JPS60233581A - 距離測定装置及び方法 - Google Patents
距離測定装置及び方法Info
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- JPS60233581A JPS60233581A JP60052169A JP5216985A JPS60233581A JP S60233581 A JPS60233581 A JP S60233581A JP 60052169 A JP60052169 A JP 60052169A JP 5216985 A JP5216985 A JP 5216985A JP S60233581 A JPS60233581 A JP S60233581A
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- G—PHYSICS
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- G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の技術分野］
本発明は、距離測定用の光学装置に関する。特に、本発
明は任意のターゲットまでの距離を測定するために、周
波数変調されたコヒーレントな放射線のビームを利用し
、取分は精密測定に応用されるようなレーダー装置に関
する。
明は任意のターゲットまでの距離を測定するために、周
波数変調されたコヒーレントな放射線のビームを利用し
、取分は精密測定に応用されるようなレーダー装置に関
する。
［発明の背景技術］
レーダーは、目標物に電磁エネルギーを注ぎ、且つ上記
目標物により反射された上記エネルギーの存在及び特徴
を検出することにより、目標物までの距離を決定する。
目標物により反射された上記エネルギーの存在及び特徴
を検出することにより、目標物までの距離を決定する。
上記レーダーの原理は、数ＭＨｚの周波数から紫外線（
レーザー・レーダー）までに適用される。良好な角度分
解能及び距離分解能が、コヒーレントな放射線を利用す
るレーダーで得られる故に、レーザー・レーダーは、距
離や形のようなターゲット情報収集に応用するのに有効
である。
レーザー・レーダー）までに適用される。良好な角度分
解能及び距離分解能が、コヒーレントな放射線を利用す
るレーダーで得られる故に、レーザー・レーダーは、距
離や形のようなターゲット情報収集に応用するのに有効
である。
レーザー距離測定装置のある普通の使用は、非接触の精
密測定の分野に於いてである。ターゲットの輪郭を測定
するために、コヒーレントな放射線のビームを利用する
装置が知られている。例えば、（１９７１年６月２９日
及び１９７２年９月１９日にそれぞれ発行された） Ｈ
０３ｔｅｒｌｌｌａｎの米国特許第３．５８９、Ｂ１５
＠及び第３．６９２．４１４号は、任意の目標物の表面
上にコヒーレントな放射線のビームを注ぐ、非接触測定
プローブを開示している。レンズの焦点特性が、レンズ
から目標物までの距離を測定するために使用されている
。幾分類似の案は、（１９７５年９月３０日に発行され
た） Ｗａｔｅｒｓの米国特許第３、９０９．１３１号
、（１９７６年１０月１９日に発行された）１−ｏｗｒ
ｅｙ 、 Ｊ ｒ、 ｅｔ ａｔの米国特許第３．９８
６．７７４号。
密測定の分野に於いてである。ターゲットの輪郭を測定
するために、コヒーレントな放射線のビームを利用する
装置が知られている。例えば、（１９７１年６月２９日
及び１９７２年９月１９日にそれぞれ発行された） Ｈ
０３ｔｅｒｌｌｌａｎの米国特許第３．５８９、Ｂ１５
＠及び第３．６９２．４１４号は、任意の目標物の表面
上にコヒーレントな放射線のビームを注ぐ、非接触測定
プローブを開示している。レンズの焦点特性が、レンズ
から目標物までの距離を測定するために使用されている
。幾分類似の案は、（１９７５年９月３０日に発行され
た） Ｗａｔｅｒｓの米国特許第３、９０９．１３１号
、（１９７６年１０月１９日に発行された）１−ｏｗｒ
ｅｙ 、 Ｊ ｒ、 ｅｔ ａｔの米国特許第３．９８
６．７７４号。
（１９８１年１１月１０日に発行された） Ｗａｔｅｒ
ｓ ｅｔ ａｌの米国特許第１ｔ、 ２９９．２９１号
、及び（１９８０年６月２４日に発行された） Ｈｕｇ
ｈｅｓの米国特許第４，２０９，２５３号に開示されて
いる。これらの案は全て、別々のトランスミッタとレシ
ーバが使用されねばならず、且つ得られた測定値の精度
がレフレクタや検出器の機械的な動きに依存するという
欠点を有している。
ｓ ｅｔ ａｌの米国特許第１ｔ、 ２９９．２９１号
、及び（１９８０年６月２４日に発行された） Ｈｕｇ
ｈｅｓの米国特許第４，２０９，２５３号に開示されて
いる。これらの案は全て、別々のトランスミッタとレシ
ーバが使用されねばならず、且つ得られた測定値の精度
がレフレクタや検出器の機械的な動きに依存するという
欠点を有している。
干渉計使用法は勿論、コヒーレントな放射線ソースから
協力レフレクタまでの距離の非常に正確な測定を提供す
る。光学干渉計は、計測学及び分光学用の道具として良
く知られている。非常に短い距離及び非常に薄い厚さの
測定が、高精度に得られることができる。例えば、繊維
光学コイルにより定義される光経路を利用する干渉計装
置を開示する、（１９８１年９月２２日に発行された）
ＭｃＬａｎｄｒｉｃｈの米国特許第４．２９０．６９７
号、（１９８１年４月２０日に発行された） ５ｃｈｉ
ｆｆｎｅｒの米国特許第４、３２５．６３６号、及び（
１９８２年５月１１日に発行された） Ｌ ａｃｈｏｍ
ｂａｔ ｅｔ ａｔの米国特許第４．３２９．０５６号
を見なさい。しかしながら、生成される信号対雑音比が
、重大な障害を提出するほどに低い故に、干渉計使用法
は、（乱反射錯乱面のような）任意の目標物までの距離
の測定に適用されない。例えば、上記Ｗａｔｅｒｓの米
国特許第３．９０９．１３１の第１段第２９頁乃至第３
５頁を見なさい。
協力レフレクタまでの距離の非常に正確な測定を提供す
る。光学干渉計は、計測学及び分光学用の道具として良
く知られている。非常に短い距離及び非常に薄い厚さの
測定が、高精度に得られることができる。例えば、繊維
光学コイルにより定義される光経路を利用する干渉計装
置を開示する、（１９８１年９月２２日に発行された）
ＭｃＬａｎｄｒｉｃｈの米国特許第４．２９０．６９７
号、（１９８１年４月２０日に発行された） ５ｃｈｉ
ｆｆｎｅｒの米国特許第４、３２５．６３６号、及び（
１９８２年５月１１日に発行された） Ｌ ａｃｈｏｍ
ｂａｔ ｅｔ ａｔの米国特許第４．３２９．０５６号
を見なさい。しかしながら、生成される信号対雑音比が
、重大な障害を提出するほどに低い故に、干渉計使用法
は、（乱反射錯乱面のような）任意の目標物までの距離
の測定に適用されない。例えば、上記Ｗａｔｅｒｓの米
国特許第３．９０９．１３１の第１段第２９頁乃至第３
５頁を見なさい。
Ｎ ｕｓｓｍｅｉｅｒは、後方レフレクタまでの距離測
定を可′能にする自己較正型干渉計装置及び方法を開発
した。この干渉計は、（１９８２年１０月２６日に両方
とも発行された）米国特許第４，３５５，８９９号及び
第４、３５５．９００号、即ちｆ’ＩＮＴＥＲＦＥＲＯ
ＭＥＴ ′ＲＩＣＴＥＣＨＮＩＱＵＥ ＦＯＲＭＥＡＳ
ＵＲＩＮＧ ＤＩＳＴＡＮＣＥ ＡＴ ０ＰＴＩＣＡＬ
ＦＲＥＱＬＩＥＮＣＩＥＳＪ （１９７７年３月２８
日付のｒＡｂｓｔｒａｃｔ ｏｆ Ｎａｖａｌ Ｔｅｃ
ｈｎｏｌｏｏｙｆｒｏｍ ｔｈｅ Ａｉｒ Ｆｏｒｃｅ
Ｓｙｓｔｅｍｓ ＣｏｍｍａｎｄＪ ）及びｒｓＥＬ
Ｆ−ＣＡＬＩＢＲＡＴＩＮＧ ＩＮＴＥＲＦＥＲＯＭＥ
ＴＥＲＦＯＲ０ＰＴＩＣＡＬ ＰＨ，ＡＳＥ ＭＥＡＳ
ＵＲＥＭＥＮＴＪ（１９７７年３月１０日イ寸のｒＡｂ
ｓｔｒａｃｔ ｏｆ ＮｅｖＴｅｃｈｎｏｌｏｑｙ ｆ
ｒｏｍ ｔｈｅ Ａ ｉｒ Ｆｏｒｃｅ Ｓｙｓｔｅｍ
ｓＣｏｍｍａｎｄＪ ）に開示されている。
定を可′能にする自己較正型干渉計装置及び方法を開発
した。この干渉計は、（１９８２年１０月２６日に両方
とも発行された）米国特許第４，３５５，８９９号及び
第４、３５５．９００号、即ちｆ’ＩＮＴＥＲＦＥＲＯ
ＭＥＴ ′ＲＩＣＴＥＣＨＮＩＱＵＥ ＦＯＲＭＥＡＳ
ＵＲＩＮＧ ＤＩＳＴＡＮＣＥ ＡＴ ０ＰＴＩＣＡＬ
ＦＲＥＱＬＩＥＮＣＩＥＳＪ （１９７７年３月２８
日付のｒＡｂｓｔｒａｃｔ ｏｆ Ｎａｖａｌ Ｔｅｃ
ｈｎｏｌｏｏｙｆｒｏｍ ｔｈｅ Ａｉｒ Ｆｏｒｃｅ
Ｓｙｓｔｅｍｓ ＣｏｍｍａｎｄＪ ）及びｒｓＥＬ
Ｆ−ＣＡＬＩＢＲＡＴＩＮＧ ＩＮＴＥＲＦＥＲＯＭＥ
ＴＥＲＦＯＲ０ＰＴＩＣＡＬ ＰＨ，ＡＳＥ ＭＥＡＳ
ＵＲＥＭＥＮＴＪ（１９７７年３月１０日イ寸のｒＡｂ
ｓｔｒａｃｔ ｏｆ ＮｅｖＴｅｃｈｎｏｌｏｑｙ ｆ
ｒｏｍ ｔｈｅ Ａ ｉｒ Ｆｏｒｃｅ Ｓｙｓｔｅｍ
ｓＣｏｍｍａｎｄＪ ）に開示されている。
Ｎ ｕｓｓｍｅｉｅｒの発明は、いくらかの波長のそれ
ぞれで、２つの経路（基準経路と測定されるべきである
距離の未知の経路）の間の差動移相を測定することによ
り、未知の複数波長距離の計算を可能にする。たった１
つの波長の測定に固有のあいまいさは、多重波長測定の
組合わせにより除かれる。
ぞれで、２つの経路（基準経路と測定されるべきである
距離の未知の経路）の間の差動移相を測定することによ
り、未知の複数波長距離の計算を可能にする。たった１
つの波長の測定に固有のあいまいさは、多重波長測定の
組合わせにより除かれる。
たった１つの移相器が、干渉計に組込まれる。放射線の
電磁ビーム（むしろレーザー・ビーム）は、一対のビー
ム（近距離ビームと遠距離ビーム）に上記ビームを分割
するビーム・スプリッタを満たすように広げられる。上
記近距離ビームは、上記移相器に取付けられた反射素子
に照射される。上記反射素子は、僅かな角度により分け
られた２つの部分に上記近距離ビームを分割する。上記
近距離ビームのこれらの２つの部分は、上記近距離ビー
ムの空間的に分けられた部分のそれぞれに１つの、一対
の検出器に、上記ビーム・スプリンタを通って反射され
て戻ってくる。
電磁ビーム（むしろレーザー・ビーム）は、一対のビー
ム（近距離ビームと遠距離ビーム）に上記ビームを分割
するビーム・スプリッタを満たすように広げられる。上
記近距離ビームは、上記移相器に取付けられた反射素子
に照射される。上記反射素子は、僅かな角度により分け
られた２つの部分に上記近距離ビームを分割する。上記
近距離ビームのこれらの２つの部分は、上記近距離ビー
ムの空間的に分けられた部分のそれぞれに１つの、一対
の検出器に、上記ビーム・スプリンタを通って反射され
て戻ってくる。
上記遠距離ビームもまた、上記遠距離ビームを遮断する
基準平面により、２つの部分に分けられる。上記基準平
面は、上記ビーム・スプリッタに（及びそこから第１の
検出器に）戻る上記遠距離ビームの一部を反射するよう
に、上記遠距離ビームで光学的に調整される。上記移相
器から反射された上記近距離ビームの部分と、上記基準
平面から反射された上記遠距離ビームの部分とは、第１
の検出器上に干渉縞を形成し、それによって差動経路長
の関数としての強度変化を生ずる。
基準平面により、２つの部分に分けられる。上記基準平
面は、上記ビーム・スプリッタに（及びそこから第１の
検出器に）戻る上記遠距離ビームの一部を反射するよう
に、上記遠距離ビームで光学的に調整される。上記移相
器から反射された上記近距離ビームの部分と、上記基準
平面から反射された上記遠距離ビームの部分とは、第１
の検出器上に干渉縞を形成し、それによって差動経路長
の関数としての強度変化を生ずる。
上記遠距離ビームの残りの部分は、上記基準平面を素通
りし、（干渉計から未知の距離に位置するターゲット上
に置かれた後方レフレクタに照射される。上記後方レフ
レクタは、上記ビーム・スプリッタに戻ってそれに衝突
する上記遠距離ビームのその部分を反射する。上記ビー
ム・スプリッタは、第２の検出器に上記反射された遠距
離ビームを注ぐもので、上記反射された遠距離ビームは
、上記第２の検出器上で衝突する上記近距離ビームの部
分と干渉し、同様に干渉縞及び結合された強度変化を作
り出す。上記移相器からどちらの検出器までもの測定さ
れた伝達関数は、移相器のそれぞれ半波長のために全周
期の正弦曲線である。上記２つの正弦曲線検出器出力間
の位相差は、上記干渉計の上記遠距離ビームの基準及び
信号部分（経路）間の光位相差を表わす。
りし、（干渉計から未知の距離に位置するターゲット上
に置かれた後方レフレクタに照射される。上記後方レフ
レクタは、上記ビーム・スプリッタに戻ってそれに衝突
する上記遠距離ビームのその部分を反射する。上記ビー
ム・スプリッタは、第２の検出器に上記反射された遠距
離ビームを注ぐもので、上記反射された遠距離ビームは
、上記第２の検出器上で衝突する上記近距離ビームの部
分と干渉し、同様に干渉縞及び結合された強度変化を作
り出す。上記移相器からどちらの検出器までもの測定さ
れた伝達関数は、移相器のそれぞれ半波長のために全周
期の正弦曲線である。上記２つの正弦曲線検出器出力間
の位相差は、上記干渉計の上記遠距離ビームの基準及び
信号部分（経路）間の光位相差を表わす。
換言すれば、Ｎ ｕｓｓｍｅｉｅｒの発明に従った干渉
計は、共通の移相器により制御されるそれぞれに１つの
ビーム長さの２つのＭｉｃｈｅｌｓｏｎ干渉計としての
特性を与えられることができる。開示された移相器は、
（圧電素子のような）普通の変換装置上に取付けられた
反射素子を含む。
計は、共通の移相器により制御されるそれぞれに１つの
ビーム長さの２つのＭｉｃｈｅｌｓｏｎ干渉計としての
特性を与えられることができる。開示された移相器は、
（圧電素子のような）普通の変換装置上に取付けられた
反射素子を含む。
［発明の目的コ
本発明は、任意のターゲットまでの距離を測定するため
の装置並びに距離を測定するための方法を提供すること
を目的とする。
の装置並びに距離を測定するための方法を提供すること
を目的とする。
［発明の概要］
放射線ソースは、コヒーレントな放射線の連続的なビー
ムを生成する。上記放射線の周波数は、連続的に変更さ
れる。上記ビームは、距離ビームと基準ビームに分割さ
れる。上記距離ビームは、ターゲットに上記距離ビーム
の一部を注ぐ距離干渉計に供給される。ターゲットに注
がれ且つそれによって反射された上記距離ビームの一部
と、固定された長さの経路を伝わる上記距離ビームの他
の部分との間の位相差を表わす第１の信号を生成する。
ムを生成する。上記放射線の周波数は、連続的に変更さ
れる。上記ビームは、距離ビームと基準ビームに分割さ
れる。上記距離ビームは、ターゲットに上記距離ビーム
の一部を注ぐ距離干渉計に供給される。ターゲットに注
がれ且つそれによって反射された上記距離ビームの一部
と、固定された長さの経路を伝わる上記距離ビームの他
の部分との間の位相差を表わす第１の信号を生成する。
上記基準ビームは、基準干渉計につながれている。上記
基準ビームの一部は、予め設定された長さの基準経路に
