JPH11304924A - コヒーレントライダ - Google Patents
コヒーレントライダInfo
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- JPH11304924A JPH11304924A JP10113637A JP11363798A JPH11304924A JP H11304924 A JPH11304924 A JP H11304924A JP 10113637 A JP10113637 A JP 10113637A JP 11363798 A JP11363798 A JP 11363798A JP H11304924 A JPH11304924 A JP H11304924A
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- light
- optical
- probe
- light source
- pulse laser
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 安定した高効率のコヒーレントライダを得
る。 【解決手段】 ローカル光源と、レーザ光源と、光送受
信手段と、光検波手段と、光合波手段と、リレー光学系
とにより、光検波手段からの信号から目標のドップラー
信号を抽出する構成において、プローブ光を生成するプ
ローブ光源と、プローブ光を上記リレー光学系に混合さ
せる光混合手段と、プローブ光とパルスレーザ光の一部
を２次元検出する光検出器アレイと、光検出器アレイ出
力でリレー系の先端位置を調整する調整機構とを備え
た。
る。 【解決手段】 ローカル光源と、レーザ光源と、光送受
信手段と、光検波手段と、光合波手段と、リレー光学系
とにより、光検波手段からの信号から目標のドップラー
信号を抽出する構成において、プローブ光を生成するプ
ローブ光源と、プローブ光を上記リレー光学系に混合さ
せる光混合手段と、プローブ光とパルスレーザ光の一部
を２次元検出する光検出器アレイと、光検出器アレイ出
力でリレー系の先端位置を調整する調整機構とを備え
た。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は単一波長で発振す
るパルス光を目標に照射し、その散乱光を受信すること
により目標の距離、速度情報を得るコヒーレントライダ
に関するものである。
るパルス光を目標に照射し、その散乱光を受信すること
により目標の距離、速度情報を得るコヒーレントライダ
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図４はＳａｍｍｙ Ｗ．Ｈｅｎｄｅｒｓ
ｏｎ等により米国特許５、２３７、３３１号に示された
光源にインジェクションシーディング・パルスレーザ装
置を用いたコヒーレントライダの構成図である。図にお
いて、１は単一周波数で発振するレーザ光源、２は第１
の光分岐器、３は周波数シフタ、４はインジェクション
シーディング・パルスレーザ、５はビームスプリッタ、
６は１／４波長板、７は送受光学系、８は走査光学系、
９は第１の光混合器、１０は第１の光検波器、１１は第
２の光分岐器、１２は第３の光分岐器、１３は第２の光
混合器、１４は第２の光検出器、１５はＡＤ変換器、１
６は信号処理装置、１７はインジェクションシーディン
グ・パルスレーザ４の共振器長の調整機構、１８は調整
機構の制御回路、１９はレーザ光源１からのレーザ光、
２０はシード光、２１はパルスレーザ光、２２は送受信
光の光軸、２３は送信光、２４は受信光、２５はローカ
ル光、２６は第１の光混合器９により受信光２４とロー
カル光２５の混合光である。
ｏｎ等により米国特許５、２３７、３３１号に示された
光源にインジェクションシーディング・パルスレーザ装
置を用いたコヒーレントライダの構成図である。図にお
いて、１は単一周波数で発振するレーザ光源、２は第１
の光分岐器、３は周波数シフタ、４はインジェクション
シーディング・パルスレーザ、５はビームスプリッタ、
６は１／４波長板、７は送受光学系、８は走査光学系、
９は第１の光混合器、１０は第１の光検波器、１１は第
２の光分岐器、１２は第３の光分岐器、１３は第２の光
混合器、１４は第２の光検出器、１５はＡＤ変換器、１
６は信号処理装置、１７はインジェクションシーディン
グ・パルスレーザ４の共振器長の調整機構、１８は調整
機構の制御回路、１９はレーザ光源１からのレーザ光、
２０はシード光、２１はパルスレーザ光、２２は送受信
光の光軸、２３は送信光、２４は受信光、２５はローカ
ル光、２６は第１の光混合器９により受信光２４とロー
カル光２５の混合光である。
【０００３】図に基づき動作を説明する。単一波長で発
振するレーザ１からのレーザ光１９は第１の光分岐器２
により２分岐され、一方はローカル光２５に用いられ、
他方は周波数シフタ３により周波数だけ周波数増加した
レーザ光となりシード光２０としてインジェクションシ
ーディング・パルスレーザ４に供給される。インジェク
ションシーディング・パルスレーザ４はシード光２０に
一番近い周波数を持つ軸モードで単一周波数（単一波
長）のパルス発振を行う。インジェクションシーディン
グ・パルスレーザ４からのパルスレーザ光２１は直線偏
光しており、ビームスプリッタ５により反射される。１
／４波長板６により円偏光に変換された後、送受光学系
７および走査光学系８を経て、送信光２３として目標に
向けて照射される。目標からの散乱光は送信光とは逆の
経路を経て受信される。受信光２４は１／４波長板６に
より、パルスレーザ光２１の偏光面とは９０度ずれた直
線偏光になり、ビームスプリッタ５を透過し第１の光混
合器９に導かれる。第１の光混合器９において、受信光
２４とローカル光２５は混合される。混合光２６は第１
の光検出器１０においてコヒーレント検波される。第１
の光検出器１０からの信号はＡＤ変換器１５によりサン
