信光は、折り返しミラー９および送受分離部８を通して仰角補正部１４に出力される。仰角補正部１４は、実施の形態１と同様の手順で、光軸ずれの方位角が目標値ψ_０に固定された受信光に対して光軸角度ずれの仰角成分の補正を実施する。

ビーム走査が行われている間、受信光の光軸ずれの方位角ψ（ｔ）は常に変化することから、方位角補正部１３Ａは、常に、ビーム走査制御情報（送信ビームの照射方向情報）を取得して光軸ずれの方位角を補正する必要がある。すなわち、光軸角度ずれの方位角成分の補正は、風速計測が終了するまでの間、補正量が連続的に制御される高負荷な処理である。このため、方位角補正部１３Ａは、仰角補正部１４と比較して故障が発生し易く、定期的な保守点検が必要である。

実施の形態２に係るレーザレーダ装置において、光軸補正部１２Ａは、方位角補正部１３Ａと、仰角補正部１４とから構成され、方位角補正部１３Ａは、仰角補正部１４から分離して配置されている。これにより、負荷が高く、定期的な保守点検が必要な光軸角度ずれの方位角成分の補正と、比較的負荷が低く、方位角成分の補正より頻繁な保守点検が不要な光軸角度ずれの仰角成分の補正とで、互いに独立して保守点検を行うことができる。

装置本体１５には、図６に示したように、仰角補正部１４の他、光源１、光分配器２、パルス変調器３、送信側光学系４、受信側光学系５、光カプラ６、および信号処理部７が収容されている。これは、装置本体１５内部において、これらの構成要素を実現する多数の部品が密に配置されていることを意味する。このため、方位角補正部１３Ａが装置本体１５に収容されると、方位角補正部１３Ａに発生した故障は、装置本体１５に収容されている他の構成要素に悪影響を与えることが予想される。また、部品が密に配置されていると、方位角補正部１３Ａの保守点検での光軸調整も困難である。

そこで、実施の形態２に係るレーザレーダ装置では、方位角補正部１３Ａが装置本体１５の外部に配置され、仰角補正部１４が装置本体１５の内部に配置されている。
負荷が高く、定期的な保守点検が必要な方位角補正部１３Ａが装置本体１５の外部に配置されているので、方位角補正部１３Ａに発生した故障が、装置本体１５に収容された他の構成要素に与える影響を低減することができる。さらに、装置本体１５の外部は、装置本体１５の内部に比べて部品の配置間隔も広く空間的な余裕があることが予想される。これにより、方位角補正部１３Ａの保守点検での光軸調整を容易に行うことができる。

実施の形態２に係るレーザレーダ装置において、方位角補正部１３Ａは、入射されたレーザ光を反射させながら出射側へ導くミラー２２ａ，２２ｂ，２２ｃからなるミラー群２２を備え、ミラー群２２を回転制御して光軸角度ずれの方位角成分を補正する。この構成であっても、ビーム走査に伴って送信光と受信光との間に生じた光軸ずれの方位角を補正することが可能である。また、ミラー群２２では、ダブプリズム１８と比較して、送信光または受信光のビーム径が広い場合であっても適用可能である。

なお、図６では、折り返しミラー９とビーム走査光学系１０との間に配置された方位角補正部１３Ａを示したが、方位角補正部１３Ａは、送受分離部８と折り返しミラー９との間に配置してもよい。

実施の形態１と同様に、実施の形態２における仰角補正部１４は、ウェッジプリズムではなく、ミラーを用いた反射光学系で実現してもよい。さらに、図６では、受信側光学系５と送受分離部８との間に配置された仰角補正部１４を示したが、仰角補正部１４は、送信側光学系４と送受分離部８との間に配置してもよい。

実施の形態１と同様に、実施の形態２における仰角補正部１４が備えるウェッジプリズム２０ａとウェッジプリズム２０ｂには、互いに異なる屈折率の材料を用いてもよい。
また、折り返しミラー９は、複数枚のミラーで構成されてもよい。

実施の形態１と同様に、実施の形態２における信号処理部７は、ビーム走査がされている間、送信光と受信光との間の光軸ずれを補正する風速測定距離Ｌを変更してもよい。この場合、上記式（１）によって光軸ずれ仰角θが変化するため、仰角補正部１４は、風速測定距離Ｌの変更に応じて、ウェッジプリズム２０ａとウェッジプリズム２０ｂの相対的な回転角度の差を変更する。