沿って基準干渉計により注がれ、そして基準経路に沿っ
て注がれた上記基準ビームの部分と、固定された長さの
経路上を伝わる上記基準ビームの他の部分との間の位相
差が、測定される。上記基準ビームの２つの部分の間の
位相差と、上記距離ビームの２つの部分の間の位相差と
は、上記距離干渉計からターゲットまでの距離を決定す
るために処理される。
基準ビームの一部は、予め設定された長さの基準経路に
沿って基準干渉計により注がれ、そして基準経路に沿っ
て注がれた上記基準ビームの部分と、固定された長さの
経路上を伝わる上記基準ビームの他の部分との間の位相
差が、測定される。上記基準ビームの２つの部分の間の
位相差と、上記距離ビームの２つの部分の間の位相差と
は、上記距離干渉計からターゲットまでの距離を決定す
るために処理される。
上記距離干渉計は、第１の予め設定された距離の第１の
経路に沿って上記距離ビームの第１の部分を注ぎ、且つ
ターゲットに対する往復経路と上記第１の経路とを含む
第２の経路に沿って上記距離ビームの第２の部分を注ぐ
、ビーム・スプリッタを含むことができる。同様に、上
記基準干渉計は、第２の予め設定された長さの第３の経
路に沿って基準ビームの第１の部分を注ぎ、且つ第３の
予め設定された長さと上記第３の経路とを含む第４の（
基準）経路に沿って上記基準ビームの第２の部分を注ぐ
、ビーム・スプリッタを含むことかできる。上記基準経
路は、光ファイバから成ることができる。
経路に沿って上記距離ビームの第１の部分を注ぎ、且つ
ターゲットに対する往復経路と上記第１の経路とを含む
第２の経路に沿って上記距離ビームの第２の部分を注ぐ
、ビーム・スプリッタを含むことができる。同様に、上
記基準干渉計は、第２の予め設定された長さの第３の経
路に沿って基準ビームの第１の部分を注ぎ、且つ第３の
予め設定された長さと上記第３の経路とを含む第４の（
基準）経路に沿って上記基準ビームの第２の部分を注ぐ
、ビーム・スプリッタを含むことかできる。上記基準経
路は、光ファイバから成ることができる。
上記距離干渉計は、ターゲットに上記距離ビームを集中
することができる。上記距離干渉計はまた、上記第１の
経路を伝わった後の上記距離ビームの第１の部分と、上
記第２の経路を伝わった後の上記距離ビームの第２の部
分との間の位相差を表わす信号を生成する距離干渉計ビ
ーム・スプリッタに光学的に結合された位相差決定装置
を含むことができる。同様に、上記基準干渉計は、上記
第３の経路を伝わった後の上記基準ビームの第１の部分
と、上記第４の経路を伝わった後の上記基準ビームの第
２の部分との間の位相差を表わす信号を生成する基準干
渉計ビーム・スプリッタに光学的に結合された位相差決
定装置を含むことができる。
することができる。上記距離干渉計はまた、上記第１の
経路を伝わった後の上記距離ビームの第１の部分と、上
記第２の経路を伝わった後の上記距離ビームの第２の部
分との間の位相差を表わす信号を生成する距離干渉計ビ
ーム・スプリッタに光学的に結合された位相差決定装置
を含むことができる。同様に、上記基準干渉計は、上記
第３の経路を伝わった後の上記基準ビームの第１の部分
と、上記第４の経路を伝わった後の上記基準ビームの第
２の部分との間の位相差を表わす信号を生成する基準干
渉計ビーム・スプリッタに光学的に結合された位相差決
定装置を含むことができる。
放射線の周波数は、第１の周波数と第２の周波数との間
をスイープする。そのようなスイープは、（鋸歯状波形
のように）周期的に成し遂げられることができ、且つ機
械的に又は電気的に成し遂げられることができる。上記
距離干渉計位相差決定装置は、上記第１の経路を伝わっ
た後の上記距離ビームの第１の部分と、上記第２の経路
を伝わった後の上記距離ビームの第２の部分との間の波
干渉から生ずる縞の数Ｎ、を、上記放射線ソースのそれ
ぞれのスイープのために、カウントすることができる。
をスイープする。そのようなスイープは、（鋸歯状波形
のように）周期的に成し遂げられることができ、且つ機
械的に又は電気的に成し遂げられることができる。上記
距離干渉計位相差決定装置は、上記第１の経路を伝わっ
た後の上記距離ビームの第１の部分と、上記第２の経路
を伝わった後の上記距離ビームの第２の部分との間の波
干渉から生ずる縞の数Ｎ、を、上記放射線ソースのそれ
ぞれのスイープのために、カウントすることができる。
上記基準干渉計位相差決定装置は、上記第３の経路を伝
わった後の上記基準ビームの第１の部分と、上記第４の
経路を伝わった後の上記基準ビームの第２の部分との間
の波干渉から生ずる縞の数Ｎ、。ｆを、上記放射線ソー
スのそれぞれのスイープのために、カウントすることが
できる。
わった後の上記基準ビームの第１の部分と、上記第４の
経路を伝わった後の上記基準ビームの第２の部分との間
の波干渉から生ずる縞の数Ｎ、。ｆを、上記放射線ソー
スのそれぞれのスイープのために、カウントすることが
できる。
処理装置は、上記Ｎ、をＮ、。ｆで割ることにより、及
び上記第３の予め設定された長さく上記基準経路の長さ
）による指数を掛けることにより、上記距離干渉計から
ターゲットまでの距離を決定することができる。
び上記第３の予め設定された長さく上記基準経路の長さ
）による指数を掛けることにより、上記距離干渉計から
ターゲットまでの距離を決定することができる。
ターゲットの表面の表面粗度もまた、本発明に従って突
止められることができる。コヒーレントな放射線の連続
的なビームが、上記表面に注がれ、上記表面の上記ビー
ムの入射角が変えられる。上記表面により散乱させられ
た放射線の強度は、複数の入射角のために測定される。
止められることができる。コヒーレントな放射線の連続
的なビームが、上記表面に注がれ、上記表面の上記ビー
ムの入射角が変えられる。上記表面により散乱させられ
た放射線の強度は、複数の入射角のために測定される。
これらの測定された強度は、表面粗度のしるしを生成す
るために処理される。
るために処理される。
測定された強度は、複数の入射角のためにストアされる
ことができる。上記ストアされた測定された強度は、上
記測定された表面の粗度の特性を表わすために、複数の
子め設定された表面のための入射角の関数としての散乱
させられた放射線の強度を含むストアされた実験的に得
られたデータと次に比較されることができる。
ことができる。上記ストアされた測定された強度は、上
記測定された表面の粗度の特性を表わすために、複数の
子め設定された表面のための入射角の関数としての散乱
させられた放射線の強度を含むストアされた実験的に得
られたデータと次に比較されることができる。
本発明に従って表面粗度はまた、ターゲットの異なるポ
イントにより反射された放射線の部分の間の干渉により
生成された散乱させられた放射線の強度の変調の特性を
描くことにより、突止められることができる。変調の強
度は、ピーク・ピーク振幅及び角変位に従って特性を表
わされることができる。変調の上記ピーク・ピーク振幅
及び角変位は、放射線の周波数、放射線の入射角を変更
することにより、又は上記表面上記ビームでスキャンす
ることにより、決定されることができる。
イントにより反射された放射線の部分の間の干渉により
生成された散乱させられた放射線の強度の変調の特性を
描くことにより、突止められることができる。変調の強
度は、ピーク・ピーク振幅及び角変位に従って特性を表
わされることができる。変調の上記ピーク・ピーク振幅
及び角変位は、放射線の周波数、放射線の入射角を変更
することにより、又は上記表面上記ビームでスキャンす
ることにより、決定されることができる。
上記表面の上記ピーク・ピーク振幅及び角変位は、上記
表面の特性を表わすために、複数の異なった予め設定さ
れた表面のためのストアされた実験的に得られたデータ
と比較されることができる。
表面の特性を表わすために、複数の異なった予め設定さ
れた表面のためのストアされた実験的に得られたデータ
と比較されることができる。
（前述された＞ Ｎ ｕｓｓｍｅｉｅｒの干渉計は、２
つの′接近して間隔を置かれたレーザー周波数を使用す
ることにより、距離のめいまいざを避ける。米国特許第
４．３５５．３９９の第４段第５９行に見られる第１３
式は、以下の２つのレーザー周波数の間の差の距離Ｌｕ
に関する。即ち、 ２Ｌ、− ｆ １ −ｆ ２ （但し、Ｃは光速である。） Ｌ が１ｍにほぼ等しい典型的な場合のために、ｆｌ−
ｆ２は従って、１５０ＭＨｚにほぼ等しくされねばなら
ない。
つの′接近して間隔を置かれたレーザー周波数を使用す
ることにより、距離のめいまいざを避ける。米国特許第
４．３５５．３９９の第４段第５９行に見られる第１３
式は、以下の２つのレーザー周波数の間の差の距離Ｌｕ
に関する。即ち、 ２Ｌ、− ｆ １ −ｆ ２ （但し、Ｃは光速である。） Ｌ が１ｍにほぼ等しい典型的な場合のために、ｆｌ−
ｆ２は従って、１５０ＭＨｚにほぼ等しくされねばなら
ない。
Ｎ ｕｓｓｍｅｉｅｒの発明の距離精度は、Ｃδφ
ΔＬ、＝−・
４ （ｆ ２−ｆ １ ） ２π
を達成することができる光位相ナルδφに依存する。
ｃ／ （４（ｆ２−ｆｔ ））が典型的に非常に大きく
、且つ何千もの光の周波数を含むだろうということに注
意しなさい。ある干渉縞に対するあいまいざ△Ｌ （即
ち、△Ｌ、≦（λ／２））を減少するために、δφは５
Ｘ１０″６ｒａｄに等しいかそれ以下にされねばならな
い。この数字は多分、事実上達成されることはできない
。
、且つ何千もの光の周波数を含むだろうということに注
意しなさい。ある干渉縞に対するあいまいざ△Ｌ （即
ち、△Ｌ、≦（λ／２））を減少するために、δφは５
Ｘ１０″６ｒａｄに等しいかそれ以下にされねばならな
い。この数字は多分、事実上達成されることはできない
。
距離の不確実性もまた、
１
として、信号対雑音比に関して書表わされることができ
る。
る。
低い距離不確実性を達成するためのＮｕｓｓｍｅｉｅｒ
の発明のために、周波数の極めて安定した（１／１０１
０程度の）ソースが使用されねばならず、協力レフレク
タが十分な強度の放射線を反射して戻すために、ターゲ
ット上に置かれなけばならない。
の発明のために、周波数の極めて安定した（１／１０１
０程度の）ソースが使用されねばならず、協力レフレク
タが十分な強度の放射線を反射して戻すために、ターゲ
ット上に置かれなけばならない。
本発明に従って、距離不確実性は、
ΔＲ＝ −
４Δｆ
と書表わされる。（但し、八ｆはＦＭレーザー・ソース
のスイープの周波数偏移である。）本発明に従って、実
際に得られる信号対雑音比数字のみが必要であるのに対
して、非常に低い距離不確実性が任意のターゲットまで
の距離の決定で得られる。そのうえ、本発明は、ＦＭレ
ーザー・ソースの周波数のスイープが連続的であり、絶
対周波数も上記ソースの安定度も、周波数偏移の実際の
量も、精度の批評ではないということのみを必要とする
。
のスイープの周波数偏移である。）本発明に従って、実
際に得られる信号対雑音比数字のみが必要であるのに対
して、非常に低い距離不確実性が任意のターゲットまで
の距離の決定で得られる。そのうえ、本発明は、ＦＭレ
ーザー・ソースの周波数のスイープが連続的であり、絶
対周波数も上記ソースの安定度も、周波数偏移の実際の
量も、精度の批評ではないということのみを必要とする
。
本発明に従ったレーダー装置並びに方法は、（普通の干
渉計とは異なって）距離のｆｌよりはむしろ敗双距離を
測定する。本発明に従ったシステムは、（乱反射表面を
含む）任意の表面からの絶対距離測定を成し遂げること
ができる。本発明は、ターゲットが協力レフレクタを必
要としない単なる干渉計よりはむしろ、真のレーダーで
ある。
渉計とは異なって）距離のｆｌよりはむしろ敗双距離を
測定する。本発明に従ったシステムは、（乱反射表面を
含む）任意の表面からの絶対距離測定を成し遂げること
ができる。本発明は、ターゲットが協力レフレクタを必
要としない単なる干渉計よりはむしろ、真のレーダーで
ある。
レーザー光の波長（３千３百万分の１インチ）の精度ア
プローチが得られる。最近の注入レーザー・ダイオード
の質の向上は、必要とされたコヒーレントな長さ及び波
長同調距離を提供する。（高いテクノロジーで集積され
た光アセンブリにより可能にされる）発明の小さなサイ
ズは、ロー・コスト化、より正確且つより信頼性のある
大きさオーダーである本発明に従った精密測定センサ、
及びそれらの普通の片われを可能にする。測定結果の処
理は比較的簡単であり、解像度の程度は、縞の数がカウ
ントされる（従って、ディジタル信号処理回路の使用を
許す）故に、普通の装置で非常に向上される。ざらに、
本発明は、上記ビーム経路が測定値に影響を及ぼすこと
なしに、−瞬遮られることができる「自己較正型」であ
る。
プローチが得られる。最近の注入レーザー・ダイオード
の質の向上は、必要とされたコヒーレントな長さ及び波
長同調距離を提供する。（高いテクノロジーで集積され
た光アセンブリにより可能にされる）発明の小さなサイ
ズは、ロー・コスト化、より正確且つより信頼性のある
大きさオーダーである本発明に従った精密測定センサ、
及びそれらの普通の片われを可能にする。測定結果の処
理は比較的簡単であり、解像度の程度は、縞の数がカウ
ントされる（従って、ディジタル信号処理回路の使用を
許す）故に、普通の装置で非常に向上される。ざらに、
本発明は、上記ビーム経路が測定値に影響を及ぼすこと
なしに、−瞬遮られることができる「自己較正型」であ
る。
本発明の潜在的な適用は、実際的に限りがない。
予測される即座の多量の適用は、非接触の精密測定１輪
郭表面のマツピング、大建造物の測定２表面の質の測定
、二次標準器較正、完成品の検査。
郭表面のマツピング、大建造物の測定２表面の質の測定
、二次標準器較正、完成品の検査。
ロボット・アームのボジショニング、及びロボット・グ
リッパの指先の近接センサを含む。本発明の固有の多用
性のために、潜在的な適用のリストは、事実上無限と思
われる。
リッパの指先の近接センサを含む。本発明の固有の多用
性のために、潜在的な適用のリストは、事実上無限と思
われる。
［発明の実施例］
第１図は、従来のＦＭ ＣＷ レーダー・システム５０
の概略的なブロック構成図である。任意のターゲット５
２までの距離Ｒが、測定される。
の概略的なブロック構成図である。任意のターゲット５
２までの距離Ｒが、測定される。
Ｆ’Ｍソース５４は、ターゲット５２に向かって注がれ
る周波数変調されたｒ’ｆ放射線の連続的なビームを提
供する。ターゲット５２で反射された上記放射線は、検
出器５６により検出される。カウンタ５８は、送信周波
数がデルタｆ（Δｆ）の周波数偏移を有して周波数変調
されるので、送信された信号と受信された信号の間の干
渉ビート（ヘテロダイン周波数）を測定する。距離Ｒは
、Ｒ−□・ｎ（１） ２Δｆ として計算されることができる。但し、Ｃは光速であり
、Δｆは周波数偏移でおり、ｎは送信された信号と受信
された信号の間の干渉ビートの数である。
る周波数変調されたｒ’ｆ放射線の連続的なビームを提
供する。ターゲット５２で反射された上記放射線は、検