プリングされ、信号処理装置１６により目標のドップラ
ー信号等を抽出する。
振するレーザ１からのレーザ光１９は第１の光分岐器２
により２分岐され、一方はローカル光２５に用いられ、
他方は周波数シフタ３により周波数だけ周波数増加した
レーザ光となりシード光２０としてインジェクションシ
ーディング・パルスレーザ４に供給される。インジェク
ションシーディング・パルスレーザ４はシード光２０に
一番近い周波数を持つ軸モードで単一周波数（単一波
長）のパルス発振を行う。インジェクションシーディン
グ・パルスレーザ４からのパルスレーザ光２１は直線偏
光しており、ビームスプリッタ５により反射される。１
／４波長板６により円偏光に変換された後、送受光学系
７および走査光学系８を経て、送信光２３として目標に
向けて照射される。目標からの散乱光は送信光とは逆の
経路を経て受信される。受信光２４は１／４波長板６に
より、パルスレーザ光２１の偏光面とは９０度ずれた直
線偏光になり、ビームスプリッタ５を透過し第１の光混
合器９に導かれる。第１の光混合器９において、受信光
２４とローカル光２５は混合される。混合光２６は第１
の光検出器１０においてコヒーレント検波される。第１
の光検出器１０からの信号はＡＤ変換器１５によりサン
プリングされ、信号処理装置１６により目標のドップラ
ー信号等を抽出する。
【０００４】上述したように、インジェクションシーデ
ィング・パルスレーザ４はシード光２０に一番近い周波
数を持つ軸モードで単一周波数のパルス発振を行うよう
に制御しているので、正確なドップラー信号を得るため
にはパルスレーザ光２１とローカル光２５の周波数差を
モニタする必要がある。このため、第２、第３の光分岐
器１１、１２によりそれぞれパルスレーザ光２１とロー
カル光２５の一部を取り出し、第２の光混合器１３で両
者を混合した後、第２の光検出器１４でコヒーレント検
波を行う。受信光と同様にＡＤ変換器１５によりサンプ
リングし、信号処理装置１６によりパルスレーザ光２１
とローカル光２５の周波数差等を求める。ローカル光２
５の周波数をｆ0 、シード光のそれをｆ1 、パルスレー
ザ光のそれをｆr 、受信光のそれをｆR 、周波数モニタ
信号、受信信号のそれをｆM のそれをｆsig とすると、
ｆs 、ｆT 、ｆR 、ｆM 、ｆsig それらの関係は次式で
表される。
ィング・パルスレーザ４はシード光２０に一番近い周波
数を持つ軸モードで単一周波数のパルス発振を行うよう
に制御しているので、正確なドップラー信号を得るため
にはパルスレーザ光２１とローカル光２５の周波数差を
モニタする必要がある。このため、第２、第３の光分岐
器１１、１２によりそれぞれパルスレーザ光２１とロー
カル光２５の一部を取り出し、第２の光混合器１３で両
者を混合した後、第２の光検出器１４でコヒーレント検
波を行う。受信光と同様にＡＤ変換器１５によりサンプ
リングし、信号処理装置１６によりパルスレーザ光２１
とローカル光２５の周波数差等を求める。ローカル光２
５の周波数をｆ0 、シード光のそれをｆ1 、パルスレー
ザ光のそれをｆr 、受信光のそれをｆR 、周波数モニタ
信号、受信信号のそれをｆM のそれをｆsig とすると、
ｆs 、ｆT 、ｆR 、ｆM 、ｆsig それらの関係は次式で
表される。
【０００５】ｆS ＝ｆ0 ＋ｆIF （１ａ） ｆT ＝ｆS ＋Δｆ （１ｂ） ｆR ＝ｆT ＋ｆd （１ｃ） ｆM ＝ｆIF＋Δｆ （１ｄ） ｆsig ＝ｆM ＋ｆd （１ｅ） ここで、Δｆはパルスレーザ光とシード光の周波数差、
ｆd は目標のドップラー周波数である。受信信号ｆsig
と周波数モニタ信号ｆM の差を取ることにより目標のド
ップラー周波数ｆd を得ることができる。
ｆd は目標のドップラー周波数である。受信信号ｆsig
と周波数モニタ信号ｆM の差を取ることにより目標のド
ップラー周波数ｆd を得ることができる。
【０００６】安定してインジェクションシーディング動
作を得るため、ピエゾ素子１７によりパルスレーザ４の
共振器長を調整している。ピエゾ素子１７は制御回路１
８により制御される。信号処理装置１６ではパルスレー
ザ光２１とローカル光２５の周波数差のモニタ信号から
の値を制御回路１８はに送る。制御回路１８では、Δｆ
の値が設定値以下もしくは０となるようにピエゾ素子１
７によりパルスレーザ４の共振器長を調整する。このよ
うに、安定して単一モード（単一波長）で発振するパル
スレーザ光を得ている。
作を得るため、ピエゾ素子１７によりパルスレーザ４の
共振器長を調整している。ピエゾ素子１７は制御回路１
８により制御される。信号処理装置１６ではパルスレー
ザ光２１とローカル光２５の周波数差のモニタ信号から
の値を制御回路１８はに送る。制御回路１８では、Δｆ
の値が設定値以下もしくは０となるようにピエゾ素子１
７によりパルスレーザ４の共振器長を調整する。このよ
うに、安定して単一モード（単一波長）で発振するパル
スレーザ光を得ている。
【０００７】図５は、上述の基本構成の接続を守り、信
号光やローカル光の方向をシングルモード光ファイバを
用いて誘導するように構成した場合のコヒーレントライ
ダの構成図である。図において、２７は第１の結合光学
系、２８は第２の結合光学系である。図中、点線で示さ
れた部分はシングルモード光ファイバであり、信号光等
はこのファイバ内を伝播する。この光ファイバには偏波
変動による受信信号の変動をさけるため偏波保存タイプ
のシングルモード光ファイバを用いることがある。第１
の光混合器９、第３の光分岐器１２および第２の光混合
器１３はシングルモード光ファイバの光合波器（光カプ
ラ）で構成することができる。
号光やローカル光の方向をシングルモード光ファイバを
用いて誘導するように構成した場合のコヒーレントライ
ダの構成図である。図において、２７は第１の結合光学
系、２８は第２の結合光学系である。図中、点線で示さ
れた部分はシングルモード光ファイバであり、信号光等
はこのファイバ内を伝播する。この光ファイバには偏波