実施の形態３．
図９は、本発明の実施の形態３に係るレーザレーダ装置の構成を示すブロック図である。図９において、図１と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
図９に示すレーザレーダ装置は、レーザパルス光である送信光を大気中に照射し、送信光がエアロゾルで散乱された散乱光を受信光として受光して、レーザ照射方向の風速を計測する。風速計測方向はレーザ出射方向の切り替えによって変更される。

上記レーザレーダ装置は、図９に示すように、光源１、光分配器２、パルス変調器３、送信側光学系４、受信側光学系５、光カプラ６、信号処理部７、送受分離部８、折り返しミラー９、ビーム走査光学系１０、ビーム走査光学系制御部１１Ａ、光軸補正部１２Ｂ、および回転情報処理部２４を備える。光軸補正部１２Ｂは、方位角補正部１３Ｂと仰角補正部１４とから構成されている。また、装置本体１５には、光源１、光分配器２、パルス変調器３、送信側光学系４、受信側光学系５、光カプラ６、信号処理部７、送受分離部８および仰角補正部１４が収容されている。

ビーム走査光学系制御部１１Ａは、回転情報処理部２４から入力したミラー方位角およびミラー仰角に基づいて、ビーム走査光学系１０によるビーム走査を制御する。
なお、ミラー方位角は、ビーム走査方位角であり、ビーム走査光学系１０が備える方位角変更用ミラー１６の回転角γ_１（ｔ）である。ミラー仰角は、ビーム走査仰角であり、仰角変更用ミラー１７の回転角γ_２（ｔ）である。
なお、実施の形態３におけるビーム走査部は、ビーム走査光学系１０とビーム走査光学系制御部１１Ａとによって実現される。

方位角補正部１３Ｂは、図９に示すように、仰角補正部１４から分離して配置される。
例えば、方位角補正部１３Ｂは、装置本体１５の外部に配置され、仰角補正部１４は、装置本体１５の内部に配置される。方位角補正部１３Ｂは、光軸角度ずれの方位角成分を補正する第１の補正部であって、折り返しミラー９とビーム走査光学系１０との間でかつ送信光の光軸上に配置される。また、方位角補正部１３Ｂは、折り返しミラー９から入力した送信光をビーム走査光学系１０に出力し、ビーム走査光学系１０から入力した受信光における光軸角度ずれの方位角成分を補正してから、折り返しミラー９に出力する。

回転情報処理部２４は、信号処理部７から入力したビーム走査制御情報および光軸ずれ方位角補正の目標値に基づいて、ミラー方位角およびミラー仰角を算出し、方位角補正部１３Ｂに設定する回転角を算出する情報処理部である。なお、ミラー方位角は、方位角変更用ミラー１６の回転角γ_１（ｔ）である。ミラー仰角は、仰角変更用ミラー１７の回転角γ_２（ｔ）である。回転情報処理部２４によって算出されたミラー方位角およびミラー仰角は、ビーム走査光学系制御部１１Ａに出力される。

図１０は、実施の形態３における方位角補正部１３Ｂの構成を示す図である。方位角補正部１３Ｂは、図１０に示すように、ダブプリズム１８とダブプリズム回転制御部１９Ａを備える。ダブプリズム１８は、ビーム走査が停止しているときの受信光の進行方向ｂに対して、ダブプリズム１８の光軸Ａが一致するように配置されている。

ビーム走査が実行されると、折り返しミラー９から方位角補正部１３Ｂへ入射される受信光の進行方向は、図１０に示す矢印ａの方向となる。送信光の光軸は、ビーム走査が停止しているときの受信光の進行方向ｂに一致するので、ビーム走査が開始されると、送信光と受信光との間で光軸がずれ量θで方位角方向にずれる。ダブプリズム１８は、このような光軸角度ずれの方位角成分を補正する。