出器５６により検出される。カウンタ５８は、送信周波
数がデルタｆ（Δｆ）の周波数偏移を有して周波数変調
されるので、送信された信号と受信された信号の間の干
渉ビート（ヘテロダイン周波数）を測定する。距離Ｒは
、Ｒ−□・ｎ（１） ２Δｆ として計算されることができる。但し、Ｃは光速であり
、Δｆは周波数偏移でおり、ｎは送信された信号と受信
された信号の間の干渉ビートの数である。
システム５０の測定値の正確さは、上記ＦＭソースの周
波数偏移Δｆに依存し、 ΔＲ＝ −（２） ４△ｆ により与えられる。勿論、普通のマイクロ波周波数でΔ
ｆは、所望の正確さを得るために比較的大きくされるこ
とができる。第１図に示されたシステムの動作原理のい
くつかは、以下に説明するような本発明に適合させ得る
。
波数偏移Δｆに依存し、 ΔＲ＝ −（２） ４△ｆ により与えられる。勿論、普通のマイクロ波周波数でΔ
ｆは、所望の正確さを得るために比較的大きくされるこ
とができる。第１図に示されたシステムの動作原理のい
くつかは、以下に説明するような本発明に適合させ得る
。
第２（Ａ）図は、本発明に従った第１の実施例のシステ
ム６０の概略的なブロック構成図である。
ム６０の概略的なブロック構成図である。
システム６０は主に、レーザー・ソース６２とそれに結
合されたＦＭクランプ ｒａｍｐ ＞ジェネレータ６４
、ビーム・スプリッタ６５．基準干渉計６６とそれに結
合された基準アーム６８．距離干渉計７０、基準位相差
検出器７２．距離位相差検出器７４、カウンタ７６、及
び距離処理装置７８とから成る。システム６０は、距離
干渉計７０から任意のターゲット５２までの距離Ｒを測
定する。ターグツ１−５２は、それに対する入射光を反
射する及び／また散乱させる（広く反射する）乱反射面
であるだろう。
合されたＦＭクランプ ｒａｍｐ ＞ジェネレータ６４
、ビーム・スプリッタ６５．基準干渉計６６とそれに結
合された基準アーム６８．距離干渉計７０、基準位相差
検出器７２．距離位相差検出器７４、カウンタ７６、及
び距離処理装置７８とから成る。システム６０は、距離
干渉計７０から任意のターゲット５２までの距離Ｒを測
定する。ターグツ１−５２は、それに対する入射光を反
射する及び／また散乱させる（広く反射する）乱反射面
であるだろう。
コヒーレントな放射線は、レーザー・ソース６２により
生成される。ＦＭクランプジェネレータ６４は、上記レ
ーザー・ソース６２により生成された上記コヒーレント
な放射線を周波数変調する。
生成される。ＦＭクランプジェネレータ６４は、上記レ
ーザー・ソース６２により生成された上記コヒーレント
な放射線を周波数変調する。
本実施例に於いては、ランプ・ジェネレータ６４は、第
１と第２のレベルの間で連続且つ増加（又は減少）する
（鋸歯状のような）周期波を生成する。この周期波は、
第１と第２の周波数の間でレーザー・ソース６２により
生成された上記放射線の周波数をスイープするために使
用される。上記スイープは、上記第１と第２の周波数の
間で、連続し且つコンスタントに増加又は減少する。
１と第２のレベルの間で連続且つ増加（又は減少）する
（鋸歯状のような）周期波を生成する。この周期波は、
第１と第２の周波数の間でレーザー・ソース６２により
生成された上記放射線の周波数をスイープするために使
用される。上記スイープは、上記第１と第２の周波数の
間で、連続し且つコンスタントに増加又は減少する。
レーザー・ソース６２により生成された上記コヒーレン
トな放射線は、基準ビーム８０と距離ビーム８２に上記
放射線を分割するビーム・スプリッタ６５に供給されて
いる。ビーム・スプリッタ６５は、より詳細に後述され
るような、いくらかの普通の光ビーム・スプリッタから
成ることができる。距離ビーム８２が距離干渉計７０に
供給されているのに対して、基準ビーム８０は基準干渉
計６６に供給されている。基準及び距離干渉計６６及び
７０は、後述されるような普通の干渉計から成ることが
できる。
トな放射線は、基準ビーム８０と距離ビーム８２に上記
放射線を分割するビーム・スプリッタ６５に供給されて
いる。ビーム・スプリッタ６５は、より詳細に後述され
るような、いくらかの普通の光ビーム・スプリッタから
成ることができる。距離ビーム８２が距離干渉計７０に
供給されているのに対して、基準ビーム８０は基準干渉
計６６に供給されている。基準及び距離干渉計６６及び
７０は、後述されるような普通の干渉計から成ることが
できる。
良く知られているように、普通の干渉計は、第１の経路
に沿って伝わる光と、第２の経路に沿って伝わる光との
間に波干渉パターンを生成する。
に沿って伝わる光と、第２の経路に沿って伝わる光との
間に波干渉パターンを生成する。
鋳型的に、上記第１の経路は、上記第２の経路が未知の
長さであり且つ上記第１の経路と測定されるべきである
長さの経路とを含むのに対して、既知の予め設定された
長さである。上記第１の経路に沿って伝わる光と、上記
第２の経路に沿って伝わる光との間の位相差を測定する
ことにより、上記第１及び第２の経路の経路長さの差を
突止めることが可能である。しかしながら、また良く知
られているように、たった１つの干渉計のみが、これら
の２つの経路が異なることにより波長の数を解明するこ
となしに、光の波長の断片△λの範囲中までに経路長の
差を解明する。換言すれば、たった１つの干渉計は、上
記２つの経路の長さがΔλ＋λ、Δλ＋２・λ、・・・
Δλ十ｎ・λにより異なるかどうかについて、同一の位
相差を測定するだろう。但し、ｎは整数であり、λは光
の波長である。付加の情報は、この距離あいまいさを解
明するために得られることができる。種々のテクニック
が、この問題を解決するために従来提唱されてきた。例
えば、１つのそのような提唱された解決のための（前述
された） Ｎｕｓｓｍｅｉｅｒの米国特許第４．３５５
．８９９号を児生盗公。
長さであり且つ上記第１の経路と測定されるべきである
長さの経路とを含むのに対して、既知の予め設定された
長さである。上記第１の経路に沿って伝わる光と、上記
第２の経路に沿って伝わる光との間の位相差を測定する
ことにより、上記第１及び第２の経路の経路長さの差を
突止めることが可能である。しかしながら、また良く知
られているように、たった１つの干渉計のみが、これら
の２つの経路が異なることにより波長の数を解明するこ
となしに、光の波長の断片△λの範囲中までに経路長の
差を解明する。換言すれば、たった１つの干渉計は、上
記２つの経路の長さがΔλ＋λ、Δλ＋２・λ、・・・
Δλ十ｎ・λにより異なるかどうかについて、同一の位
相差を測定するだろう。但し、ｎは整数であり、λは光
の波長である。付加の情報は、この距離あいまいさを解
明するために得られることができる。種々のテクニック
が、この問題を解決するために従来提唱されてきた。例
えば、１つのそのような提唱された解決のための（前述
された） Ｎｕｓｓｍｅｉｅｒの米国特許第４．３５５
．８９９号を児生盗公。
このあいまいさを取除くために、本発明の基準干渉計６
６は、（上記干渉計の内部におり、従って図示されない
）固定した長さの経路とく基準）経路６８とを含む。本
発明に従って、経路６８は既知の予め設定された長さで
ある。その長さは、−次標準器を有するシステム６０を
むしろ構成することにより、非常に正確に測定される。
６は、（上記干渉計の内部におり、従って図示されない
）固定した長さの経路とく基準）経路６８とを含む。本
発明に従って、経路６８は既知の予め設定された長さで
ある。その長さは、−次標準器を有するシステム６０を
むしろ構成することにより、非常に正確に測定される。
基準干渉計６６は２つの部分に基準ビーム８０を分け、
経路６８に沿って一方の部分を注ぎ、固定された内部経
路に沿って他方の部分を注ぐ。本実施例に於いては、経
路６８は、基準干渉計６６に戻る経路６８に沿って注が
れた基準ビーム８０の部分を反射するためのレフレクタ
８４を含む。基準干渉計６６は、経路６８に沿って注が
れた基準ビームの部分と上記固定された内部経路に沿っ
て注がれた基準ビームの部分との間の波干渉パターンを
生成する。上記レーザー・ソース６２の周波数がスイー
プされるので、上記波干渉パターンは複数の縞から成る
だろう。基準検出器７２は、上記波干渉パターンの縞を
検出する。
経路６８に沿って一方の部分を注ぎ、固定された内部経
路に沿って他方の部分を注ぐ。本実施例に於いては、経
路６８は、基準干渉計６６に戻る経路６８に沿って注が
れた基準ビーム８０の部分を反射するためのレフレクタ
８４を含む。基準干渉計６６は、経路６８に沿って注が
れた基準ビームの部分と上記固定された内部経路に沿っ
て注がれた基準ビームの部分との間の波干渉パターンを
生成する。上記レーザー・ソース６２の周波数がスイー
プされるので、上記波干渉パターンは複数の縞から成る
だろう。基準検出器７２は、上記波干渉パターンの縞を
検出する。
距離ビーム８２は同様に、２つのビームに上記距離ビー
ムを分ける距離干渉計７０に注がれる。
ムを分ける距離干渉計７０に注がれる。
第１のビームは、干渉計７０に向かって戻ってくるビー
ムのいくらかを反射する（散乱させる）ターゲット５２
に注がれる。第２のビームは、距離干渉計７０の内部に
固定された長さの経路に沿って伝わる。ターゲット５２
により反射された（散乱させられた）ビームと、距離干
渉計の内部の経路に沿って伝わるビームとは、お互いに
干渉し、縞パターンを生成する。距離検出器７４は、上
記波干渉パターンの縞を検出する。
ムのいくらかを反射する（散乱させる）ターゲット５２
に注がれる。第２のビームは、距離干渉計７０の内部に
固定された長さの経路に沿って伝わる。ターゲット５２
により反射された（散乱させられた）ビームと、距離干
渉計の内部の経路に沿って伝わるビームとは、お互いに
干渉し、縞パターンを生成する。距離検出器７４は、上
記波干渉パターンの縞を検出する。
第２（Ｂ）図は、レーザー・ソース６２により生成され
た放射線の周波数の増加変化ｄｆのための検出器７２と
７４の典型的な出力を示している。
た放射線の周波数の増加変化ｄｆのための検出器７２と
７４の典型的な出力を示している。
但し、ｄｆは本発明に実際に使用される周波数偏移より
は非常に小さいことに注意しなさい。基準検出器７２と
距離検出器７４のそれぞれの出力は、ＦＭドライバ６４
の周波数偏移Δｆのそれぞれのスイープのための基準及
び距離干渉計（６６及び７０）の波干渉パターンの縞の
数を別々にカウントするカウンタ７６の入力である。Ｎ
、が上記スイープのための上記距離干渉計７０の上記波
干渉パターンの縞の数であるのに対して、” ｒｅｆは
上記スイープのための上記基準干渉計６６の上記波干渉
パターンの縞の数である。第２（Ｂ）図は例えば、ｄｆ
の周波数スイープのための、検出器７２による５つの縞
カウント出力と、検出器７４による６つの縞カウント出
力を示している。処理装置７８は、以下の式に従って、
八ｆのそれぞれのスイープのためにＲ（距離）を計算す
る。即ち、Ｎ。
は非常に小さいことに注意しなさい。基準検出器７２と
距離検出器７４のそれぞれの出力は、ＦＭドライバ６４
の周波数偏移Δｆのそれぞれのスイープのための基準及
び距離干渉計（６６及び７０）の波干渉パターンの縞の
数を別々にカウントするカウンタ７６の入力である。Ｎ
、が上記スイープのための上記距離干渉計７０の上記波
干渉パターンの縞の数であるのに対して、” ｒｅｆは
上記スイープのための上記基準干渉計６６の上記波干渉
パターンの縞の数である。第２（Ｂ）図は例えば、ｄｆ
の周波数スイープのための、検出器７２による５つの縞
カウント出力と、検出器７４による６つの縞カウント出
力を示している。処理装置７８は、以下の式に従って、
八ｆのそれぞれのスイープのためにＲ（距離）を計算す
る。即ち、Ｎ。
Ｒ＝ −−Ｘ ｒｅｆ （３）
” ｒｅｆ
もしＸｒｅｆが正確に知られたならば、Ｒの測定値は非
常に正確であるだろう。
常に正確であるだろう。
良く知られているように、光のビームの絶対周波数の正
確な測定は、非常に難しい。同様に、光の２つのビーム
の間の位相差の正確なアナログ測定は、光の非常に高い
周波数のために、それを成し遂げることは難しく、おる
いは不可能でおる。
確な測定は、非常に難しい。同様に、光の２つのビーム
の間の位相差の正確なアナログ測定は、光の非常に高い
周波数のために、それを成し遂げることは難しく、おる
いは不可能でおる。
本発明は、光の絶対周波数の測定も、光の２つのビーム
の間のアナログ位相差の測定もまた、必要としない。む
しろ、本発明は、２πを法とした位相差のみを測定する
（即ち、縞の数がカウントされ、１つ以下の縞の位相差
は無視される）。本発明に従って、カウンタ７６及び処
理装置７８は両方とも、遥かにシンプル且つより正確な
アプローチを生ずるディジタルである。不正確が２πｒ
ａｄ以下の範囲中までに位相差を解明することの失敗に
より生成されるにもかかわらず、この不正確の影響は無
視できるように減少されることができ、従って非常に正
確な測定値が（説明されるように）得られることができ
る。本発明に従ったシステム６０の距離不確実性は、以
下により詳細に説明される。
の間のアナログ位相差の測定もまた、必要としない。む
しろ、本発明は、２πを法とした位相差のみを測定する
（即ち、縞の数がカウントされ、１つ以下の縞の位相差
は無視される）。本発明に従って、カウンタ７６及び処
理装置７８は両方とも、遥かにシンプル且つより正確な
アプローチを生ずるディジタルである。不正確が２πｒ
ａｄ以下の範囲中までに位相差を解明することの失敗に
より生成されるにもかかわらず、この不正確の影響は無
視できるように減少されることができ、従って非常に正
確な測定値が（説明されるように）得られることができ
る。本発明に従ったシステム６０の距離不確実性は、以
下により詳細に説明される。
第４図は、本発明の第２の実施例の詳細なブロック構成
図である。この実施例は、繊維光学テクノロジーを使用
して実行されている。レーザー・ソース６２は、光ファ
イバ８６を通ってビーム・スプリッタ６５に、コヒーレ
ントな放射線の周波数変調されたビームを注ぐ。ビーム
・スプリッタ６５は、普通の星形カップラから成り、（
光ファイバ８８に供給される）基準ビームと（光ファイ
バ９０に供給される）距離ビームに上記ビームを分ける
。良く知られているように、普通の星形カップラ（「星
形に形成されたデータ・バス」）は、受動ミキシング素
子として使用される。即ち、星形カップラの入力ポート
からの光出力が共にミックスされ、次に出力ポート中に
等しく分割される。
図である。この実施例は、繊維光学テクノロジーを使用
して実行されている。レーザー・ソース６２は、光ファ
イバ８６を通ってビーム・スプリッタ６５に、コヒーレ
ントな放射線の周波数変調されたビームを注ぐ。ビーム
・スプリッタ６５は、普通の星形カップラから成り、（
光ファイバ８８に供給される）基準ビームと（光ファイ
バ９０に供給される）距離ビームに上記ビームを分ける
。良く知られているように、普通の星形カップラ（「星