変動による受信信号の変動をさけるため偏波保存タイプ
のシングルモード光ファイバを用いることがある。第１
の光混合器９、第３の光分岐器１２および第２の光混合
器１３はシングルモード光ファイバの光合波器（光カプ
ラ）で構成することができる。
【０００８】ビームスプリッタ５においてパルスレーザ
光２１が透過、受信光２４が反射となっているが、動作
は図４に示される装置のそれと同じであるので、記述を
省略する。送受光学系７および走査光学系８が同軸の光
学系を構成する光送受信手段を、ビームスプリッタ５、
１／４波長板６、第１の結合光学系２７がリレー光学系
を、第１の光混合器９が受信光２４とローカル光２５を
合波する光合波手段を構成している。
光２１が透過、受信光２４が反射となっているが、動作
は図４に示される装置のそれと同じであるので、記述を
省略する。送受光学系７および走査光学系８が同軸の光
学系を構成する光送受信手段を、ビームスプリッタ５、
１／４波長板６、第１の結合光学系２７がリレー光学系
を、第１の光混合器９が受信光２４とローカル光２５を
合波する光合波手段を構成している。
【０００９】今、受信光を結合する光ファイバを伝搬す
るレーザ光が光ファイバの先端から受信光とは逆方向に
伝搬するレーザ光を逆伝搬受信光と仮定する。図５に示
したような同軸の送受光学系と受信光を光ファイバに結
合するコヒーレントライダにおいては、最大の受信効率
を得る条件は次のとおりであることが分かっている。即
ち、この逆伝搬受信光と送信光であるパルスレーザ光が
送受光学系において同光軸かつ同ビーム径である同一の
ガウスビーム形状を持つことと、送受光学系における曲
率半径が目標までの距離に等しいことである。後半の条
件は上記光ファイバの端面と目標とが物点と像点の関係
にあるときに上記光ファイバへの受信光の結合効率が最
大になることを示している。上述した受信効率最大の条
件を満たすと、コヒーレントライダの送信光は非常に拡
がり角の小さいほぼ平行なレーザビームとなる。例え
ば、送受光学系におけるビーム径を５cm（半径）とし距
離１０kmの目標に最大の受信効率を得るようにすると、
目標上におけるビーム径は高々２倍の約１０cmにしかな
らない。このことより逆伝搬受信光と送信光であるパル
スレーザ光の光軸を高い精度であわせる必要があること
がわかる。目標上における送信光と逆伝搬受信光の光軸
のずれをビーム径の１／２以下にしようとすると、光軸
の精度が５μｒａｄ以下になるよう制御しなければなら
ない。送受光学系にＭ倍のビームエキスパンダを用いて
いれば、装置内において上記の精度はＭ倍に緩和され
る。例えば２０倍のエキスパンダを用いていれば必要な
精度は１００μｒａｄ以下となる。しかし、それでもフ
ィールドユースまたは航空機などの移動体に搭載して用
いるコヒーレントライダの使用温度、振動等の環境条件
を考えると、なお厳しい精度であり、受信効率の劣化、
安定性の欠如を招いていた。
るレーザ光が光ファイバの先端から受信光とは逆方向に
伝搬するレーザ光を逆伝搬受信光と仮定する。図５に示
したような同軸の送受光学系と受信光を光ファイバに結
合するコヒーレントライダにおいては、最大の受信効率
を得る条件は次のとおりであることが分かっている。即
ち、この逆伝搬受信光と送信光であるパルスレーザ光が
送受光学系において同光軸かつ同ビーム径である同一の
ガウスビーム形状を持つことと、送受光学系における曲
率半径が目標までの距離に等しいことである。後半の条
件は上記光ファイバの端面と目標とが物点と像点の関係
にあるときに上記光ファイバへの受信光の結合効率が最
大になることを示している。上述した受信効率最大の条
件を満たすと、コヒーレントライダの送信光は非常に拡
がり角の小さいほぼ平行なレーザビームとなる。例え
ば、送受光学系におけるビーム径を５cm（半径）とし距
離１０kmの目標に最大の受信効率を得るようにすると、
目標上におけるビーム径は高々２倍の約１０cmにしかな
らない。このことより逆伝搬受信光と送信光であるパル
スレーザ光の光軸を高い精度であわせる必要があること
がわかる。目標上における送信光と逆伝搬受信光の光軸
のずれをビーム径の１／２以下にしようとすると、光軸
の精度が５μｒａｄ以下になるよう制御しなければなら
ない。送受光学系にＭ倍のビームエキスパンダを用いて
いれば、装置内において上記の精度はＭ倍に緩和され
る。例えば２０倍のエキスパンダを用いていれば必要な
精度は１００μｒａｄ以下となる。しかし、それでもフ
ィールドユースまたは航空機などの移動体に搭載して用
いるコヒーレントライダの使用温度、振動等の環境条件
を考えると、なお厳しい精度であり、受信効率の劣化、
安定性の欠如を招いていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、同軸の
送受光学系と受信光を光ファイバに結合するコヒーレン
トライダにおいては、逆伝搬受信光と送信光であるパル
スレーザ光の光軸を高い精度であわせる必要があり、受
信効率の劣化と不安定であるという課題があった。
送受光学系と受信光を光ファイバに結合するコヒーレン
トライダにおいては、逆伝搬受信光と送信光であるパル
スレーザ光の光軸を高い精度であわせる必要があり、受
信効率の劣化と不安定であるという課題があった。
【００１１】本発明は上記の課題を解消し、安定で高受
信効率のコヒーレントライダを得ることを目的とする。
信効率のコヒーレントライダを得ることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この発明に係るコヒーレ
ントライダは、ローカル光を生成するローカル光源と、
ローカル光を基に単一周波数で発振するパルスレーザ光
を得るレーザ光源と、パルスレーザ光を目標に照射し、
目標からの受信光を受ける同軸光学系からなる光送受信
手段と、ローカル光源からのローカル光と信号光をコヒ
ーレント検波する光検波手段と、光ファイバを入出力端