ダブプリズム回転制御部１９Ａは、ビーム走査光学系制御部１１Ａと回転情報処理部２４に接続しており、光軸Ａ周りのダブプリズム１８の回転を制御する。例えば、ダブプリズム回転制御部１９Ａは、回転情報処理部２４から入力した回転角Φ_１（ｔ）に基づいてダブプリズム１８を回転制御する。ここで、γ_１（ｔ）は方位角変更用ミラー１６の回転角（ミラー方位角）であり、γ_２（ｔ）は仰角変更用ミラー１７の回転角（ミラー仰角）である。ｔは時間の変数である。送信光の照射方向は、γ_１（ｔ）とγ_２（ｔ）によって一意に定まる。

次に動作について説明する。
図１１は、実施の形態３に係るレーザレーダ装置の動作を示すフローチャートである。
図１１のステップＳＴ１ｂからステップＳＴ６ｂまでおよびステップＳＴ１１ｂの処理は、図５のステップＳＴ１からステップＳＴ６までおよびステップＳＴ１２の処理と同じであるので説明を省略する。
信号処理部７は、光軸ずれ方位角補正の目標値ψ_０を、仰角補正部１４および回転情報処理部２４に出力し、光軸ずれの仰角θを仰角補正部１４に出力する。さらに、信号処理部７は、ビーム走査角速度ωおよびビーム走査方法を指定するビーム走査制御情報を回転情報処理部２４に出力する。

図１０に示すように、方位角補正部１３Ｂに入力された受信光の光軸（進行方向ａに相当）は、ビーム走査に伴って光軸Ａに対して方位角方向に角度θずれている。さらに、ビーム走査、すなわち送信ビームの照射方向の変化に伴って受信光の進行方向は変化する。
例えば、ビーム走査によって送信ビームの照射方向を方位角に対して０度から３６０度まで等速で回転させると、受信光の光軸も、方位角方向のずれ量θを保ったままの状態で光軸Ａ周りに回転する。図１０中では、光軸Ａを軸とした受信光の光軸ずれの方位角を、変数ψを用いて表している。方位角補正部１３Ｂは、角度ψに依存した受信光の光軸ずれの方位角を補正して、ダブプリズム１８を通過した受信光の光軸ずれの方位角が常に一定になるようにする。

方位角補正部１３Ｂによる光軸角度ずれの方位角成分の補正後の方位角は、光軸ずれ方位角補正の目標値ψ_０である。回転情報処理部２４は、信号処理部７から入力したビーム走査制御情報に基づいて、方位角変更用ミラー１６の回転角γ_１（ｔ）および仰角変更用ミラー１７の回転角γ_２（ｔ）を算出する。そして、回転情報処理部２４は、算出した回転角γ_１（ｔ）および回転角γ_２（ｔ）を用いて、上記式（６）から角度ψ（ｔ）を算出する。回転情報処理部２４は、角度ψ（ｔ）が光軸ずれ方位角補正の目標値ψ_０と一致するように、ダブプリズム１８の回転角Φ_１（ｔ）を算出する（ステップＳＴ７ｂ）。
ダブプリズム１８の回転角Φ_１（ｔ）は、回転情報処理部２４から方位角補正部１３Ｂに出力される。

続いて、風速計測が開始される（ステップＳＴ８ｂ）。光源１で発生された単一周波数の連続光である送信光は、光分配器２によってパルス変調器３と光カプラ６に分配される。パルス変調器３は、光分配器２から入力した送信光を一定の繰り返し周期からなるパルス光に変換し、さらに周波数シフトを与える。パルス変調器３によってパルス化された送信光は、送信側光学系４に出力される。

送信側光学系４は、パルス変調器３によってパルス化された送信光を所望のビーム径とビーム広がり角に変換する。送信側光学系４から出力された送信光は、送受分離部８、折り返しミラー９および方位角補正部１３Ｂを通ってビーム走査光学系１０に出力される。

ビーム走査光学系制御部１１Ａは、回転情報処理部２４から入力した方位角変更用ミラー１６の回転角γ_１（ｔ）および仰角変更用ミラー１７の回転角γ_２（ｔ）に基づいて、方位角変更用ミラー１６を回転軸Ａ１周りに回転制御し、仰角変更用ミラー１７を回転軸Ａ２周りに回転制御する。ｔは時間の変数であるので、方位角変更用ミラー１６の回転角γ_１（ｔ）と仰角変更用ミラー１７の回転角γ_２（ｔ）は、時間ｔとともに変化する。
これにより、ビーム走査光学系１０が備える方位角変更用ミラー１６および仰角変更用ミラー１７の回転が制御される（ステップＳＴ９ｂ）。