形に形成されたデータ・バス」）は、受動ミキシング素
子として使用される。即ち、星形カップラの入力ポート
からの光出力が共にミックスされ、次に出力ポート中に
等しく分割される。
そのような普通の星形カップラは、信号を結合するため
、又は経路中で信号を分けるために使用されることがで
きる。
、又は経路中で信号を分けるために使用されることがで
きる。
上記基準ビームは、第１と第２のビームに上記ビームを
分ける星形カップラ９２に供給される。
分ける星形カップラ９２に供給される。
上記第１のビームは、光ファイバ９４の渦巻き部分を含
む基準アーム６８中に供給される。光ファイバ９４は、
普通の温度制御オーブン９６に収容されている。オーブ
ン９６の機能は、光ファイバ９４の長さくＸｒｅｆ〉を
一定に保ことである。星形カップラ９２により上記基準
ビームから分割された上記第２のビームは、光フアイバ
９８中に供給される。光ファイバ９４と９８を通って伝
わる上記ビームは両方とも、上記２つのビームの間で波
干渉を生成する星形カップラ１００に供給される。
む基準アーム６８中に供給される。光ファイバ９４は、
普通の温度制御オーブン９６に収容されている。オーブ
ン９６の機能は、光ファイバ９４の長さくＸｒｅｆ〉を
一定に保ことである。星形カップラ９２により上記基準
ビームから分割された上記第２のビームは、光フアイバ
９８中に供給される。光ファイバ９４と９８を通って伝
わる上記ビームは両方とも、上記２つのビームの間で波
干渉を生成する星形カップラ１００に供給される。
光ファイバ９４の長さは、最高の正確さで測定されるべ
き距離Ｒにほぼ等しいべきである。正確さは、Ｘｒｅｆ
が３つのファクタによりＲと異なる時、まだ比較的良い
。正確さは、Ｘｒｅｆが１０以上のファクタによりＲと
異なる時、多少域じる。
き距離Ｒにほぼ等しいべきである。正確さは、Ｘｒｅｆ
が３つのファクタによりＲと異なる時、まだ比較的良い
。正確さは、Ｘｒｅｆが１０以上のファクタによりＲと
異なる時、多少域じる。
星形カップラ１００は、出力ポート’１０２に１つ、出
力ポート１０４に１つの、２つの出力を生成する。出力
ポート１０２で生成された上記出力は、出力ポート１０
４で生成された出力と等しい振幅で逆極性のものである
。例えば、出力ポート１０２が明るい縞を生成し、出力
ポート１０４が暗い縞を生成する。出力ポート１０２は
、光ファイバ１０８を介して第１の基準検出器１０６に
結合されている。また、出力ポート１０４は、光ファイ
バ１１２を介して第２の基準検出器１１０に結合されて
いる。基準検出器１０６及び１１０は、（第２（Ｂ）図
に見られるように）波干渉パターンの縞の数を表わす補
足出力を生成する。
力ポート１０４に１つの、２つの出力を生成する。出力
ポート１０２で生成された上記出力は、出力ポート１０
４で生成された出力と等しい振幅で逆極性のものである
。例えば、出力ポート１０２が明るい縞を生成し、出力
ポート１０４が暗い縞を生成する。出力ポート１０２は
、光ファイバ１０８を介して第１の基準検出器１０６に
結合されている。また、出力ポート１０４は、光ファイ
バ１１２を介して第２の基準検出器１１０に結合されて
いる。基準検出器１０６及び１１０は、（第２（Ｂ）図
に見られるように）波干渉パターンの縞の数を表わす補
足出力を生成する。
上記検出器１０６の出力は、差動演算増幅器１１４の一
方の入力端に供給される。また、上記検出器１１０の出
力は、上記演算増幅器１１４の他方の入力端に供給され
る。上記演算増幅器１１４は、検出器１１０の出力から
検出器１０６の出力を引く。その結果は、上記検出され
た波干渉パターンを表わす所望の信号の振幅である。し
かしながら、（ジッターのような）レーザー雑音の影響
は、この配置を実行することにより実質上減少される。
方の入力端に供給される。また、上記検出器１１０の出
力は、上記演算増幅器１１４の他方の入力端に供給され
る。上記演算増幅器１１４は、検出器１１０の出力から
検出器１０６の出力を引く。その結果は、上記検出され
た波干渉パターンを表わす所望の信号の振幅である。し
かしながら、（ジッターのような）レーザー雑音の影響
は、この配置を実行することにより実質上減少される。
これは、検出器１０６と１１０の出力で雑音プレゼント
の多くが、演算増幅器１１４により成し遂げられた減算
処理により取除かれ、従って上記演算増幅器の出力に与
えられないからである。
の多くが、演算増幅器１１４により成し遂げられた減算
処理により取除かれ、従って上記演算増幅器の出力に与
えられないからである。
雑音の影響を減少するための、補足的な出力を生成する
検出器と差動増幅器を使用するこのテクニックは、Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎｉｃ ［）ｅｓｉｇｎ Ｎｅｗｓ （１９
８４年３月８日）の第１０８頁乃至第１１０頁のＢ ｉ
ａｎｃｏｍａｎｏ 。
検出器と差動増幅器を使用するこのテクニックは、Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎｉｃ ［）ｅｓｉｇｎ Ｎｅｗｓ （１９
８４年３月８日）の第１０８頁乃至第１１０頁のＢ ｉ
ａｎｃｏｍａｎｏ 。
■、の［３ｐｅｃｉａｌ Ｒｅｐｏｒｔｏｎ Ｆｉｂｅ
ｒ ＱｐｔｉｃＣｏｍｐｏｎｅｎｔｓ Ｊに述べられて
いる。また、３ｋ。
ｒ ＱｐｔｉｃＣｏｍｐｏｎｅｎｔｓ Ｊに述べられて
いる。また、３ｋ。
Ｉｎ１ｃｋ 、 ＭｅｒｒｉｌｌのＲａｄａｒ ｌ−１
ａｎｄｂ００ｋ （ＭＣＧｒａＷ −Ｈ１ｌ＋ 、 １
９７０年）の第５頁乃至第９頁も見なさい。
ａｎｄｂ００ｋ （ＭＣＧｒａＷ −Ｈ１ｌ＋ 、 １
９７０年）の第５頁乃至第９頁も見なさい。
基準カウンタ１１６は、ＦＭクランプジェネレータ６４
が周波数のΔｆを通してスイープする時、演算増幅器１
１４の出力で、パルス・プレゼントの数をカウントする
ことにより、上記波干渉パターンの縞の数をカウトする
。演算増幅器１１４は典型的に飽和モードで動作し、そ
のため上記差動信号が予め設定されたスレシホールド以
上に増加するたびに、論理「１」の出力を生成する。
が周波数のΔｆを通してスイープする時、演算増幅器１
１４の出力で、パルス・プレゼントの数をカウントする
ことにより、上記波干渉パターンの縞の数をカウトする
。演算増幅器１１４は典型的に飽和モードで動作し、そ
のため上記差動信号が予め設定されたスレシホールド以
上に増加するたびに、論理「１」の出力を生成する。
（上記距離ビームを通して伝える）光ファイバ９０は、
第１及び第２のビームに上記距離ビームを分ける星形カ
ップラ１１８に結合されている。
第１及び第２のビームに上記距離ビームを分ける星形カ
ップラ１１８に結合されている。
上記第１のビームは、予め設定された固定された長さの
光ファイバ１２２により星形カップラ１２０に供給され
ている。上記第２のビームは、光ファイバ１２６を通っ
て普通のコリメータ１２４に供給されている。コリメー
タ１２４は、ターゲット５２上に上記第２のビームを集
束させる。明らかに、Ｒが予め設定されていない故に、
コリメータ１２４の焦点は、ターゲット５２に正確に位
置されない。上記焦点のこの固有の近似のための距離深
度は、第１２図及び第１４図と共に、より詳細に述べら
れるだろう。上記第２の゛ビームの一部は、光ファイバ
１３０を介して星形カップラ１２０に結合されたコリメ
ータ１２８に向かって戻るように、ターゲット５２によ
り反射される。星形カップラ１２０の第１の出力ポート
１３２は、（光ファイバ１３６を介して）第１の距離検
出器１３４に結合されている。また、上記星形カップラ
１２０の第２の出力ポート１３８は、（光ファイバ１４
２を介して）第２の距離検出器１４０に結合されている
。
光ファイバ１２２により星形カップラ１２０に供給され
ている。上記第２のビームは、光ファイバ１２６を通っ
て普通のコリメータ１２４に供給されている。コリメー
タ１２４は、ターゲット５２上に上記第２のビームを集
束させる。明らかに、Ｒが予め設定されていない故に、
コリメータ１２４の焦点は、ターゲット５２に正確に位
置されない。上記焦点のこの固有の近似のための距離深
度は、第１２図及び第１４図と共に、より詳細に述べら
れるだろう。上記第２の゛ビームの一部は、光ファイバ
１３０を介して星形カップラ１２０に結合されたコリメ
ータ１２８に向かって戻るように、ターゲット５２によ
り反射される。星形カップラ１２０の第１の出力ポート
１３２は、（光ファイバ１３６を介して）第１の距離検
出器１３４に結合されている。また、上記星形カップラ
１２０の第２の出力ポート１３８は、（光ファイバ１４
２を介して）第２の距離検出器１４０に結合されている
。
距離検出器１３４と１４０のそれぞれの出力は、上記演
算増幅器１１４と同様のマナーで動作する差動演算増幅
器１４４のそれぞれの入力端に接続されている。上記演
算増幅器１４４の出力は、狭帯域トラッキング・フィル
タ１４６の入力端に供給される。上記トラッキング・フ
ィルタ１４６の機能は、狭い通過帯域の外側の雑音を阻
止するのに対して、縞カウント情報のみを通過させるよ
うに、縞レート周波数にその狭い通過帯域を固定するこ
とである。上記トラッキング・フィルタ１４６の出力は
、演算増幅器１４４の出力に生成される（且つトラッキ
ング・フィルタ１４６により通過させられる）パルスの
数をカウントする距離カウンタ１４８の入力端に供給さ
れる。
算増幅器１１４と同様のマナーで動作する差動演算増幅
器１４４のそれぞれの入力端に接続されている。上記演
算増幅器１４４の出力は、狭帯域トラッキング・フィル
タ１４６の入力端に供給される。上記トラッキング・フ
ィルタ１４６の機能は、狭い通過帯域の外側の雑音を阻
止するのに対して、縞カウント情報のみを通過させるよ
うに、縞レート周波数にその狭い通過帯域を固定するこ
とである。上記トラッキング・フィルタ１４６の出力は
、演算増幅器１４４の出力に生成される（且つトラッキ
ング・フィルタ１４６により通過させられる）パルスの
数をカウントする距離カウンタ１４８の入力端に供給さ
れる。
トラッキング・フィルタが、演算増幅器１１４の出力端
と基準カウンタ１１６の入力端の間に構成されることも
できるが、比較的強いビーム強度が基準干渉計に与えら
れるので、通常は必要ではない。しかしながら、ターゲ
ット５２により反射された上記ビームの強度が、比較的
弱い故に、かなりの量の雑音が（第２（Ｂ）図に見られ
るように）信号に与えられるだろう。トラッキング・フ
ィルタ１４６が、システム６０の信号対雑音比を非常に
向上させ、従って（説明されるだろうように）回路性能
を向上させ、エラーを減少させ、且つ測定精度を向上さ
せる。
と基準カウンタ１１６の入力端の間に構成されることも
できるが、比較的強いビーム強度が基準干渉計に与えら
れるので、通常は必要ではない。しかしながら、ターゲ
ット５２により反射された上記ビームの強度が、比較的
弱い故に、かなりの量の雑音が（第２（Ｂ）図に見られ
るように）信号に与えられるだろう。トラッキング・フ
ィルタ１４６が、システム６０の信号対雑音比を非常に
向上させ、従って（説明されるだろうように）回路性能
を向上させ、エラーを減少させ、且つ測定精度を向上さ
せる。
基準カウンタ１１６は、出力Ｎ 、即ちＦＭｅｆ
ランプ・ジェネレータ６４の所定の周波数スイープ（八
ｆ〉のための基準干渉計６６の波干渉パターンの縞の数
を生成する。距離カウンタ１４８は、出力Ｎ６、即ち所
定の周波数スイープ（Δｆ）のための距離干渉計７４の
波干渉パターンの縞の数を生成する。ＮｒｅｆとＮ−よ
両方とも、上記第３式に従って出力Ｒを生成する距離処
理装置７８に供給される。
ｆ〉のための基準干渉計６６の波干渉パターンの縞の数
を生成する。距離カウンタ１４８は、出力Ｎ６、即ち所
定の周波数スイープ（Δｆ）のための距離干渉計７４の
波干渉パターンの縞の数を生成する。ＮｒｅｆとＮ−よ
両方とも、上記第３式に従って出力Ｒを生成する距離処
理装置７８に供給される。
演算増幅器１４４はさらに、距離干渉計７４の波干渉パ
ターンの振幅に比例する（従って、目標物５２により反
射されたビームの強度に比例する）ＡＧＣ出力を生成す
る。上記ＡＧＣ出力は、表面粗度処理装置１５０の入力
端に供給される。上記表面粗度処理装置１５０の第２の
入力端は、コリメータ１２４によりターゲット５２に注
がれたビームの入射角を表わす瞬時データを提供するタ
ーゲット傾斜データ・ジェネレータ・ブロック１５２に
接続されている。上記表面粗度処理装置１５０は、コリ
メータ１２８に向かって戻る光を反射する（散乱させる
）ターゲット５２の表面の粗度のしるしである２つの表
面粗度パラメータ（σ。
ターンの振幅に比例する（従って、目標物５２により反
射されたビームの強度に比例する）ＡＧＣ出力を生成す
る。上記ＡＧＣ出力は、表面粗度処理装置１５０の入力
端に供給される。上記表面粗度処理装置１５０の第２の
入力端は、コリメータ１２４によりターゲット５２に注
がれたビームの入射角を表わす瞬時データを提供するタ
ーゲット傾斜データ・ジェネレータ・ブロック１５２に
接続されている。上記表面粗度処理装置１５０は、コリ
メータ１２８に向かって戻る光を反射する（散乱させる
）ターゲット５２の表面の粗度のしるしである２つの表
面粗度パラメータ（σ。
Ｔ）を生成する。上記表面粗度処理装置１５０及び上記
ターゲット傾斜ジェネレータ１５２の機能は、第１５（
Ａ）図乃至第１９図と共に、より詳細に後述されるだろ
う。
ターゲット傾斜ジェネレータ１５２の機能は、第１５（
Ａ）図乃至第１９図と共に、より詳細に後述されるだろ
う。
第４図に示された実施例の干渉計６６及び７゜が、普通
のＭａｃｈ −Ｚ ｅｈｎｄｅｒタイプの干渉計をそれ
ぞれ含む（従って、第４図の実施例は「バイ・スタティ
ック」レーダーである）ことが、当業者には理解できよ
う。第３図は、干渉計６６及び７０がＭａｃｈ −Ｚｅ
ｈｎｄｅｒタイプの干渉計よりはむしろＭ １ｃｉｌｅ
ｌｓＯｎ干渉計である（即ち、「モノ・スタティック」
レーダーである）本発明に従った他の実施例を示してい
る。第３図は、第２（Ａ）図に示された実施例の詳細な
構成図である。見られることができるように、光ファイ
バ８８は、上記星形カップラ９２の対応する（反対側の
）出力ポート１５６が、光ファイバ９４に結合されてい
るのに対して、上記星形カップラ９２の入力ボート１５
４に結合されている。しかしながら、光ファイバ９４の
他端は、星形カップラ９２に向かって光を反射して戻す
反射面１５８で終わっている。上記星形カップラ９２の
第２の入力ボート１６０は、光ファイバ１６２を介して
星形カップラ１００に接続されている。また、上記星形
カップラ９２の第２の出力ポート１６４は、光ファイバ
９８を介して星形カップラ１００に接続されている。光
ファイバ９８と１６２と共に星形カップラ９２と１００
は、Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ干渉計を形成する。光ファイバ