として持ち信号光とローカル光を入力とし光検波手段に
出力する光合波手段と、パルスレーザ光源からのパルス
レーザ光を光送受信手段に供給し光送受信手段からの信
号光を光合波手段の入力端である光ファイバに結合する
リレー光学系とにより、光検波手段からの信号から目標
のドップラー信号を抽出する構成において、プローブ光
を生成するプローブ光源と、プローブ光を上記リレー光
学系に混合させる光混合手段と、プローブ光とパルスレ
ーザ光の一部を２次元検出する光検出器アレイと、光検
出器アレイ出力でリレー系の先端位置を調整する調整機
構とを備えた。
ントライダは、ローカル光を生成するローカル光源と、
ローカル光を基に単一周波数で発振するパルスレーザ光
を得るレーザ光源と、パルスレーザ光を目標に照射し、
目標からの受信光を受ける同軸光学系からなる光送受信
手段と、ローカル光源からのローカル光と信号光をコヒ
ーレント検波する光検波手段と、光ファイバを入出力端
として持ち信号光とローカル光を入力とし光検波手段に
出力する光合波手段と、パルスレーザ光源からのパルス
レーザ光を光送受信手段に供給し光送受信手段からの信
号光を光合波手段の入力端である光ファイバに結合する
リレー光学系とにより、光検波手段からの信号から目標
のドップラー信号を抽出する構成において、プローブ光
を生成するプローブ光源と、プローブ光を上記リレー光
学系に混合させる光混合手段と、プローブ光とパルスレ
ーザ光の一部を２次元検出する光検出器アレイと、光検
出器アレイ出力でリレー系の先端位置を調整する調整機
構とを備えた。
【００１３】また更に、リレー系の先端位置を調整する
調整機構に換えて、照射用のパルスレーザ光の光軸を調
整する光軸調整機構を備えた。
調整機構に換えて、照射用のパルスレーザ光の光軸を調
整する光軸調整機構を備えた。
【００１４】また更に、プローブ光源は、所定期間のみ
に間欠発振するパルス光源とした。
に間欠発振するパルス光源とした。
【００１５】また更に、光混合手段は、ローカル光を所
定期間毎にプローブ光方向に切換えて、プローブ光源な
しでプローブ光を兼ねるようにした。
定期間毎にプローブ光方向に切換えて、プローブ光源な
しでプローブ光を兼ねるようにした。
【００１６】また更に、光検出器アレイの受光前面に、
パルスレーザ光受光時には高減衰となる可変光減衰器を
備えた。
パルスレーザ光受光時には高減衰となる可変光減衰器を
備えた。
【００１７】また更に、光検出器アレイは、ＣＣＤ（Ｃ
ｈａｒｇｅｄ Ｃｏｕｐｌｅ Ｄｅｖｉｃｅ）とした。
ｈａｒｇｅｄ Ｃｏｕｐｌｅ Ｄｅｖｉｃｅ）とした。
【００１８】また更に、光検出器アレイは、フォトダイ
オード・マトリクスとした。
オード・マトリクスとした。
【００１９】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は本発明の実
施の形態１におけるコヒーレントライダの構成を示す図
である。図において、新規な要素として、２９のプロー
ブ光を出力するレーザ光源、３０の可変光減衰器、３１
の集光光学系、３２の２次元光検出器アレイ、３３の光
ファイバの位置調整機構がある。プローブ光用のレーザ
光源２９は、ローカル光用のレーザ光源１とほぼ同じ波
長で発振する。その他の要素は、図４の構成に示す同番
号の要素と同等のものである。
施の形態１におけるコヒーレントライダの構成を示す図
である。図において、新規な要素として、２９のプロー
ブ光を出力するレーザ光源、３０の可変光減衰器、３１
の集光光学系、３２の２次元光検出器アレイ、３３の光
ファイバの位置調整機構がある。プローブ光用のレーザ
光源２９は、ローカル光用のレーザ光源１とほぼ同じ波
長で発振する。その他の要素は、図４の構成に示す同番
号の要素と同等のものである。
【００２０】上述構成の装置による動作を説明する。目
標の距離・速度情報等を得るコヒーレントライダとして
の動作・測定原理は従来例と同等であるので記述を省略
する。ここでは光軸の安定化動作について述べる。図１
の構成は、レーザ光源２９からのプローブ光を受信光と
は逆方向に伝搬する逆伝搬受信光とし、これを受ける２
次元光検出器アレイ３２からの信号をもとに光ファイバ
の位置調整機構３３を制御して受信光の光軸を調整する
フィードバックループを構成している。このフィードバ
ック動作を、図に基づき説明する。
標の距離・速度情報等を得るコヒーレントライダとして
の動作・測定原理は従来例と同等であるので記述を省略
する。ここでは光軸の安定化動作について述べる。図１
の構成は、レーザ光源２９からのプローブ光を受信光と
は逆方向に伝搬する逆伝搬受信光とし、これを受ける２
次元光検出器アレイ３２からの信号をもとに光ファイバ
の位置調整機構３３を制御して受信光の光軸を調整する
フィードバックループを構成している。このフィードバ
ック動作を、図に基づき説明する。
【００２１】レーザ光源２９からのプローブ光は、第１
の光混合器９で混合され、その受信光の入力端である光
ファイバから逆伝搬受信光として出力される。光ファイ
バから出力されたプローブ光は第１の光結合光学系２７
によりパルスレーザ光２１とほぼ同等のガウスビームに
変換され、ビームスプリッタ５に入力される。ビームス
プリッタ５は偏光ビームスプリッタであり、プローブ光
とパルスレーザ光２１は共にビームスプリッタ５を最大
透過する直線偏光を持つ。また、プローブ光とパルスレ
ーザ光２１はビームスプリッタ５の偏光分離面上の入力
点が一致し、パルスレーザ光２１の反射光と上記プロー
ブ光の透過光の光軸が略一致するように取られている。
さらに、ビームスプリッタ５を透過したプローブ光とパ
ルスレーザ光２１は、可変光減衰器３０および集光光学
系３１を経て、２次元光検出器アレイ３２に入力され
る。集光光学系３１と２次元光検出器アレイ３２は集光
光学系３１の焦点が２次元光検出器アレイ３２の受光面
上にあるように設置されている。
の光混合器９で混合され、その受信光の入力端である光