ビーム走査光学系１０は、ビーム走査方向を変更しながら大気中に送信光を照射する。
大気中に照射された送信光は、大気中の散乱体（例えば、エアロゾル）で散乱される。散乱光は、ビーム走査光学系１０によって受信される。この受信光には、風速に対応したドップラーシフト周波数が生じている。受信光は、ビーム走査光学系１０から方位角補正部１３Ｂに出力される。

ダブプリズム回転制御部１９Ａは、回転情報処理部２４から入力した回転角Φ_１（ｔ）となるように、ダブプリズム１８の回転を制御する（ステップＳＴ１０ｂ）。
これにより、受信光の光軸ずれの方位角が補正される。
方位角補正部１３Ｂでは、実施の形態１および実施の形態２と異なって、ビーム走査光学系制御部１１から回転角γ_１（ｔ）および回転角γ_２（ｔ）を受けず、回転情報処理部２４から入力した回転角Φ_１（ｔ）を用いてダブプリズム１８の回転を制御している。
このため、ビーム走査光学系制御部１１から方位角補正部１３Ｂへ信号を伝送し、この信号に基づいて方位角補正部１３Ｂが回転角Φ_１（ｔ）を算出するといった処理が不要であり、これらの処理に伴う遅延時間を低減することができる。

ビーム走査が行われている間、受信光の光軸ずれの方位角ψ（ｔ）は常に変化することから、方位角補正部１３Ｂは、常に、ビーム走査制御情報（送信ビームの照射方向情報）を取得して光軸ずれの方位角を補正する必要がある。すなわち、光軸角度ずれの方位角成分の補正は、風速計測が終了するまでの間、補正量が連続的に制御される高負荷な処理である。このため、方位角補正部１３Ｂは、仰角補正部１４と比較して故障が発生し易く、定期的な保守点検が必要である。

実施の形態３に係るレーザレーダ装置において、光軸補正部１２Ｂは、方位角補正部１３Ｂと仰角補正部１４とから構成され、方位角補正部１３Ｂは、仰角補正部１４から分離して配置されている。これにより、負荷が高く、定期的な保守点検が必要な光軸角度ずれの方位角成分の補正と、比較的負荷が低く、方位角成分の補正より頻繁な保守点検が不要な光軸角度ずれの仰角成分の補正とで、互いに独立して保守点検を行うことができる。

装置本体１５には、図９に示したように、仰角補正部１４の他、光源１、光分配器２、パルス変調器３、送信側光学系４、受信側光学系５、光カプラ６、および信号処理部７が収容されている。これは、装置本体１５内部において、これらの構成要素を実現する多数の部品が密に配置されていることを意味する。このため、方位角補正部１３Ｂが装置本体１５に収容されると、方位角補正部１３Ｂに発生した故障は、装置本体１５に収容されている他の構成要素に悪影響を与えることが予想される。また、部品が密に配置されていると、方位角補正部１３Ｂの保守点検での光軸調整も困難である。

そこで、実施の形態３に係るレーザレーダ装置では、方位角補正部１３Ｂが装置本体１５の外部に配置され、仰角補正部１４が装置本体１５の内部に配置されている。
負荷が高く、定期的な保守点検が必要な方位角補正部１３Ｂが装置本体１５の外部に配置されているので、方位角補正部１３Ｂに発生した故障が、装置本体１５に収容された他の構成要素に与える影響を低減することができる。さらに、装置本体１５の外部は、装置本体１５の内部に比べて部品の配置間隔も広く空間的な余裕があることが予想される。これにより、方位角補正部１３Ｂの保守点検での光軸調整を容易に行うことができる。

実施の形態３に係るレーザレーダ装置は、回転情報処理部２４を備える。回転情報処理部２４は、ビーム走査光学系１０およびビーム走査光学系制御部１１Ａによるビーム走査と、方位角補正部１３Ｂによる光軸角度ずれの方位角成分の補正とを同時に制御する。
この構成を有することで、ビーム走査光学系制御部から方位角補正部への信号伝送と、ビーム走査光学系制御部および方位角補正部による演算処理が不要となり、これらの処理に伴う遅延時間を低減することができる。