９４を通って伝えられる基準ビームの部分の経路長Ｘ、
。ｆは、光が光ファイバの長さの全てを伝わらねばなら
ず、反射面１５８に突当たらねばならず、且つ星形カッ
プラ９２に向かって反射させねばならない故に、今、光
ファイバの長さの２倍でおるということに注意されたい
。
のＭａｃｈ −Ｚ ｅｈｎｄｅｒタイプの干渉計をそれ
ぞれ含む（従って、第４図の実施例は「バイ・スタティ
ック」レーダーである）ことが、当業者には理解できよ
う。第３図は、干渉計６６及び７０がＭａｃｈ −Ｚｅ
ｈｎｄｅｒタイプの干渉計よりはむしろＭ １ｃｉｌｅ
ｌｓＯｎ干渉計である（即ち、「モノ・スタティック」
レーダーである）本発明に従った他の実施例を示してい
る。第３図は、第２（Ａ）図に示された実施例の詳細な
構成図である。見られることができるように、光ファイ
バ８８は、上記星形カップラ９２の対応する（反対側の
）出力ポート１５６が、光ファイバ９４に結合されてい
るのに対して、上記星形カップラ９２の入力ボート１５
４に結合されている。しかしながら、光ファイバ９４の
他端は、星形カップラ９２に向かって光を反射して戻す
反射面１５８で終わっている。上記星形カップラ９２の
第２の入力ボート１６０は、光ファイバ１６２を介して
星形カップラ１００に接続されている。また、上記星形
カップラ９２の第２の出力ポート１６４は、光ファイバ
９８を介して星形カップラ１００に接続されている。光
ファイバ９８と１６２と共に星形カップラ９２と１００
は、Ｍｉｃｈｅｌｓｏｎ干渉計を形成する。光ファイバ
９４を通って伝えられる基準ビームの部分の経路長Ｘ、
。ｆは、光が光ファイバの長さの全てを伝わらねばなら
ず、反射面１５８に突当たらねばならず、且つ星形カッ
プラ９２に向かって反射させねばならない故に、今、光
ファイバの長さの２倍でおるということに注意されたい
。
（光ファイバ１２２と１６６と共に）星形カップラ１１
８と１２０は、距離干渉計７０もまたＭ １ｃｈｅｌｓ
ｏｎ干渉計を含むように、星形カップラ６６と１００（
及び光ファイバ９８と１６２）と同様のマナーで配置さ
れている。唯一の違いは、信号コリメータ１６８が、星
形カップラ１１８に結合されていることである。コリメ
ータ１６８は、ターゲット５２に向かって距離ビームの
部分を送出すこと、及びターゲットにより反射されたビ
ームの部分を受取ることの、両方に使用される。
８と１２０は、距離干渉計７０もまたＭ １ｃｈｅｌｓ
ｏｎ干渉計を含むように、星形カップラ６６と１００（
及び光ファイバ９８と１６２）と同様のマナーで配置さ
れている。唯一の違いは、信号コリメータ１６８が、星
形カップラ１１８に結合されていることである。コリメ
ータ１６８は、ターゲット５２に向かって距離ビームの
部分を送出すこと、及びターゲットにより反射されたビ
ームの部分を受取ることの、両方に使用される。
第３図のＭａｃｈ −Ｚ ｅｈｎｄｅｒ干渉計の代わり
に、Ｍ ｉ ｃｈｅ ｌ ｓｏｎ干渉計の使用で効率の
僅かな減少が生ずる（効率の３ｄＢ減少が予言される）
。しかしながら、たった１つのコリメータ１６８のみが
送出しと受取りの両方に使用される故に、第４図に示さ
れた実施例のほうがいくらかの応用のために好ましい。
に、Ｍ ｉ ｃｈｅ ｌ ｓｏｎ干渉計の使用で効率の
僅かな減少が生ずる（効率の３ｄＢ減少が予言される）
。しかしながら、たった１つのコリメータ１６８のみが
送出しと受取りの両方に使用される故に、第４図に示さ
れた実施例のほうがいくらかの応用のために好ましい。
第５図は、星形カップラ及び光ファイバの代わりに、部
分的に反射する板と、鏡と、自由空間（ビーム光）経路
で成された本発明の第３の実施例を示している。第５図
に示された実施例は、ｄｕａｌ Ｍ １ｃｈｅｌｓｏｎ
干渉計が使用される第３図に示された実施例と類似して
いる。一部を反射し且つ一部を通過させる板１７０及び
１７２は、ターゲット・ビームと基準ビームに、レーザ
ー・ソース６２により生成されたビームを分割し、且つ
それぞれ２つの部分に上記ターゲット及び基準ビームを
分割する。鏡１７４及び１７６は、上記部分的に反射す
る板１７０と１７２の一方により注がれたビームを、上
記部分的に反射する板の他方に反射する。検出器７２及
び７４はそれぞれ、上記基準及び距離干渉計の縞の数を
表わす信号を生成する。
分的に反射する板と、鏡と、自由空間（ビーム光）経路
で成された本発明の第３の実施例を示している。第５図
に示された実施例は、ｄｕａｌ Ｍ １ｃｈｅｌｓｏｎ
干渉計が使用される第３図に示された実施例と類似して
いる。一部を反射し且つ一部を通過させる板１７０及び
１７２は、ターゲット・ビームと基準ビームに、レーザ
ー・ソース６２により生成されたビームを分割し、且つ
それぞれ２つの部分に上記ターゲット及び基準ビームを
分割する。鏡１７４及び１７６は、上記部分的に反射す
る板１７０と１７２の一方により注がれたビームを、上
記部分的に反射する板の他方に反射する。検出器７２及
び７４はそれぞれ、上記基準及び距離干渉計の縞の数を
表わす信号を生成する。
カウンタ７６及び処理装置７８は、前述されたように機
能する。
能する。
第６図は、ｄｕａｌ Ｍａｃｈ −ｚｅｈｎｄｅｒ干渉
計が使用される第４図に示された実施例に等しい自由空
間（ビーム光）経路である。板１７８と１８０は両方と
も、一部を反射し且つ一部を通過させるものである。
計が使用される第４図に示された実施例に等しい自由空
間（ビーム光）経路である。板１７８と１８０は両方と
も、一部を反射し且つ一部を通過させるものである。
発明の第５図と第６図の実施例の重大な欠点は、基準ア
ームが自由空間を占有せねばならず、従ってもし測定さ
れる距離Ｒが比較的長いならば、装置のサイズを事実上
増大させるということである。
ームが自由空間を占有せねばならず、従ってもし測定さ
れる距離Ｒが比較的長いならば、装置のサイズを事実上
増大させるということである。
第３図及び第４図に示された実施例の基準経路は、渦巻
き状にされた光ファイバにより定義され、従ってＸ、。
き状にされた光ファイバにより定義され、従ってＸ、。
ｆは、経路が比較的小ざな空間を占有させることができ
ることを定義する比較的長く、しかもなお渦巻き状にさ
れた光ファイバである。
ることを定義する比較的長く、しかもなお渦巻き状にさ
れた光ファイバである。
言及されたように、レーザー・ソース６４により生成さ
れたビームは、ＦＭクランプジェネレータ６４により周
波数変調される。ランプ・ジェネレータ６４は、連続的
であり、且つ好ましい実施例に於いては周期的である出
力を生成する。ただ１つの周波数スイープ（八ｆ）のみ
が、本発明に従ってＲの測定を成すことを必要とされる
。しかしながら、それぞれの時間でＲを測定することか
、典型的に好ましく、より高い測定精度を成すために（
以下に述べられるように）独立した統計的解析を次に成
す。この理由から、該実施例のランプ・ジェネレータ６
４は、（いくらかの連続波形が使用されることができる
とはいえ）周期的な対称的な鋸歯状の波形を発生する。
れたビームは、ＦＭクランプジェネレータ６４により周
波数変調される。ランプ・ジェネレータ６４は、連続的
であり、且つ好ましい実施例に於いては周期的である出
力を生成する。ただ１つの周波数スイープ（八ｆ）のみ
が、本発明に従ってＲの測定を成すことを必要とされる
。しかしながら、それぞれの時間でＲを測定することか
、典型的に好ましく、より高い測定精度を成すために（
以下に述べられるように）独立した統計的解析を次に成
す。この理由から、該実施例のランプ・ジェネレータ６
４は、（いくらかの連続波形が使用されることができる
とはいえ）周期的な対称的な鋸歯状の波形を発生する。
レーザー・ソース６２により生成されたビームの周波数
偏移が十分に大きいことが、正確さに対して危険となる
。以下に説明されるように、本発明により成し遂げられ
る正確さは、周波数偏移に直接的に関係する。本発明に
従ったレーザー・ソースの一実施例は、第８図に示され
ている。第８図に示されたレーザー・ソース６２の実施
例は、固体注入レーザー・ダイオード１８２．コリメー
ティング・レンズ１８４．ブレイズド格子１８６゜圧電
性ベンダー・バイモルフ１８８．及び半反射−板’１９
０から成っている。ダイオード１８２．レンズ１８４．
格子１８６．バイモルフ１８８．及び半反射板１９０は
、共振レーザー空洞１９２の内部に取付けられている。
偏移が十分に大きいことが、正確さに対して危険となる
。以下に説明されるように、本発明により成し遂げられ
る正確さは、周波数偏移に直接的に関係する。本発明に
従ったレーザー・ソースの一実施例は、第８図に示され
ている。第８図に示されたレーザー・ソース６２の実施
例は、固体注入レーザー・ダイオード１８２．コリメー
ティング・レンズ１８４．ブレイズド格子１８６゜圧電
性ベンダー・バイモルフ１８８．及び半反射−板’１９
０から成っている。ダイオード１８２．レンズ１８４．
格子１８６．バイモルフ１８８．及び半反射板１９０は
、共振レーザー空洞１９２の内部に取付けられている。
電流ｉがダイオード１８２に供給されると、それは放射
線を生成する。
線を生成する。
ダイオード１８２により生成された放射線のいくらかは
、上記放射線を平行に整列させ且つそれを格子１８６に
向けて注ぐコリメーテング・レンズ１８４に向けて注が
れる。
、上記放射線を平行に整列させ且つそれを格子１８６に
向けて注ぐコリメーテング・レンズ１８４に向けて注が
れる。
良く知られているように、ブレイズド格子１８６は、入
射経路に沿ったそれらとは異なったオーダーの回折を抑
制するのに対して、入射経路に沿って戻るように入射放
射線を反射する。従って、ブレイズド格子１８６は、そ
れが角度の関数としての周波数選択度を持つことを除い
ては、平らな鏡面のように機能する。典型的に、上記ブ
レイズド格子１８６の周波数選択度は、 として表わされることができる。但し、δはライン間隔
でおり、φはブレイズ角度である。チューニング感度は
、 ｄλ □−−２δ ｓｉｎφ （５） ｄφ により示されることができる。
射経路に沿ったそれらとは異なったオーダーの回折を抑
制するのに対して、入射経路に沿って戻るように入射放
射線を反射する。従って、ブレイズド格子１８６は、そ
れが角度の関数としての周波数選択度を持つことを除い
ては、平らな鏡面のように機能する。典型的に、上記ブ
レイズド格子１８６の周波数選択度は、 として表わされることができる。但し、δはライン間隔
でおり、φはブレイズ角度である。チューニング感度は
、 ｄλ □−−２δ ｓｉｎφ （５） ｄφ により示されることができる。
ブレイズド格子１８６は、バイモルフ１８８の素子１９
４に固着されている。良く知られているように、バイモ
ルフ１８８は、２つの圧電素子又は板（１９４及び１９
６）から成っている。それらの素子は、それらの間の電
位の適用が、一方の素子を機械的に膨張させ、且つ他方
の素子を機械的に収縮させるような方法で、共に結合さ
れている。生ずる機械的な動きは、第７図に描かれてい
る。電位がバイモルフ１８８に適用される時に生成され
る格子１８６の動きの量は、素子１９４及び１９６の実
際のピボット長さくり）、及び上記素子の角度偏向の量
（ｄφ）に依存される。バイモルフ１８８の素子１９４
及び１９６の動きの効果は、レーザー・ソース６２の空
洞長さしを機械的に変更することである。空洞長さ変更
の量は、２ｄφにより与えられる。２ｄφの空洞長さ変
更のためにレーザー・ソース６２により生成される放射
線の周波数チューニングの量は、 により与えられる。
４に固着されている。良く知られているように、バイモ
ルフ１８８は、２つの圧電素子又は板（１９４及び１９
６）から成っている。それらの素子は、それらの間の電
位の適用が、一方の素子を機械的に膨張させ、且つ他方
の素子を機械的に収縮させるような方法で、共に結合さ
れている。生ずる機械的な動きは、第７図に描かれてい
る。電位がバイモルフ１８８に適用される時に生成され
る格子１８６の動きの量は、素子１９４及び１９６の実
際のピボット長さくり）、及び上記素子の角度偏向の量
（ｄφ）に依存される。バイモルフ１８８の素子１９４
及び１９６の動きの効果は、レーザー・ソース６２の空
洞長さしを機械的に変更することである。空洞長さ変更
の量は、２ｄφにより与えられる。２ｄφの空洞長さ変
更のためにレーザー・ソース６２により生成される放射
線の周波数チューニングの量は、 により与えられる。
大きな周波数偏移が格子１８６のたった１つの動きによ
り生成されることが望ましい。この効果を成すためには
、 が満たされるべきである、上記コンディションが満たさ
れたならば、 と言表わされることができる。これは、ＦＭ（Ｉｆｆ移
の述べられた量が、バイモルフ１８８の素子１９４及び
１９６のたった１つの動きにより達成されることができ
る「ワイド・チューニング・コンディション」として知
られている。もし、適当なΔｆが得られることができる
ならば、レーザー・ソース６２は、このワイド・チュー
ニング・コンディションを達成する。
り生成されることが望ましい。この効果を成すためには
、 が満たされるべきである、上記コンディションが満たさ
れたならば、 と言表わされることができる。これは、ＦＭ（Ｉｆｆ移
の述べられた量が、バイモルフ１８８の素子１９４及び
１９６のたった１つの動きにより達成されることができ
る「ワイド・チューニング・コンディション」として知
られている。もし、適当なΔｆが得られることができる
ならば、レーザー・ソース６２は、このワイド・チュー
ニング・コンディションを達成する。
良く知られているように、半反射板１９０は、上記レー
ザー空洞に戻るように入射放射線のいくらかを反射する
。さらに、上記半反射板１９０は、上記レーザー空洞を
出ること及び所望のポイントに向けて注ぐことを、上記
入射放射線のいくらかに許す。従って、ダイオード１８
２により生成された波を増幅するために、発振が上記レ
ーザー空洞中で生成され、それによってレーザー・アク
ションが得られる。
ザー空洞に戻るように入射放射線のいくらかを反射する
。さらに、上記半反射板１９０は、上記レーザー空洞を
出ること及び所望のポイントに向けて注ぐことを、上記
入射放射線のいくらかに許す。従って、ダイオード１８
２により生成された波を増幅するために、発振が上記レ
ーザー空洞中で生成され、それによってレーザー・アク
ションが得られる。
第９図は、本発明に従ったレーザー・ソース６２の他の
実施例を示している。普通のグレーデッド・インデック
ス・ファイバ（ＧＲＩＮ）レンズ１９８が、半反射板１
９０（第８図）の代わり【こ鏡の対物レンズや歪み形の
複合レンズであることの方法があり、本発明はそのよう
な方法の０ずれか１つに制限するものではない。
実施例を示している。普通のグレーデッド・インデック
ス・ファイバ（ＧＲＩＮ）レンズ１９８が、半反射板１
９０（第８図）の代わり【こ鏡の対物レンズや歪み形の
複合レンズであることの方法があり、本発明はそのよう
な方法の０ずれか１つに制限するものではない。
第１０図は、注入レーザー・ダイオードの電子凶忌工上