ファイバから逆伝搬受信光として出力される。光ファイ
バから出力されたプローブ光は第１の光結合光学系２７
によりパルスレーザ光２１とほぼ同等のガウスビームに
変換され、ビームスプリッタ５に入力される。ビームス
プリッタ５は偏光ビームスプリッタであり、プローブ光
とパルスレーザ光２１は共にビームスプリッタ５を最大
透過する直線偏光を持つ。また、プローブ光とパルスレ
ーザ光２１はビームスプリッタ５の偏光分離面上の入力
点が一致し、パルスレーザ光２１の反射光と上記プロー
ブ光の透過光の光軸が略一致するように取られている。
さらに、ビームスプリッタ５を透過したプローブ光とパ
ルスレーザ光２１は、可変光減衰器３０および集光光学
系３１を経て、２次元光検出器アレイ３２に入力され
る。集光光学系３１と２次元光検出器アレイ３２は集光
光学系３１の焦点が２次元光検出器アレイ３２の受光面
上にあるように設置されている。
【００２２】集光光学系３１の光軸の２次元光検出器ア
レイ３２の受光面上の位置を原点とし、これらのレーザ
光が、集光光学系３１の光軸と位置ずれΔｒ、角度ずれ
Δφを持つとすると、レーザ光が受光面上で原点から離
れて受光される位置までの距離Δｘは次式（２）で表さ
れる。 Δｘ＝（Δｄ／ｆ）Δｒ＋（ｆ＋Δｄ）Δφ≒ｆΔφ （ｆ＞＞Δｄ） （２） ここで、ｆは集光光学系３１の焦点距離、Δｄは２次元
光検出器アレイ３２の集光光学系３１の焦点からの距離
ずれ量である。
レイ３２の受光面上の位置を原点とし、これらのレーザ
光が、集光光学系３１の光軸と位置ずれΔｒ、角度ずれ
Δφを持つとすると、レーザ光が受光面上で原点から離
れて受光される位置までの距離Δｘは次式（２）で表さ
れる。 Δｘ＝（Δｄ／ｆ）Δｒ＋（ｆ＋Δｄ）Δφ≒ｆΔφ （ｆ＞＞Δｄ） （２） ここで、ｆは集光光学系３１の焦点距離、Δｄは２次元
光検出器アレイ３２の集光光学系３１の焦点からの距離
ずれ量である。
【００２３】上式は原点からの距離Δｘは、ほぼ集光光
学系３１の光軸との角度ずれΔφに比例することを表し
ている。この角度ずれΔφは、２次元光検出器アレイ３
２の受光面上でのレーザ光の光軸の角度ずれの量と方向
を表わしている。２次元光検出器アレイ３２の受光面上
でのレーザ光の光軸の位置は、レーザ光の受光強度の中
心を求めることにより得られる。こうしてプローブ光と
パルスレーザ光２１の２次元光検出器アレイ３２の受光
面上での光軸位置を求めることにより、両者の光軸の角
度ずれ量、方向を知ることができる。この測定値Δφが
ゼロになるように、光ファイバの位置調整機構３３を制
御して、両者の光軸の角度ずれ量が許容範囲内にあるよ
うにフィードバックループを構成する。このフィードバ
ックループにより、温度変化や振動等により受信光と送
信光であるパルスレーザ光の光軸が変動しても常に両者
の光軸の角度ずれが抑えられ、受信効率を高め、かつ安
定に保つことができる。
学系３１の光軸との角度ずれΔφに比例することを表し
ている。この角度ずれΔφは、２次元光検出器アレイ３
２の受光面上でのレーザ光の光軸の角度ずれの量と方向
を表わしている。２次元光検出器アレイ３２の受光面上
でのレーザ光の光軸の位置は、レーザ光の受光強度の中
心を求めることにより得られる。こうしてプローブ光と
パルスレーザ光２１の２次元光検出器アレイ３２の受光
面上での光軸位置を求めることにより、両者の光軸の角
度ずれ量、方向を知ることができる。この測定値Δφが
ゼロになるように、光ファイバの位置調整機構３３を制
御して、両者の光軸の角度ずれ量が許容範囲内にあるよ
うにフィードバックループを構成する。このフィードバ
ックループにより、温度変化や振動等により受信光と送
信光であるパルスレーザ光の光軸が変動しても常に両者
の光軸の角度ずれが抑えられ、受信効率を高め、かつ安
定に保つことができる。
【００２４】上述した光軸の測定はパルスレーザの発振
に同期して行う。即ち、パルスレーザの発振から受信光
を受光している間はパルスレーザ光の光軸の測定を行
い、その後、次のパルスレーザの発振までの間にプロー
ブ光の光軸の測定を行う。可変光減衰器３０はパルスレ
ーザ光２１のピークパワーがプローブ光に比べ格段に高
いので、２次元光検出器アレイ３２を保護するために用
いる。そして、高パワーであるパルスレーザ光の光軸の
測定時には高減衰となり、低パワーであるプローブ光の
光軸の測定時には低減衰となるように制御される。パル
スレーザ光の光軸の測定時に２次元光検出器アレイ３２
が飽和または焼き付けなどの心配がない場合には、可変
光減衰器３０はなくてもよい。プローブ光を出力するレ
ーザ光源２９はＣＷレーザ光源であるが、受信光の測定
に悪影響を与えないようパルスレーザ光の光軸の測定時
にはプローブ光が出力しないよう間欠発振する構成とす
れば、さらに安定なコヒーレントライダを得ることがで
きる。２次元光検出器アレイ３２には使用するレーザ光
に応じて、その波長に感度があるＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ
ｄ Ｃｏｕｐｌｅ Ｄｅｖｉｃｅ）素子や四分割光検出
器またはフォトダイオード・マトリクスが用いられる。 ＣＣＤはＮｄ：ＹＡＧ，Ｎｄ：ＹＬＦの２倍波やＴｉ：
サファイアといった可視光領域の波長のレーザ光に強い
感度を持ち、これらのレーザを用いたコヒーレントライ
ダの光軸調整を容易に行うことができる。ＩｎＧａＡｓ
やＰｂ等からなる四分割光検出器またはフォトダイオー
ドマトリクスは近赤外領域に感度を持ち、１μｍ帯（Ｎ
ｄ：ＹＡＧ，Ｎｄ：ＹＬＦ等）、１．５μｍ帯（Ｅｒ：
ｇｌａｓｓ等）、２μｍ帯（Ｈｏ：ＹＡＧ，Ｔｍ：ＹＡ
Ｇ等）、ＯＰＯレーザなどの近赤外領域で発振するレー
ザを用いたコヒーレントライダの光軸調整を容易に行う
ことができる。
に同期して行う。即ち、パルスレーザの発振から受信光
を受光している間はパルスレーザ光の光軸の測定を行
い、その後、次のパルスレーザの発振までの間にプロー
ブ光の光軸の測定を行う。可変光減衰器３０はパルスレ