なお、図９では、折り返しミラー９とビーム走査光学系１０との間に配置された方位角補正部１３Ｂを示したが、方位角補正部１３Ｂは、送受分離部８と折り返しミラー９との間に配置してもよい。

実施の形態１と同様に、実施の形態３における仰角補正部１４は、ウェッジプリズムではなく、ミラーを用いた反射光学系で実現してもよい。さらに、図９では、受信側光学系５と送受分離部８との間に配置された仰角補正部１４を示したが、仰角補正部１４は、送信側光学系４と送受分離部８との間に配置してもよい。

実施の形態１と同様に、実施の形態３における仰角補正部１４が備えるウェッジプリズム２０ａとウェッジプリズム２０ｂには、互いに異なる屈折率の材料を用いてもよい。
また、折り返しミラー９は、複数枚のミラーで構成されてもよい。

実施の形態１と同様に、実施の形態３における信号処理部７は、ビーム走査がされている間、送信光と受信光との間の光軸ずれを補正する風速測定距離Ｌを変更してもよい。
この場合、上記式（１）によって光軸ずれ仰角θが変化するため、仰角補正部１４は、風速測定距離Ｌの変更に応じて、ウェッジプリズム２０ａとウェッジプリズム２０ｂの相対的な回転角度の差を変更する。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内において、実施の形態のそれぞれの自由な組み合わせまたは実施の形態のそれぞれの任意の構成要素の変形もしくは実施の形態のそれぞれにおいて任意の構成要素の省略が可能である。

本発明に係るレーザレーダ装置は、光軸角度ずれの方位角成分の補正についての保守点検と光軸角度ずれの仰角成分の補正についての保守点検を互いに独立して行うことができるので、例えば、風速情報を利用する風力発電装置に利用可能である。

１ 光源、２ 光分配器、３ パルス変調器、４ 送信側光学系、５ 受信側光学系、６ 光カプラ、７ 信号処理部、８ 送受分離部、９ 折り返しミラー、１０ ビーム走査光学系、１１，１１Ａ ビーム走査光学系制御部、１２，１２Ａ，１２Ｂ 光軸補正部、１３，１３Ａ，１３Ｂ 方位角補正部、１４ 仰角補正部、１５ 装置本体、１６ 方位角変更用ミラー、１７ 仰角変更用ミラー、１８ ダブプリズム、１９，１９Ａ ダブプリズム回転制御部、２０ａ，２０ｂ ウェッジプリズム、２１ ウェッジプリズム回転制御部、２２ ミラー群、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ ミラー、２３ ミラー群回転制御部、２４ 回転情報処理部。

Claims (8)