ｅｔｔ 、 、 Ｖｏｌ、 ４６． ＮＱ １ （Ａｍ
ｅｒｉｃａｎ Ｉｎ５ｔｉｔｕｔｅ ｏｆ ｐｈｙｓｉ
ｃｓ、 １９８４年１月１日）、Ｒｅ１ｎｈａｒｔ ＆
ｌＯｇａｎ、 ＡＰＬ、Ｖｏｌ、 ２７． ＮＯ，１
０（１９７５年）、ＳｕｅｍａｔＳｕ ｅｔ ａｌ 、
Ｅ １ｅｃｔｒＯｎ ＬｅｔｔｅｒＳ。
ｅｔｔ 、 、 Ｖｏｌ、 ４６． ＮＱ １ （Ａｍ
ｅｒｉｃａｎ Ｉｎ５ｔｉｔｕｔｅ ｏｆ ｐｈｙｓｉ
ｃｓ、 １９８４年１月１日）、Ｒｅ１ｎｈａｒｔ ＆
ｌＯｇａｎ、 ＡＰＬ、Ｖｏｌ、 ２７． ＮＯ，１
０（１９７５年）、ＳｕｅｍａｔＳｕ ｅｔ ａｌ 、
Ｅ １ｅｃｔｒＯｎ ＬｅｔｔｅｒＳ。
Ｖｏｌ、 １９． Ｎｏ、１７ （１９８３年） 、Ｍ
ａｎｎｉｎｇ＆ ０１ｓｈａｎｓｈｙ、 Ｊ 、 Ｑ、
Ｅ、 Ｑｅ −１９，Ｎｏ、１０ （１９８３年）を
見翌閃？。上記Ｆａｎｆ７ ｅｔ ａｌにより述べられ
たデバイスは、６１人の総波長変化、４．１人の連続チ
ューニング・レンジ、及び−〇、７４人／ｍＡのチュー
ニング・レートを得る。
ａｎｎｉｎｇ＆ ０１ｓｈａｎｓｈｙ、 Ｊ 、 Ｑ、
Ｅ、 Ｑｅ −１９，Ｎｏ、１０ （１９８３年）を
見翌閃？。上記Ｆａｎｆ７ ｅｔ ａｌにより述べられ
たデバイスは、６１人の総波長変化、４．１人の連続チ
ューニング・レンジ、及び−〇、７４人／ｍＡのチュー
ニング・レートを得る。
注入レーザー・ダイオードの電子的チューニングは、上
記デバイスの移相領域２０２中に光学的移相を電子工学
的に生ずることにより成し遂げられる。移相領域２０２
による移相は、上記レーザー空洞の電気的な長さの変化
に等しい。移相領域２０２及び（上記放射線を実際に生
成する）アクティブ（ゲイン）領域２０４はそれぞれ、
それらの制Ｗｌ電極を含む。６０人のチューニング・レ
ンジは、この範囲の探求を続けるので、そのうち電気工
学的に成し遂げられることができる。
記デバイスの移相領域２０２中に光学的移相を電子工学
的に生ずることにより成し遂げられる。移相領域２０２
による移相は、上記レーザー空洞の電気的な長さの変化
に等しい。移相領域２０２及び（上記放射線を実際に生
成する）アクティブ（ゲイン）領域２０４はそれぞれ、
それらの制Ｗｌ電極を含む。６０人のチューニング・レ
ンジは、この範囲の探求を続けるので、そのうち電気工
学的に成し遂げられることができる。
レー゛−・ターゲット断面積
本発明が乱反射面のような任意のターゲットまでの距離
の測定値を得るために克服せねばならない困難の１つは
、十分な信号対雑音比を達成することである。センサー
にビームを戻すために協力レフレクタを使用するコヒー
レント干渉計距離測定装置とは異なって、本発明は乱反
射するターゲットの表面からランダムに散乱させられた
光りに依存する。従って、信号はさらに弱く且つより雑
音を含んでいる。そして、ターゲットから受取られた放
射線の強度は、ターゲットの表面粗度及び吸収特性に、
より依存する。ターゲットのレーダー断面積は、ターゲ
ットへの入射放射線の出力強度に対する、レシーバに向
かって散乱させられたベクトル信号の出力強度の比の普
通の量的な尺度であり、関連したターゲット特性を定義
するために典型的に使用される。ターゲット断面積は、
単位立体角当りの反射された出力 ρ＝４π□（９） 単位領域当りの入射出力 により与えられる。但し、ρはターゲット断面積である
。
の測定値を得るために克服せねばならない困難の１つは
、十分な信号対雑音比を達成することである。センサー
にビームを戻すために協力レフレクタを使用するコヒー
レント干渉計距離測定装置とは異なって、本発明は乱反
射するターゲットの表面からランダムに散乱させられた
光りに依存する。従って、信号はさらに弱く且つより雑
音を含んでいる。そして、ターゲットから受取られた放
射線の強度は、ターゲットの表面粗度及び吸収特性に、
より依存する。ターゲットのレーダー断面積は、ターゲ
ットへの入射放射線の出力強度に対する、レシーバに向
かって散乱させられたベクトル信号の出力強度の比の普
通の量的な尺度であり、関連したターゲット特性を定義
するために典型的に使用される。ターゲット断面積は、
単位立体角当りの反射された出力 ρ＝４π□（９） 単位領域当りの入射出力 により与えられる。但し、ρはターゲット断面積である
。
光り乱反射面のためのターゲット断面積の計算に於いて
は、照射されたスポットの正味のターゲラ１〜断面積か
、個々の散乱の断面積の合計でおり、且つ個々の散乱か
光りの波長のオーダーのものであり、半球（２πステラ
ジアン）又はＬ ａｍｂｅｒｔｉａｎ球（πステラジア
ン）中に反射された光を散乱ざゼるということが仮定さ
れる。
は、照射されたスポットの正味のターゲラ１〜断面積か
、個々の散乱の断面積の合計でおり、且つ個々の散乱か
光りの波長のオーダーのものであり、半球（２πステラ
ジアン）又はＬ ａｍｂｅｒｔｉａｎ球（πステラジア
ン）中に反射された光を散乱ざゼるということが仮定さ
れる。
半球中に光りを散乱させる信号散乱の同等の領域が、設
定されることができる。表面素子のサイズかδと仮定さ
れるならば、半球のためには、であり、ｌ ａｍｂｅｒ
ｔｉａｎ球のためには、である。従って、一方の素子の
領域はδ２であり、信号散乱のためのターゲット断面積
は、ρＯＰ’ｔ ／Ω ρ１＝４π□ （１２） Ｐｔ／δ２ と書表わされることができる。ρａは、表面の反射率と
定義される。即ち、光りの断片は、絶えず散乱させられ
るものを吸収しない。
定されることができる。表面素子のサイズかδと仮定さ
れるならば、半球のためには、であり、ｌ ａｍｂｅｒ
ｔｉａｎ球のためには、である。従って、一方の素子の
領域はδ２であり、信号散乱のためのターゲット断面積
は、ρＯＰ’ｔ ／Ω ρ１＝４π□ （１２） Ｐｔ／δ２ と書表わされることができる。ρａは、表面の反射率と
定義される。即ち、光りの断片は、絶えず散乱させられ
るものを吸収しない。
多重散乱のためにレーダー・レシーバ中に散乱して戻さ
れる出力は、個々のたった１つの散乱から散乱させられ
た出力のスカラー量として定義される。即ち、 但し、ｎはたった１つの散乱δ２の領域に対する、照ら
された領域の総領域の比である。従って、エンド散乱の
アレーのためのターゲット断面積は、Ｖ ρ −ρｌ］ ’−ｎ ２π π （１６） である。
れる出力は、個々のたった１つの散乱から散乱させられ
た出力のスカラー量として定義される。即ち、 但し、ｎはたった１つの散乱δ２の領域に対する、照ら
された領域の総領域の比である。従って、エンド散乱の
アレーのためのターゲット断面積は、Ｖ ρ −ρｌ］ ’−ｎ ２π π （１６） である。
照射された領域Ａが、
により与えられる故に、結果はターゲット断面積の定義
及び概念と一致する（即ち、ρ２−２ρＯＡ且つρ、＝
４ρｏＡ）ことが認められる。もし、散乱角が完全な４
πステラジアンであるならば、ターゲット断面積はただ
、反射係数倍のターゲットの領域である。即ち、 ρ４Ｌ ＝ρａ Ａ （２１） 以二久二里皿り貫瓜 本発明に従ったレーダーのための距離方程式は、マイク
ロ波による距離測定値とレーザー放射線による距離測定
値との間の独特な光学的且つ幾何学的な差のために、普
通のレーダー距離方程式と事実工具なっている。良く知
られているように、レーダーのレシーバの信号対雑音比
は、 即ち、 （２２１ Ｐ、 ρ ｄ２ Ｓ／Ｎ ＝−・ □ ・ □ （２３）Ｎ （Ｒθ ）
ｚ ４’πＲ２ により与えられる。但し、θ ＝λ／ｄｔであり、Ｐｔ
はレーザー・トランスミッタ出力であり、Ｎはレシーバ
機雑音出力でおり、ρはターゲット断面積であり、ｄ、
はレシーバ口径直径であり、Ｒは距離である。第２３式
は、 」口区Ｗ Ｇｔ＝ λ２ （２４） としてトランスミッタ・ゲインを、及び４πｄｒ２ Ｇ、＝ が （２５） としてレシーバ・ゲインを定義することにより、普通の
レーダー距離方程式で解かれることができる。但し、ｄ
ｔはトランスミッタ口径直径であり、ｄｌはレシーバ口
径直径である。
及び概念と一致する（即ち、ρ２−２ρＯＡ且つρ、＝
４ρｏＡ）ことが認められる。もし、散乱角が完全な４
πステラジアンであるならば、ターゲット断面積はただ
、反射係数倍のターゲットの領域である。即ち、 ρ４Ｌ ＝ρａ Ａ （２１） 以二久二里皿り貫瓜 本発明に従ったレーダーのための距離方程式は、マイク
ロ波による距離測定値とレーザー放射線による距離測定
値との間の独特な光学的且つ幾何学的な差のために、普
通のレーダー距離方程式と事実工具なっている。良く知
られているように、レーダーのレシーバの信号対雑音比
は、 即ち、 （２２１ Ｐ、 ρ ｄ２ Ｓ／Ｎ ＝−・ □ ・ □ （２３）Ｎ （Ｒθ ）
ｚ ４’πＲ２ により与えられる。但し、θ ＝λ／ｄｔであり、Ｐｔ
はレーザー・トランスミッタ出力であり、Ｎはレシーバ
機雑音出力でおり、ρはターゲット断面積であり、ｄ、
はレシーバ口径直径であり、Ｒは距離である。第２３式
は、 」口区Ｗ Ｇｔ＝ λ２ （２４） としてトランスミッタ・ゲインを、及び４πｄｒ２ Ｇ、＝ が （２５） としてレシーバ・ゲインを定義することにより、普通の
レーダー距離方程式で解かれることができる。但し、ｄ
ｔはトランスミッタ口径直径であり、ｄｌはレシーバ口
径直径である。
Ｒについて解き且つスレンホールドＳ／Ｎパラメータを
代入すると、レーダーの最大距離は、として計算される
ことができる。
代入すると、レーダーの最大距離は、として計算される
ことができる。
本発明に従った連続波レーザー・レーダのために、第２
３式を使用することは非常に一般的である。（第１７式
及び第１９式に示されたような）ターゲット断面積を第
２３式に代入すると、が得られる。
３式を使用することは非常に一般的である。（第１７式
及び第１９式に示されたような）ターゲット断面積を第
２３式に代入すると、が得られる。
σに等しいスレシホールドＳ／ｎをセットし、Ｒについ
て解くと、本発明のＣＷレーザー・レーダーの最大距離
は、 Ｒｍａｘ＝（、−！−Ｌ−！！−９−１）＋・ｄ（２８
）Ｎ２πσ として定義される。
て解くと、本発明のＣＷレーザー・レーダーの最大距離
は、 Ｒｍａｘ＝（、−！−Ｌ−！！−９−１）＋・ｄ（２８
）Ｎ２πσ として定義される。
Ｒｍａｘが括弧で括られたパラメータに依存するのみな
らずまた、アンテナ口径直径ｄにも依存することが注意
されるべきで゛ある。括弧で括られたパラメータは、ひ
とまとめにしてレーダー性能パラメータとして知られて
いる。以下にすぐに説明されるように、距離ΔＲの深度
は、上記レーダー性能パラメータに直接的に従属する。
らずまた、アンテナ口径直径ｄにも依存することが注意
されるべきで゛ある。括弧で括られたパラメータは、ひ
とまとめにしてレーダー性能パラメータとして知られて
いる。以下にすぐに説明されるように、距離ΔＲの深度
は、上記レーダー性能パラメータに直接的に従属する。
距離計算 び正確さ
本発明のための距離計算は、普通のマイクロ波レーダー
とは異なっている。前述されたように、本発明は、レー
ザー周波数安定度依存を取除くために、基準チャンネル
を利用する。（前述された）普通のＦＭ ＣＷ レーダ
ー・システムは、第１図に示されている。ＦＭソース５
４とターゲット５２の間の経路の位相は、周波数の関数
である。
とは異なっている。前述されたように、本発明は、レー
ザー周波数安定度依存を取除くために、基準チャンネル
を利用する。（前述された）普通のＦＭ ＣＷ レーダ
ー・システムは、第１図に示されている。ＦＭソース５
４とターゲット５２の間の経路の位相は、周波数の関数
である。
従って、ＦＭソース５４の出力の周波数が帯域Δｆを越
えてスイニプするので、上記経路の位相は、 に変化する。
えてスイニプするので、上記経路の位相は、 に変化する。
従って、検出される干渉カウントの数ｎは、。＝コ冒Ｌ
π （３０）
である。
第２９１式に代入し、距離に関して解くと、１（−ｃ
”、。。
”、。。
２Δｆ（３１）
が得られる。
測定値の精度即ち正確さは、ｎのカウントの不確実性に
より決定される。１／２の平均量子化エラーが予期され
る。従って、 Δｆの正確な測定を仮定すれば、この１チヤンネル・テ
クニックは、妥当でおる。しかしながら、ＣＷレーザー
・レーダーに於いては、Δｆの正確な測定は、不可能で
はないにしても困難である。
より決定される。１／２の平均量子化エラーが予期され
る。従って、 Δｆの正確な測定を仮定すれば、この１チヤンネル・テ
クニックは、妥当でおる。しかしながら、ＣＷレーザー
・レーダーに於いては、Δｆの正確な測定は、不可能で
はないにしても困難である。
八ｆ（周波数スイープ）の正確な測定が避けられるべき
である故に、本発明は、レーザー周波数の独立した距離
の計算を成す基準チャンネル・テクニックを使用する。
である故に、本発明は、レーザー周波数の独立した距離
の計算を成す基準チャンネル・テクニックを使用する。
前述されたように、基準経路（’ｒｅｆ〉の位相差及び
距離経路（ｎ、）の位相差は、別々に測定され、 ｎｒｅｆ＝Δφｒｅｆ ／π （３５）ｎ −Δφ、／
π （３６） により与えられる。
距離経路（ｎ、）の位相差は、別々に測定され、 ｎｒｅｆ＝Δφｒｅｆ ／π （３５）ｎ −Δφ、／
π （３６） により与えられる。
前述されたように、距離Ｒは、
ｒ −
Ｒ＝ −−Ｘ ｒｅｆ （３７）
ｒｅｆ
として計算されることができる。但し、Ｘｒｅｆは基準
経路の長さである。
経路の長さである。
第３２式から、普通のＦＭ ＣＷ レーダーのための実
際の距離精度は、 δＲ１ Ｒ２ｎ ’ （３８） と書表わされることができる。縞のカウントの明白な量
子化エラーは、周波数の一次スイープ毎に、ｎ＝１／２
である。しかしながら、本発明に従った装置が、結合さ
れた基準距離Ｘ、。ｆと共に基準チャンネルを持つ故に
、 を考慮されるために３つの変数がある。上記エラーがラ
ンダムであると仮定すると、 とガウス分布される。第４０式は、同一の量子化エラー
が距離チャンネルと同様に、基準チャンネルに適用され
ることを意味する。従って、（４１） である。また、 ということが見られることができる。変形すると、また
は、 （４５） である。ＲがＸ、。ｆにほぼ等しいと仮定すると、１ス
イープのために、 である。
際の距離精度は、 δＲ１ Ｒ２ｎ ’ （３８） と書表わされることができる。縞のカウントの明白な量
子化エラーは、周波数の一次スイープ毎に、ｎ＝１／２
である。しかしながら、本発明に従った装置が、結合さ
れた基準距離Ｘ、。ｆと共に基準チャンネルを持つ故に
、 を考慮されるために３つの変数がある。上記エラーがラ
ンダムであると仮定すると、 とガウス分布される。第４０式は、同一の量子化エラー
が距離チャンネルと同様に、基準チャンネルに適用され
ることを意味する。従って、（４１） である。また、 ということが見られることができる。変形すると、また
は、 （４５） である。ＲがＸ、。ｆにほぼ等しいと仮定すると、１ス
イープのために、 である。
第４６式は、第２図に示された実施例のレーザー・ソー