ーザ光２１のピークパワーがプローブ光に比べ格段に高
いので、２次元光検出器アレイ３２を保護するために用
いる。そして、高パワーであるパルスレーザ光の光軸の
測定時には高減衰となり、低パワーであるプローブ光の
光軸の測定時には低減衰となるように制御される。パル
スレーザ光の光軸の測定時に２次元光検出器アレイ３２
が飽和または焼き付けなどの心配がない場合には、可変
光減衰器３０はなくてもよい。プローブ光を出力するレ
ーザ光源２９はＣＷレーザ光源であるが、受信光の測定
に悪影響を与えないようパルスレーザ光の光軸の測定時
にはプローブ光が出力しないよう間欠発振する構成とす
れば、さらに安定なコヒーレントライダを得ることがで
きる。２次元光検出器アレイ３２には使用するレーザ光
に応じて、その波長に感度があるＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ
ｄ Ｃｏｕｐｌｅ Ｄｅｖｉｃｅ）素子や四分割光検出
器またはフォトダイオード・マトリクスが用いられる。 ＣＣＤはＮｄ：ＹＡＧ，Ｎｄ：ＹＬＦの２倍波やＴｉ：
サファイアといった可視光領域の波長のレーザ光に強い
感度を持ち、これらのレーザを用いたコヒーレントライ
ダの光軸調整を容易に行うことができる。ＩｎＧａＡｓ
やＰｂ等からなる四分割光検出器またはフォトダイオー
ドマトリクスは近赤外領域に感度を持ち、１μｍ帯（Ｎ
ｄ：ＹＡＧ，Ｎｄ：ＹＬＦ等）、１．５μｍ帯（Ｅｒ：
ｇｌａｓｓ等）、２μｍ帯（Ｈｏ：ＹＡＧ，Ｔｍ：ＹＡ
Ｇ等）、ＯＰＯレーザなどの近赤外領域で発振するレー
ザを用いたコヒーレントライダの光軸調整を容易に行う
ことができる。
【００２５】実施の形態２．図２は本発明の実施の形態
２におけるコヒーレントライダの構成を示す図である。
図において、新規な要素として、３４の高反射鏡、３５
の高反射鏡３４の角度を微調整する角度調整機構があ
る。その他の要素は、図１の構成図における同番号の要
素と同じものである。
２におけるコヒーレントライダの構成を示す図である。
図において、新規な要素として、３４の高反射鏡、３５
の高反射鏡３４の角度を微調整する角度調整機構があ
る。その他の要素は、図１の構成図における同番号の要
素と同じものである。
【００２６】ここでも、目標の距離・速度情報等を得る
コヒーレントライダとしての動作・測定原理は図１と同
じである。従って光軸安定化動作について述べるが、本
構成では、レーザ光源２９からのプローブ光を逆伝搬受
信光とし、２次元光検出器アレイ３２からの信号をもと
に高反射鏡３４の角度を微調整する角度調整機構３５を
制御して、送信光であるパルスレーザ光２１の光軸を調
整するフィードバックループを構成している。光軸の調
整をパルスレーザ光２１でおこなうようにしており、こ
のフィードバック制御の動作は、上述の実施の形態１の
それに等しいので、記述を省略する。この機構によって
も、温度変化や振動等により受信光と送信光の光軸が変
動しても常に両者の光軸の角度ずれを許容範囲内に抑え
て、高効率、安定受信ができる。
コヒーレントライダとしての動作・測定原理は図１と同
じである。従って光軸安定化動作について述べるが、本
構成では、レーザ光源２９からのプローブ光を逆伝搬受
信光とし、２次元光検出器アレイ３２からの信号をもと
に高反射鏡３４の角度を微調整する角度調整機構３５を
制御して、送信光であるパルスレーザ光２１の光軸を調
整するフィードバックループを構成している。光軸の調
整をパルスレーザ光２１でおこなうようにしており、こ
のフィードバック制御の動作は、上述の実施の形態１の
それに等しいので、記述を省略する。この機構によって
も、温度変化や振動等により受信光と送信光の光軸が変
動しても常に両者の光軸の角度ずれを許容範囲内に抑え
て、高効率、安定受信ができる。
【００２７】実施の形態３．図３は本発明の実施の形態
３における光混合器９の構成の例である。即ち、３６は
第１の光混合器としての光スイッチ、３７は第１の光フ
ァイバで、光スイッチ３６に結合されて、受信光を入力
してプローブ光を出力する。３８は第２の光ファイバ
で、単一波長で発振するレーザ光源１からの光を光スイ
ッチ３６に入力する。この際、レーザ光源１をローカル
光用としてもプローブ光用としても使用する。３９は第
３の光ファイバで、光スイッチ３６に結合されて受信光
およびローカル光を出力する。
３における光混合器９の構成の例である。即ち、３６は
第１の光混合器としての光スイッチ、３７は第１の光フ
ァイバで、光スイッチ３６に結合されて、受信光を入力
してプローブ光を出力する。３８は第２の光ファイバ
で、単一波長で発振するレーザ光源１からの光を光スイ
ッチ３６に入力する。この際、レーザ光源１をローカル
光用としてもプローブ光用としても使用する。３９は第
３の光ファイバで、光スイッチ３６に結合されて受信光
およびローカル光を出力する。
【００２８】この構成の第１の光混合器９は、実施の形
態１または実施の形態２のコヒーレントライダに適用で
きる。この構成の光混合器は、第２の光ファイバ３８か
ら入力されるローカル光を、光スイッチ３６によってプ
ローブ光およびローカル光として切り替え使用する。こ
の構成にすると、プローブ光とローカル光を同一のレー
ザ光源１で共用でき、より単純な構成のコヒーレントラ
イダが得られる。
態１または実施の形態２のコヒーレントライダに適用で
きる。この構成の光混合器は、第２の光ファイバ３８か
ら入力されるローカル光を、光スイッチ３６によってプ
ローブ光およびローカル光として切り替え使用する。こ
の構成にすると、プローブ光とローカル光を同一のレー
ザ光源１で共用でき、より単純な構成のコヒーレントラ
イダが得られる。
【００２９】動作について述べる。受信光および２次元
光検出器アレイ３２におけるレーザパルス光２１の光軸
測定時には、光スイッチ３６は第１の光ファイバ３７か
らの受信光と第２の光ファイバ３８からのローカル光の