1. レーザ光を発生する光源と、
   前記光源からのレーザ光を分配する光分配器と、
   前記光分配器から分配されたレーザ光をパルス化するパルス変調器と、
   前記パルス変調器によってパルス化されたレーザ光である送信光を出力する送信側光学系と、
   前記送信光が対象物で反射された反射光である受信光を出力する受信側光学系と、
   前記受信側光学系から入力した前記受信光と前記光分配器から分配されたレーザ光とを合波する光カプラと、
   前記光カプラによって合波された信号を用いて風速計測処理を行う信号処理部と、
   前記光源、前記光分配器、前記パルス変調器、前記送信側光学系、前記受信側光学系、前記光カプラおよび前記信号処理部が収容された装置本体と、
   レーザビームを走査するビーム走査部と、
   前記ビーム走査部によるビーム走査に伴って前記送信光と前記受信光との間に発生した光軸角度ずれを補正する光軸補正部とを備え、
   前記光軸補正部は、光軸角度ずれの方位角成分を補正する第１の補正部と、光軸角度ずれの仰角成分を補正する第２の補正部とから構成され、
   前記第１の補正部は、前記第２の補正部から分離して前記装置本体の外部に配置され、
   前記第２の補正部は、前記第１の補正部から分離して前記装置本体の内部に配置され、
   前記第１の補正部は、入射されたレーザ光を反射させながら出射側へ導く複数のミラーからなるミラー群を備え、前記ミラー群を回転制御して光軸角度ずれの方位角成分を補正すること
   を特徴とするレーザレーダ装置。
2. レーザ光を発生する光源と、
   前記光源からのレーザ光を分配する光分配器と、
   前記光分配器から分配されたレーザ光をパルス化するパルス変調器と、
   前記パルス変調器によってパルス化されたレーザ光である送信光を出力する送信側光学系と、
   前記送信光が対象物で反射された反射光である受信光を出力する受信側光学系と、
   前記受信側光学系から入力した前記受信光と前記光分配器から分配されたレーザ光とを合波する光カプラと、
   前記光カプラによって合波された信号を用いて風速計測処理を行う信号処理部と、
   前記光源、前記光分配器、前記パルス変調器、前記送信側光学系、前記受信側光学系、前記光カプラおよび前記信号処理部が収容された装置本体と、
   レーザビームを走査するビーム走査部と、
   前記ビーム走査部によるビーム走査に伴って前記送信光と前記受信光との間に発生した光軸角度ずれを補正する光軸補正部とを備え、
   前記光軸補正部は、光軸角度ずれの方位角成分を補正する第１の補正部と、光軸角度ずれの仰角成分を補正する第２の補正部とから構成され、
   前記第１の補正部は、前記第２の補正部から分離して前記装置本体の外部に配置され、
   前記第２の補正部は、前記第１の補正部から分離して前記装置本体の内部に配置され、
   前記第１の補正部は、レーザビームの走査角および走査速度を含むビーム走査制御情報に基づいて光軸角度ずれを補正し、
   前記第１の補正部は、レーザ光が通過するダブプリズムを備え、前記ダブプリズムを回転制御して光軸角度ずれの方位角成分を補正し、
   前記第２の補正部は、レーザ光が通過するウェッジプリズムを備え、前記ウェッジプリズムを回転制御して光軸角度ずれの仰角成分を補正すること
   を特徴とするレーザレーダ装置。
3. レーザ光を発生する光源と、
   前記光源からのレーザ光を分配する光分配器と、
   前記光分配器から分配されたレーザ光をパルス化するパルス変調器と、
   前記パルス変調器によってパルス化されたレーザ光である送信光を出力する送信側光学系と、
   前記送信光が対象物で反射された反射光である受信光を出力する受信側光学系と、
   前記受信側光学系から入力した前記受信光と前記光分配器から分配されたレーザ光とを合波する光カプラと、
   前記光カプラによって合波された信号を用いて風速計測処理を行う信号処理部と、
   前記光源、前記光分配器、前記パルス変調器、前記送信側光学系、前記受信側光学系、前記光カプラおよび前記信号処理部が収容された装置本体と、
   レーザビームを走査するビーム走査部と、
   前記ビーム走査部によるビーム走査に伴って前記送信光と前記受信光との間に発生した光軸角度ずれを補正する光軸補正部とを備え、
   前記光軸補正部は、光軸角度ずれの方位角成分を補正する第１の補正部と、光軸角度ずれの仰角成分を補正する第２の補正部とから構成され、
   前記第１の補正部は、前記第２の補正部から分離して前記装置本体の外部に配置され、
   前記第２の補正部は、前記第１の補正部から分離して前記装置本体の内部に配置され、
   前記ビーム走査部によるビーム走査と前記第１の補正部による光軸角度ずれの方位角成分の補正とを制御する情報処理部を備え、
   前記第１の補正部は、レーザ光が通過するダブプリズムを備え、