ス６２の周波数偏移のそれぞれのスイープΔｆ（即ち、
ＦＭクランプジェネレータ６４の波形出力のそれぞれの
半サイクル）のために遂げられる精度を与える。多数の
スイープから生ずる測定値の独立した統計上の平均によ
り、エラーは、δＲ により減じられることができる。但し、Ｎは取られた独
立したサンプル測定値の数である。Ｅ６のＦＭ鋸歯周波
数及びτの積分時間のために、平均化された測定値の数
は、 Ｎ＝２Ｆｓτ （４８） である。しかしながら、平均化処理は固定されたδＸｒ
ｅｆに適用されるのではなくて、Ｎ、及び” ｒｅｆの
量子化エラーにのみ適用される。従って、である。第１
３図は、（第８図に示されるような）典型的な機械的に
変調されたレーザー・ソース及び（第１０図に示された
ような）典型的な電子的に変調されたレーザー・ソース
の両方のための数秒の積分時間τの関数として、精度δ
Ｒを示す。
ス６２の周波数偏移のそれぞれのスイープΔｆ（即ち、
ＦＭクランプジェネレータ６４の波形出力のそれぞれの
半サイクル）のために遂げられる精度を与える。多数の
スイープから生ずる測定値の独立した統計上の平均によ
り、エラーは、δＲ により減じられることができる。但し、Ｎは取られた独
立したサンプル測定値の数である。Ｅ６のＦＭ鋸歯周波
数及びτの積分時間のために、平均化された測定値の数
は、 Ｎ＝２Ｆｓτ （４８） である。しかしながら、平均化処理は固定されたδＸｒ
ｅｆに適用されるのではなくて、Ｎ、及び” ｒｅｆの
量子化エラーにのみ適用される。従って、である。第１
３図は、（第８図に示されるような）典型的な機械的に
変調されたレーザー・ソース及び（第１０図に示された
ような）典型的な電子的に変調されたレーザー・ソース
の両方のための数秒の積分時間τの関数として、精度δ
Ｒを示す。
積分時間τが、スイープ・レート上と同様に、ターゲッ
ト５２上のそれぞれのポイントのために成されたスイー
プΔｆの数に依存するということに注意しなさい。カウ
ンタ７６は、周波数がスイープされることができるレー
トに、典型的に制限する。さらに、スイープ・レートは
、より早い測定を成すことが可能なのと同じくらい高い
ということが、一般的に望ましい。
ト５２上のそれぞれのポイントのために成されたスイー
プΔｆの数に依存するということに注意しなさい。カウ
ンタ７６は、周波数がスイープされることができるレー
トに、典型的に制限する。さらに、スイープ・レートは
、より早い測定を成すことが可能なのと同じくらい高い
ということが、一般的に望ましい。
普通のマイクロ波レーダーは、焦点アンテナを通して出
力されたコリメートされたビームを利用する。この配列
のために、アンテナの近界効果は、２ Ｒｍｉｎ ＝ −（５０） λ から決定される。本発明に従ったレーダーに於いて、ビ
ーム出力は比較的低く、距離は比較的短いと予測される
。これらのコンディションの下で、焦点アンテナの逓昇
効果は、深刻な問題を提出する。第１１図は、口径直径
の関数として、１ＴｒＬＷレーダーの最大及び最小距離
を示している。焦点アンテナの逓昇効果は、アンテナが
直径で０．３Ｍだけである時、レーダーの最大距離を越
える。
力されたコリメートされたビームを利用する。この配列
のために、アンテナの近界効果は、２ Ｒｍｉｎ ＝ −（５０） λ から決定される。本発明に従ったレーダーに於いて、ビ
ーム出力は比較的低く、距離は比較的短いと予測される
。これらのコンディションの下で、焦点アンテナの逓昇
効果は、深刻な問題を提出する。第１１図は、口径直径
の関数として、１ＴｒＬＷレーダーの最大及び最小距離
を示している。焦点アンテナの逓昇効果は、アンテナが
直径で０．３Ｍだけである時、レーダーの最大距離を越
える。
このポイントで、距離は、消光が認められた時、はぼ２
０ｃｍである。
０ｃｍである。
本発明に於いて、焦点アンテナは、レーダー・ビームが
ターゲットに又はその近くに集束するようにもたらされ
る点で使用される。これらのコンディションの下で、レ
ーダーの焦点の深度は、有効な動作距離を決定し、焦点
距離はＲｍａｘとＲｍｉｎの間の中程におる。但し、Ｒ
ＩＩｌａｘは最大有効距離でおり、Ｒｍｉｎは最小有効
距離である。焦点の深度は、 ΔＲ＝２ （Ｒ７／ｄ）ｚλ （５１）であように、古
典光学から決定されることができる。但し、Ｒｆは焦点
距離であり、 である。大きな値の距離のためには、焦点の深度はほと
んど、 又は、 であることが導出される。性能パラメータについて解く
と、 が得られる。
ターゲットに又はその近くに集束するようにもたらされ
る点で使用される。これらのコンディションの下で、レ
ーダーの焦点の深度は、有効な動作距離を決定し、焦点
距離はＲｍａｘとＲｍｉｎの間の中程におる。但し、Ｒ
ＩＩｌａｘは最大有効距離でおり、Ｒｍｉｎは最小有効
距離である。焦点の深度は、 ΔＲ＝２ （Ｒ７／ｄ）ｚλ （５１）であように、古
典光学から決定されることができる。但し、Ｒｆは焦点
距離であり、 である。大きな値の距離のためには、焦点の深度はほと
んど、 又は、 であることが導出される。性能パラメータについて解く
と、 が得られる。
従って、本発明に従ったシステムは、第５５式で与えら
れるコンディションを満足させねばならない。この要求
が確立される関連した方程式が解かれることができる。
れるコンディションを満足させねばならない。この要求
が確立される関連した方程式が解かれることができる。
第５１式と第５２式を組合わせると、二次方程式
％式％（５６）
がもたらされる。第５６式が解かれた時、焦点距１！Ｉ
ｔ Ｒｆは、 により与えられる。
ｔ Ｒｆは、 により与えられる。
最小距離は、距離の深度より小さい最小距離として定義
され、 Ｒｍｉｎ ＝Ｒｍａｘ−ΔＲ（５８） として、第２８式、第５２式及び第５５式から簡単に導
出される。
され、 Ｒｍｉｎ ＝Ｒｍａｘ−ΔＲ（５８） として、第２８式、第５２式及び第５５式から簡単に導
出される。
２二久二且皿社！
本発明に従ったレーダーのため性能パラメータの定義の
典型的なセットは、以下のようにリストされる。即ち、 Ｐｔ （レーザー・トランスミッタ出力）は、典型的に
１乃至’＋ｏｏｍｗである。
典型的なセットは、以下のようにリストされる。即ち、 Ｐｔ （レーザー・トランスミッタ出力）は、典型的に
１乃至’＋ｏｏｍｗである。
Ｎ（レシーバ雑音出力）は、典型的に ４×１０”９Ｂ
ｎＷでおる（但し、Ｂｎｌ［ｉ子ｍ音帯域幅である）。
ｎＷでおる（但し、Ｂｎｌ［ｉ子ｍ音帯域幅である）。
滑らかな白に塗られた面のためのρ（ターゲットの反射
率）は、０．９でおり、ざらざらした暗い金、屈面のた
めには、ρ＝０．０１である。
率）は、０．９でおり、ざらざらした暗い金、屈面のた
めには、ρ＝０．０１である。
τ（スレシホールド信号対雑音比）は、典型的に１０（
１Ｂである。第１２図及び第１４図は、性能パラメータ
の２つの代表的なセットのための本発明に従った最大距
離、最小距離、及び距離の深度の値を示している。
１Ｂである。第１２図及び第１４図は、性能パラメータ
の２つの代表的なセットのための本発明に従った最大距
離、最小距離、及び距離の深度の値を示している。
表面粗度決定
第３図及び第４図から思出されるように、ターゲット５
２の表面粗度の測定は、本発明に従って可能である。（
第３図及び第４図に見られるような）表面粗度処理装置
１５．０及びターゲット傾斜データ・ジェネレータ１５
２が、この測定を成し遂げる。ターゲットの表面粗度は
、ターゲットにより反射された（散乱させられた）ビー
ムの強度を分析することにより成し遂げられる。
２の表面粗度の測定は、本発明に従って可能である。（
第３図及び第４図に見られるような）表面粗度処理装置
１５．０及びターゲット傾斜データ・ジェネレータ１５
２が、この測定を成し遂げる。ターゲットの表面粗度は
、ターゲットにより反射された（散乱させられた）ビー
ムの強度を分析することにより成し遂げられる。
表面粗度のパラメータは、２つの方法により、即ち反射
率（散乱）対傾斜角度（即ち、反射率「プロフィール」
）により、及び反射されたく散乱させられた）光の斑紋
により、本発明で決定される。これらの方法の両方は、
表面粗度が決定されることができることからターゲット
「シグネチャ」を提供する。
率（散乱）対傾斜角度（即ち、反射率「プロフィール」
）により、及び反射されたく散乱させられた）光の斑紋
により、本発明で決定される。これらの方法の両方は、
表面粗度が決定されることができることからターゲット
「シグネチャ」を提供する。
上記反射率プロフィールは、ターゲットの表面のビーム
の入射角の関数として、ターゲットの明るさく即ち、検
出器に向かってターゲットにより反射された（散乱させ
られた）放射線の強度）である。大部分のターゲットは
等方性の散乱である。
の入射角の関数として、ターゲットの明るさく即ち、検
出器に向かってターゲットにより反射された（散乱させ
られた）放射線の強度）である。大部分のターゲットは
等方性の散乱である。
即ち、ターゲットは、入射ビームが表面に対してノーマ
ルである時、より暗い。傾斜角の関数として、砥がれた
鋼、ざらざらの鋼、ざらざらの機械加工された鋼、及び
白い紙のための実験的に得られた散乱プロフィール（「
ターゲット・シグネチャ」）は、第１６図に示されてい
る。
ルである時、より暗い。傾斜角の関数として、砥がれた
鋼、ざらざらの鋼、ざらざらの機械加工された鋼、及び
白い紙のための実験的に得られた散乱プロフィール（「
ターゲット・シグネチャ」）は、第１６図に示されてい
る。
散乱プロフィールの理論的なモデルは、２つの表面粗度
パラメータ、即ちσ（表面の凸凹のＲＭＳ高さ）とＴ（
凸凹のピーク間の相関距離）に基いて引出される。第１
７図は、これらの２つのパラメータを示している。任意
の表面の複雑さのために、大部分のモデルが単純化であ
り、全熱正確ではない。しかしながら、散乱プロフィー
ルは、個々の表面のために真に独特であり、それ故に真
のシグネチャを含む。標準面対入射角の実験的に□測定
された反射率プロフィールは、σとＴを正確に表わす微
視的測定値と相関させられる。本発明に従った表面粗度
処理装置は次に、実験的に測定された結果とそれらを比
較することにより、未知のターゲット表面の特徴を描く
ことができる。
パラメータ、即ちσ（表面の凸凹のＲＭＳ高さ）とＴ（
凸凹のピーク間の相関距離）に基いて引出される。第１
７図は、これらの２つのパラメータを示している。任意
の表面の複雑さのために、大部分のモデルが単純化であ
り、全熱正確ではない。しかしながら、散乱プロフィー
ルは、個々の表面のために真に独特であり、それ故に真
のシグネチャを含む。標準面対入射角の実験的に□測定
された反射率プロフィールは、σとＴを正確に表わす微
視的測定値と相関させられる。本発明に従った表面粗度
処理装置は次に、実験的に測定された結果とそれらを比
較することにより、未知のターゲット表面の特徴を描く
ことができる。
「ベスト・フィツト」カーブ仕上げを提供する近似値ア
ルゴリズム、及び常習的なエラーを取除く統計処理もま
た、使用される。
ルゴリズム、及び常習的なエラーを取除く統計処理もま
た、使用される。
表面粗度決定の他の方法は、斑紋パターンを測定するこ
とによる。コヒーレントな光が凸凹のめる乱反射面によ
り散乱させられる時、知られているだけの干渉効果事項
は、「斑紋」、即ち入射角の関数としての散乱させられ
た光の強さの変調である。斑紋と表面パラメータσ及び
Ｔの間の関係は、理論的に導出され、実験的に確かめら
れる。
とによる。コヒーレントな光が凸凹のめる乱反射面によ
り散乱させられる時、知られているだけの干渉効果事項
は、「斑紋」、即ち入射角の関数としての散乱させられ
た光の強さの変調である。斑紋と表面パラメータσ及び
Ｔの間の関係は、理論的に導出され、実験的に確かめら
れる。
Ａｓａｋｕｒａ、 Ｔ、 ５ｐｅｃｋｌｅ Ｍｅｔｒｏ
ｌｏ（ｌｙ（Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ、Ｎｅｗ
Ｙｏｒｋ 、 １９７８年）をｌｘ公。
ｌｏ（ｌｙ（Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ、Ｎｅｗ
Ｙｏｒｋ 、 １９７８年）をｌｘ公。
斑紋コントラスト（変調インデックス深度＞Ｃ−にσは
、表面粗度パラメータσに正比例する。パターン（空間
周波数）の斑紋の数は、Ｆ＝２ｄ／Ｔにより与えられる
こともまた見られることができる。但し、ｄはレーザー
・スポット・サイズであり、Ｔは相関距離でおる。
、表面粗度パラメータσに正比例する。パターン（空間
周波数）の斑紋の数は、Ｆ＝２ｄ／Ｔにより与えられる
こともまた見られることができる。但し、ｄはレーザー
・スポット・サイズであり、Ｔは相関距離でおる。
第１８（Ａ）図及び第１８（Ｂ）図は、これらの効果を
示している。
示している。
本発明に従った斑紋のモデルが、次に述べられる。
直径Ｓの照射されたスポットは、ｎ個のランダムな散乱
のアレーを含まれると仮定される。上記ｎ個のランダム
な散乱の全ては、遥かなフィールドの散乱させられた光
のコントラスト変調に寄与する。基本的な散乱のサイズ
は、ターゲットの表面粗度の関数であり、いくらかの平
均値δＳに関してのサイズの分布から成る。従って、照
らされたスポット上の散乱の総数は、 ｎ＝ （、、＞ ２（５ｇ） である。遥かなフィールドの小さな検出器中に散乱され
る出力は、散乱のアレーからの光の位相の統計上の変動
を被りやすい故に、ピーク（＠大）強度は平均値プラス
変動値であり、且つ最小強度は平均値マイナス変動値で
おるということになる。
のアレーを含まれると仮定される。上記ｎ個のランダム
な散乱の全ては、遥かなフィールドの散乱させられた光
のコントラスト変調に寄与する。基本的な散乱のサイズ
は、ターゲットの表面粗度の関数であり、いくらかの平
均値δＳに関してのサイズの分布から成る。従って、照
らされたスポット上の散乱の総数は、 ｎ＝ （、、＞ ２（５ｇ） である。遥かなフィールドの小さな検出器中に散乱され
る出力は、散乱のアレーからの光の位相の統計上の変動
を被りやすい故に、ピーク（＠大）強度は平均値プラス
変動値であり、且つ最小強度は平均値マイナス変動値で
おるということになる。
従って、
■ａｖ
■ｐｅａｋ＝ ■ａｖ＋５（６０）
及び
■ａｖ
■ｍｉｎ ＝■ａｖ−Ｉｎ （６１）
である。平均の強さにより割られたピーク強度マイナス
最小強度として、斑紋コントラストＣを定義すると、 −８（６４） か得られる。
最小強度として、斑紋コントラストＣを定義すると、 −８（６４） か得られる。
このシンプルなコントラスト・モデルは、表面粗度の一
次依存及びスポット・サイズの逆依存を示す。Ａｓａｋ
ｕｒａ、 Ｐ、 ５ｐｅｃｋｌｅ Ｍｅｔｒｏｌｏ（Ｉ
ｙ（Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ、 Ｎｅｗ Ｙｏｒ
ｋ 、 １９７８年）の公表された実験結果は、−次依
存を示しており、０゜６３ｐｒｒｔのスポット・サイズ