混合光を第３の光ファイバ３９から第１の光検波器１０
に出力する。また、２次元光検出器アレイ３２における
プローブ光の光軸測定時には、光スイッチ３６は第２の
光ファイバ３８から入力されるローカル光の光路を切り
替えて、プローブ光として第１の光ファイバ３７から２
次元光検出器アレイ３２に向けて出力する。
光検出器アレイ３２におけるレーザパルス光２１の光軸
測定時には、光スイッチ３６は第１の光ファイバ３７か
らの受信光と第２の光ファイバ３８からのローカル光の
混合光を第３の光ファイバ３９から第１の光検波器１０
に出力する。また、２次元光検出器アレイ３２における
プローブ光の光軸測定時には、光スイッチ３６は第２の
光ファイバ３８から入力されるローカル光の光路を切り
替えて、プローブ光として第１の光ファイバ３７から２
次元光検出器アレイ３２に向けて出力する。
【００３０】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、プロー
ブ光とそれを受ける光検出器アレイを備えて受光面上で
の光軸位置を調整するようにしたので、温度変化や振動
等により受信光と送信光であるパルスレーザ光の光軸が
変動しても両者の光軸のずれが抑えられ、受信効率を高
め、かつ安定なコヒーレントライダが得られる効果があ
る。
ブ光とそれを受ける光検出器アレイを備えて受光面上で
の光軸位置を調整するようにしたので、温度変化や振動
等により受信光と送信光であるパルスレーザ光の光軸が
変動しても両者の光軸のずれが抑えられ、受信効率を高
め、かつ安定なコヒーレントライダが得られる効果があ
る。
【図１】 本発明の実施の形態１におけるコヒーレント
ライダの構成図である。
ライダの構成図である。
【図２】 本発明の実施の形態２におけるコヒーレント
ライダの構成図である。
ライダの構成図である。
【図３】 本発明におけるローカル光をプローブ光に兼
ねる光混合器の構成図である。
ねる光混合器の構成図である。
【図４】 第１の従来例であるコヒーレントライダの構
成図である。
成図である。
【図５】 第２の従来例である光ファイバを用いたコヒ
ーレントライダの構成図である。
ーレントライダの構成図である。
１ 単一周波数で発振するレーザ光源、２ 第１の光分
岐器、３ 周波数シフタ、４ インジェクションシーデ
ィング・パルスレーザ、５ ビームスプリッタ、６ １
／４波長、７ 送受光学系、８ 走査光学系、９ 第１
の光混合器、１０ 第１の光検波器、１１ 第２の光分
岐器、１２ 第３の光分岐器、１３ 第２の光混合器、
１４ 第２の光検出器、１５ ＡＤ変換器、１６ 信号
処理装置、１７ インジェクションシーディング・パル
スレーザ４の共振器長の調整機構、１８ 調整機構の制
御回路、１９ レーザ光源１からのレーザ光、２０ シ
ード光、２１ パルスレーザ光、２２ 送受信光の光
軸、２３ 送信光、２４ 受信光、２５ ローカル光、
２６ 第１の光混合器９により受信光２４とローカル光
２５の混合光、２７ 第１の結合光学系、２８ 第２の
結合光学系、２９ プローブ光を出力するレーザ光源、
３０ 可変光減衰器、３１ 集光光学系、３２２次元光
検出器アレイ、３３ 光ファイバの位置調整機構、３４
高反射鏡、３５ 高反射鏡３４の角度を微調整する角
度調整機構、３６ 光スイッチ、３７第１の光ファイ
バ、３８ 第２の光ファイバ、３９ 第３の光ファイ
バ。
岐器、３ 周波数シフタ、４ インジェクションシーデ
ィング・パルスレーザ、５ ビームスプリッタ、６ １
／４波長、７ 送受光学系、８ 走査光学系、９ 第１
の光混合器、１０ 第１の光検波器、１１ 第２の光分
岐器、１２ 第３の光分岐器、１３ 第２の光混合器、
１４ 第２の光検出器、１５ ＡＤ変換器、１６ 信号
処理装置、１７ インジェクションシーディング・パル
スレーザ４の共振器長の調整機構、１８ 調整機構の制
御回路、１９ レーザ光源１からのレーザ光、２０ シ
ード光、２１ パルスレーザ光、２２ 送受信光の光
軸、２３ 送信光、２４ 受信光、２５ ローカル光、
２６ 第１の光混合器９により受信光２４とローカル光
２５の混合光、２７ 第１の結合光学系、２８ 第２の
結合光学系、２９ プローブ光を出力するレーザ光源、
３０ 可変光減衰器、３１ 集光光学系、３２２次元光
検出器アレイ、３３ 光ファイバの位置調整機構、３４
高反射鏡、３５ 高反射鏡３４の角度を微調整する角
度調整機構、３６ 光スイッチ、３７第１の光ファイ
バ、３８ 第２の光ファイバ、３９ 第３の光ファイ
バ。
Claims (7)
- 【請求項１】 ローカル光を生成するローカル光源と、
このローカル光を基に単一周波数で発振するパルスレー
ザ光を得るレーザ光源と、このパルスレーザ光を目標に
照射し、目標からの受信光を受ける同軸光学系からなる
光送受信手段と、上記ローカル光源からのローカル光と
上記信号光をコヒーレント検波する光検波手段と、光フ
ァイバを入出力端として持ち上記信号光と上記ローカル
光を入力とし上記光検波手段に出力する光合波手段と、
上記パルスレーザ光源からのパルスレーザ光を上記光送
受信手段に供給し上記光送受信手段からの信号光を上記
光合波手段の入力端である光ファイバに結合するリレー
光学系とにより、上記光検波手段からの信号から目標の
ドップラー信号を抽出する構成において、 プローブ光を生成するプローブ光源と、 上記プローブ光を上記リレー光学系に混合させる光混合
手段と、 上記プローブ光と上記パルスレーザ光の一部を２次元検
出する光検出器アレイと、 上記光検出器アレイ出力で上記リレー系の先端位置を調
整する調整機構とを備えたことを特徴とするコヒーレン
トライダ。 - 【請求項２】 リレー系の先端位置を調整する調整機構
に換えて、照射用のパルスレーザ光の光軸を調整する光
軸調整機構を備えたことを特徴とする請求項１記載のコ
ヒーレントライダ。 - 【請求項３】 プローブ光源は、所定期間のみに間欠発
振するパルス光源としたことを特徴とする請求項１また