   前記情報処理部は、前記ビーム走査部によるビーム走査と前記ダブプリズムの回転とを制御すること
   を特徴とするレーザレーダ装置。
4. レーザ光を発生する光源と、
   前記光源からのレーザ光を分配する光分配器と、
   前記光分配器から分配されたレーザ光をパルス化するパルス変調器と、
   前記パルス変調器によってパルス化されたレーザ光である送信光を出力する送信側光学系と、
   前記送信光が対象物で反射された反射光である受信光を出力する受信側光学系と、
   前記受信側光学系から入力した前記受信光と前記光分配器から分配されたレーザ光とを合波する光カプラと、
   前記光カプラによって合波された信号を用いて風速計測処理を行う信号処理部と、
   レーザビームを走査するビーム走査部と、
   前記ビーム走査部によるビーム走査に伴って前記送信光と前記受信光との間に発生した光軸角度ずれを補正する光軸補正部とを備え、
   前記光軸補正部は、光軸角度ずれの方位角成分を補正する第１の補正部と、光軸角度ずれの仰角成分を補正する第２の補正部とから構成され、
   前記第１の補正部は、前記第２の補正部から分離して配置され、
   前記第１の補正部は、入射されたレーザ光を反射させながら出射側へ導く複数のミラーからなるミラー群を備え、前記ミラー群を回転制御して光軸角度ずれの方位角成分を補正すること
   を特徴とするレーザレーダ装置。
5. レーザ光を発生する光源と、
   前記光源からのレーザ光を分配する光分配器と、
   前記光分配器から分配されたレーザ光をパルス化するパルス変調器と、
   前記パルス変調器によってパルス化されたレーザ光である送信光を出力する送信側光学系と、
   前記送信光が対象物で反射された反射光である受信光を出力する受信側光学系と、
   前記受信側光学系から入力した前記受信光と前記光分配器から分配されたレーザ光とを合波する光カプラと、
   前記光カプラによって合波された信号を用いて風速計測処理を行う信号処理部と、
   レーザビームを走査するビーム走査部と、
   前記ビーム走査部によるビーム走査に伴って前記送信光と前記受信光との間に発生した光軸角度ずれを補正する光軸補正部とを備え、
   前記光軸補正部は、光軸角度ずれの方位角成分を補正する第１の補正部と、光軸角度ずれの仰角成分を補正する第２の補正部とから構成され、
   前記第１の補正部は、前記第２の補正部から分離して配置され、
   前記第１の補正部は、レーザビームの走査角および走査速度を含むビーム走査制御情報に基づいて光軸角度ずれを補正し、
   前記第１の補正部は、レーザ光が通過するダブプリズムを備え、前記ダブプリズムを回転制御して光軸角度ずれの方位角成分を補正し、
   前記第２の補正部は、レーザ光が通過するウェッジプリズムを備え、前記ウェッジプリズムを回転制御して光軸角度ずれの仰角成分を補正すること
   を特徴とするレーザレーダ装置。
6. レーザ光を発生する光源と、
   前記光源からのレーザ光を分配する光分配器と、
   前記光分配器から分配されたレーザ光をパルス化するパルス変調器と、
   前記パルス変調器によってパルス化されたレーザ光である送信光を出力する送信側光学系と、
   前記送信光が対象物で反射された反射光である受信光を出力する受信側光学系と、
   前記受信側光学系から入力した前記受信光と前記光分配器から分配されたレーザ光とを合波する光カプラと、
   前記光カプラによって合波された信号を用いて風速計測処理を行う信号処理部と、
   レーザビームを走査するビーム走査部と、
   前記ビーム走査部によるビーム走査に伴って前記送信光と前記受信光との間に発生した光軸角度ずれを補正する光軸補正部とを備え、
   前記光軸補正部は、光軸角度ずれの方位角成分を補正する第１の補正部と、光軸角度ずれの仰角成分を補正する第２の補正部とから構成され、
   前記第１の補正部は、前記第２の補正部から分離して配置され、
   前記ビーム走査部によるビーム走査と前記第１の補正部による光軸角度ずれの方位角成分の補正とを制御する情報処理部を備え、
   前記第１の補正部は、レーザ光が通過するダブプリズムを備え、
   前記情報処理部は、前記ビーム走査部によるビーム走査と前記ダブプリズムの回転とを制御すること
   を特徴とするレーザレーダ装置。
7. 前記ビーム走査部によるビーム走査と前記第１の補正部による光軸角度ずれの方位角成分の補正とを制御する情報処理部を備えたこと
   を特徴とする請求項１または請求項４記載のレーザレーダ装置。
8. 前記第１の補正部は、レーザビームの走査角および走査速度を含むビーム走査制御情報に基づいて光軸角度ずれを補正すること
   を特徴とする請求項１、請求項３、請求項４、請求項６、及び請求項７のいずれか１項に記載のレーザレーダ装置。

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