は請求項２記載のコヒーレントライダ。 - 【請求項４】 光混合手段は、ローカル光を所定期間毎
にプローブ光方向に切換えて、プローブ光源なしでプロ
ーブ光を兼ねるようにしたことを特徴とする請求項１ま
たは請求項２記載のコヒーレントライダ。 - 【請求項５】 光検出器アレイの受光前面に、パルスレ
ーザ光受光時には高減衰となる可変光減衰器を備えたこ
とを特徴とする請求項１または請求項２記載のコヒーレ
ントライダ。 - 【請求項６】 光検出器アレイは、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇ
ｅｄ ＣｏｕｐｌｅＤｅｖｉｃｅ）としたことを特徴と
する請求項１または請求項２記載のコヒーレントライ
ダ。 - 【請求項７】 光検出器アレイは、フォトダイオード・
マトリクスとしたことを特徴とする請求項１または請求
項２記載のコヒーレントライダ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11363798A JP3371088B2 (ja) | 1998-04-23 | 1998-04-23 | コヒーレントライダ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11363798A JP3371088B2 (ja) | 1998-04-23 | 1998-04-23 | コヒーレントライダ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11304924A true JPH11304924A (ja) | 1999-11-05 |
| JP3371088B2 JP3371088B2 (ja) | 2003-01-27 |
Family
ID=14617293
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11363798A Expired - Fee Related JP3371088B2 (ja) | 1998-04-23 | 1998-04-23 | コヒーレントライダ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3371088B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2002093193A1 (ja) * | 2001-05-11 | 2004-09-02 | 三菱電機株式会社 | コヒーレントレーザレーダ装置 |
| JP2006308571A (ja) * | 2005-03-30 | 2006-11-09 | Nikon Corp | 位置検出方法、及び位置検出装置 |
| JP2008124389A (ja) * | 2006-11-15 | 2008-05-29 | Megaopto Co Ltd | コヒーレントドップラーライダー |
| JP2013057670A (ja) * | 2005-03-30 | 2013-03-28 | Nikon Corp | 位置検出方法、及び位置検出装置 |
| JP6250197B1 (ja) * | 2016-07-14 | 2017-12-20 | 三菱電機株式会社 | レーザレーダ装置 |
| CN112711031A (zh) * | 2019-07-08 | 2021-04-27 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 改进的准无盲区多普勒相干激光雷达风速测量系统及方法 |
-
1998
- 1998-04-23 JP JP11363798A patent/JP3371088B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2002093193A1 (ja) * | 2001-05-11 | 2004-09-02 | 三菱電機株式会社 | コヒーレントレーザレーダ装置 |
| JP2006308571A (ja) * | 2005-03-30 | 2006-11-09 | Nikon Corp | 位置検出方法、及び位置検出装置 |
| JP2013057670A (ja) * | 2005-03-30 | 2013-03-28 | Nikon Corp | 位置検出方法、及び位置検出装置 |
| JP2008124389A (ja) * | 2006-11-15 | 2008-05-29 | Megaopto Co Ltd | コヒーレントドップラーライダー |
| JP6250197B1 (ja) * | 2016-07-14 | 2017-12-20 | 三菱電機株式会社 | レーザレーダ装置 |
| WO2018011945A1 (ja) * | 2016-07-14 | 2018-01-18 | 三菱電機株式会社 | レーザレーダ装置 |
| CN112711031A (zh) * | 2019-07-08 | 2021-04-27 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 改进的准无盲区多普勒相干激光雷达风速测量系统及方法 |
| CN112711031B (zh) * | 2019-07-08 | 2023-10-10 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 改进的准无盲区多普勒相干激光雷达风速测量系统及方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3371088B2 (ja) | 2003-01-27 |
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|---|---|---|---|
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