のための上記方程式に一致する。レーザーの集束のため
にＡ ５ａｋｕｒａに使用されたレンズは、言及されて
はいないが、しかしヘリウム・ネオン・レーザーを用い
たＦ＃ルンズは、測定された結果を与え、且つ本発明に
従ったモデルと一致している。
次依存及びスポット・サイズの逆依存を示す。Ａｓａｋ
ｕｒａ、 Ｐ、 ５ｐｅｃｋｌｅ Ｍｅｔｒｏｌｏ（Ｉ
ｙ（Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｐｒｅｓｓ、 Ｎｅｗ Ｙｏｒ
ｋ 、 １９７８年）の公表された実験結果は、−次依
存を示しており、０゜６３ｐｒｒｔのスポット・サイズ
のための上記方程式に一致する。レーザーの集束のため
にＡ ５ａｋｕｒａに使用されたレンズは、言及されて
はいないが、しかしヘリウム・ネオン・レーザーを用い
たＦ＃ルンズは、測定された結果を与え、且つ本発明に
従ったモデルと一致している。
コントラストの測定は、放射線パターンのピークから最
小値までの適当な角度が、 λ δ χ Ｓ （６５） α により与えられる、照射されたスポットの１つの回折角
、δαを通してターゲット・サンプルを傾けるのに対し
て、強度を測定することにより達せられることができる
。直径の１簡の典型的なレーダー・ビーム・スポット・
サイズのための、斑紋回折角δ３は１ｍｒａｄに等しい
。従って、放射線フィールド中の固定された検出器によ
り認められたコントラストは、 Ｃ＝２−１０−３δｓ （６６） である。但し、δＳはＩｊｍ単位である。
小値までの適当な角度が、 λ δ χ Ｓ （６５） α により与えられる、照射されたスポットの１つの回折角
、δαを通してターゲット・サンプルを傾けるのに対し
て、強度を測定することにより達せられることができる
。直径の１簡の典型的なレーダー・ビーム・スポット・
サイズのための、斑紋回折角δ３は１ｍｒａｄに等しい
。従って、放射線フィールド中の固定された検出器によ
り認められたコントラストは、 Ｃ＝２−１０−３δｓ （６６） である。但し、δＳはＩｊｍ単位である。
第１９図は、入射角の関数としての乱反射面からの典型
的な斑紋パターンを示している。斑紋コントラストＣは
、 又は、 により与えられる。但し、σは表面粗度パラメータであ
る。同様に、σθ０ （斑紋サイズ、即ち斑紋パターン
の変調の角度変位、換言すれば斑紋パターンの変調の空
間周波数）は、ターゲットを傾けることにより、レーザ
ー周波数を変えることにより、又は（第１５（Ａ）図乃
至第１５（Ｃ）図と共に述べられるように）わずかにビ
ームを散乱させることにより、測定されることができる
。斑紋サイズから、 θｏ ２ｄ δθｏ Ｔ （６９） から（１次元スキャンのための）ビームの斑紋の数を決
定できる。但し、θ０は斑紋サイズである。
的な斑紋パターンを示している。斑紋コントラストＣは
、 又は、 により与えられる。但し、σは表面粗度パラメータであ
る。同様に、σθ０ （斑紋サイズ、即ち斑紋パターン
の変調の角度変位、換言すれば斑紋パターンの変調の空
間周波数）は、ターゲットを傾けることにより、レーザ
ー周波数を変えることにより、又は（第１５（Ａ）図乃
至第１５（Ｃ）図と共に述べられるように）わずかにビ
ームを散乱させることにより、測定されることができる
。斑紋サイズから、 θｏ ２ｄ δθｏ Ｔ （６９） から（１次元スキャンのための）ビームの斑紋の数を決
定できる。但し、θ０は斑紋サイズである。
従って、
ｄ
■＝ θ。 δθｏ（７０）
である。
第１５（Ａ）図乃至第１５（Ｃ’）図を参照すると、タ
ーゲット・シグネチャ・データを生成するだめの本発明
に従った３つの異なった配置が見られる。第’１５（Ｂ
）図に於いて、ターゲット５２は、検出器に向かってタ
ーゲットにより散乱させられたビームの部分の強度が測
定される間、角度δ 傾けられる。検出器は、同一の検
出器配置が位相差と強度の両方を測定するために本実施
例に於いて使用されるといえども、放射線フィールドの
どこかに位置を定められることができる。
ーゲット・シグネチャ・データを生成するだめの本発明
に従った３つの異なった配置が見られる。第’１５（Ｂ
）図に於いて、ターゲット５２は、検出器に向かってタ
ーゲットにより散乱させられたビームの部分の強度が測
定される間、角度δ 傾けられる。検出器は、同一の検
出器配置が位相差と強度の両方を測定するために本実施
例に於いて使用されるといえども、放射線フィールドの
どこかに位置を定められることができる。
（反射率プロフィールではなくて）斑紋コントラストは
、サンプルをなお保持することにより、及び（第１５（
Ｃ）図に見られるように）レーザーの周波数を変えるこ
とにより、決定されることもまたできる。しかしながら
、周波数スキャン・タイプの測定のために、サンプルは
、照らされたスポットを横切った経路差を導きがちであ
らねばならない。
、サンプルをなお保持することにより、及び（第１５（
Ｃ）図に見られるように）レーザーの周波数を変えるこ
とにより、決定されることもまたできる。しかしながら
、周波数スキャン・タイプの測定のために、サンプルは
、照らされたスポットを横切った経路差を導きがちであ
らねばならない。
ｓ （ｔａｎα）の経路差が、ターゲット表面に入射し
たビームの２つの反対のサイドの間で得られる。経路差
がｓ （ｔａｎα）により与えられる第１５’（Ｃ）図
に示された配置のために、位相差は、として書表わされ
ることができる。位相差を１゜５サイクルに等しいとし
、αの関数としての要求された周波数スキャン幅につい
て解くと、の結果がもたらされる。１ ｒａｄの傾斜角
のために、レーザー・ソース６２は２人幅以上に調整さ
れねばならず、１０’の傾斜角のためには、レーザー・
ソース６２は８人幅以上に調整されねばならない。明ら
かに、周波数スキャン方法は、入射ビームがターゲット
に対してノーマルである時には、使用されることができ
ない。
たビームの２つの反対のサイドの間で得られる。経路差
がｓ （ｔａｎα）により与えられる第１５’（Ｃ）図
に示された配置のために、位相差は、として書表わされ
ることができる。位相差を１゜５サイクルに等しいとし
、αの関数としての要求された周波数スキャン幅につい
て解くと、の結果がもたらされる。１ ｒａｄの傾斜角
のために、レーザー・ソース６２は２人幅以上に調整さ
れねばならず、１０’の傾斜角のためには、レーザー・
ソース６２は８人幅以上に調整されねばならない。明ら
かに、周波数スキャン方法は、入射ビームがターゲット
に対してノーマルである時には、使用されることができ
ない。
第１５（Ａ＞図は、斑紋コントラストの測定のざらに別
の方法を示している。入射ビームは、ターゲットの表面
を横切ってわずかに動かされる（「スキャンされる」）
。そして、その結果生じた斑紋パターンが、検出される
。この方法は、前述された問題を避ける故に、最も満足
な結果を提供する。
の方法を示している。入射ビームは、ターゲットの表面
を横切ってわずかに動かされる（「スキャンされる」）
。そして、その結果生じた斑紋パターンが、検出される
。この方法は、前述された問題を避ける故に、最も満足
な結果を提供する。
第３図及び第４図に示された表面粗度処理装置１５０は
、差動増幅器１４４の自動ゲイン制御電圧出力を監視す
ることにより、ターゲットにより反射された（散乱させ
られた）信号の強度を測定する。ターゲット傾斜データ
・ジェネレータ・ブロック１５２は、ターゲット５２の
表面のビームの瞬間の入射角の情報を提供する。勿論、
応用いかんでターゲット傾斜データ・ジェネレータ１５
２は、異なった方法でこの情報を生成する。例えば、も
し第１５（Ｂ）図に示された方法が使用され、且つター
ゲットが機械的に傾けられるならば、ターゲット傾斜デ
ータ・ジェネレータ１５２は、ターゲット傾斜の情報を
生成するために、ターゲットを傾けるために使用される
機械的装置（図示せず）に機能的に接続されたリザルバ
の出力を処理する。代わりになるべきものとして、コリ
メータ１２４（又は１６８）がビーム入射角を変更する
ために、位置を傾けられることができる。この場合、タ
ーゲット傾斜データ・ジェネレータ１５２は、ターゲッ
ト傾斜情報を提供するためにコリメータの位置を定める
ために使用される機械的装置に機能的に接続されたリザ
ルバに結合されている。もしターゲット５２の表面が事
実上平らであるよりはむしろ複雑であるならば、さらな
る情報が入射角を計算するために要求される。この情報
は、（表面上のビームをスキャンすることにより、及び
それぞれのドエル・ポイントのための距離を決定するこ
とにより）前述されたように成された距離測定を使用す
るターゲット５２の表面をマツピングすることにより得
られることができ、従って瞬間の入射角を計算するため
にマツプされた輪郭情報を使用する。
、差動増幅器１４４の自動ゲイン制御電圧出力を監視す
ることにより、ターゲットにより反射された（散乱させ
られた）信号の強度を測定する。ターゲット傾斜データ
・ジェネレータ・ブロック１５２は、ターゲット５２の
表面のビームの瞬間の入射角の情報を提供する。勿論、
応用いかんでターゲット傾斜データ・ジェネレータ１５
２は、異なった方法でこの情報を生成する。例えば、も
し第１５（Ｂ）図に示された方法が使用され、且つター
ゲットが機械的に傾けられるならば、ターゲット傾斜デ
ータ・ジェネレータ１５２は、ターゲット傾斜の情報を
生成するために、ターゲットを傾けるために使用される
機械的装置（図示せず）に機能的に接続されたリザルバ
の出力を処理する。代わりになるべきものとして、コリ
メータ１２４（又は１６８）がビーム入射角を変更する
ために、位置を傾けられることができる。この場合、タ
ーゲット傾斜データ・ジェネレータ１５２は、ターゲッ
ト傾斜情報を提供するためにコリメータの位置を定める
ために使用される機械的装置に機能的に接続されたリザ
ルバに結合されている。もしターゲット５２の表面が事
実上平らであるよりはむしろ複雑であるならば、さらな
る情報が入射角を計算するために要求される。この情報
は、（表面上のビームをスキャンすることにより、及び
それぞれのドエル・ポイントのための距離を決定するこ
とにより）前述されたように成された距離測定を使用す
るターゲット５２の表面をマツピングすることにより得
られることができ、従って瞬間の入射角を計算するため
にマツプされた輪郭情報を使用する。
本発明に従った表面粗度処理装置’１５０は、表面粗度
パラメータσと王を確かめるために、（前述された）反
射率プロフィールと斑紋コントラストの方法の両方を使
用する。上記２つの方法により計算されたパラメータは
、正確さのために相関させられることができる。前述さ
れたように、表面粗度処理装置１５０は、標準面のため
の同様の情報のストアされたライブラリと共に、実験的
に測定された反射率プロフィールと斑紋コントラストを
比較することにより、表面粗度パラメータωと王を生成
する。この表面粗度パラメータは、（電子顕微鏡使用法
によるように）正確に測定される。
パラメータσと王を確かめるために、（前述された）反
射率プロフィールと斑紋コントラストの方法の両方を使
用する。上記２つの方法により計算されたパラメータは
、正確さのために相関させられることができる。前述さ
れたように、表面粗度処理装置１５０は、標準面のため
の同様の情報のストアされたライブラリと共に、実験的
に測定された反射率プロフィールと斑紋コントラストを
比較することにより、表面粗度パラメータωと王を生成
する。この表面粗度パラメータは、（電子顕微鏡使用法
によるように）正確に測定される。
以上述べた例は、本発明の実施例としてであり、発明が
示された特定の形に限定されるものでないことが理解さ
れよう。当業者は、多くの変更修正がこの発明の新規且
つ効果的な特徴から逸脱することなしに、これらの実施
例に行えることが理解されよう。従って、全てのそのよ
うな変更修正は、特許請求の範囲中に含まれると思われ
る。
示された特定の形に限定されるものでないことが理解さ
れよう。当業者は、多くの変更修正がこの発明の新規且
つ効果的な特徴から逸脱することなしに、これらの実施
例に行えることが理解されよう。従って、全てのそのよ
うな変更修正は、特許請求の範囲中に含まれると思われ
る。
第１図は従来のレーダー・システムを示すブロック構成
図、第２（Ａ）図は本発明の第１の実施例を示す高レベ
ルのブロック構成図、第２（Ｂ）図は第２（Ａ）図に示
された実施例のそれぞれの検出器の出力を示す図、第３
図は第２（Ａ）図に示された実施例のより詳細なブロッ
ク構成図、第４図は第３図に示されたＭ １ｃｈｅｌｓ
ｏｎ干渉計の代わりにＭ ａｃｈ−Ｚ ｅｈｎｄｅｒ干
渉計を使用する本発明の第２の実施例を詳細に示すブロ
ック構成図、第５図は普通の光学で実行されたＭ １ｃ
ｈｅｌｓｏｎ干渉計を使用する本発明の第３の実施例を
示すブロック構成図、第６図は普通の光学で実行された
ＭａＣｈ −Ｚ ｅｈｎｄｅｒ干渉計を使用する本発明
の第４の実施例を示すブロック構成図、第７図は第８図
に示されたＦＭドライバ・ブロック及びレーザー・ソー
スの第１の実施例のバイモルフ素子を示す正面図、第８
図は第２（Ａ）図に示された実施例のレーザー・ソース
及びＦＭドライバ・ブロックの第１の実施例を示す図、
第９図は第２（Ａ）図に示された実施例のレーザー・ソ
ース及びＦＭドライバ・ブロックの第２の実施例を示す
図、第１０図は第２（Ａ）図に示された実施例のレーザ
ー・ソース及びＦＭドライバ・ブロックの第２の実施例
を示す図、第１１図は焦点アンテナを利用する普通のＦ
Ｍレーダーに結合された逓昇効果を示す図、第１２図は
第２（Ａ）図に示された本発明の実施例に結合された逓
昇効果を示す図、第１３図はそれぞれの測定の積分時間
の関数として本発明に従ったレーザー・ソースの多重Ｆ
Ｍスイープのために達せられる精度を示す図、第１４図
は本発明に従った口径直径の関数としての最大及び最小
距離（距離の深度）を示す図、第１５（Ａ）図は特徴を
描かれるべき粗度の表面を横切ってビームをスキャンす
ることにより本発明に従った斑紋パターン生成の第１の
方法を示す図、第１５（Ｂ）図は表面を傾けることによ
り表面に当たるビームの入射角を変更することにより表
面の粗度の特徴を描くための本発明に従った第２の方法
を示す図、第１５（Ｃ）図は特徴を描かれるべき粗度の
表面に当たるビームの周波数を変えることにより斑紋パ
ターンを生成するための本発明に従った第３の方法を示
す図、第１６図はそれぞれ異なった典型的な表面のため
の傾斜角度の関数としての表面反射率プロフィールの実
験結果を示す図、第１７図は表面粗度パラメータを示す
図、第１８（Ａ）図及び第１８（Ｂ）図は本発明に従っ
た斑紋パターン・パラメータを示す図、第１９図は任意
の表面のための本発明に従ったそれぞれの斑紋パターン
を示す図である。 ５２・・・ターゲット、６２・・・レーザー・ソース、
６４・・・ＦＭクランプジェネレータ、６５・・・ビー
ム・スプリッタ、６６・・・基準干渉計、７０・・・距
離干渉計、７２・・・基準位相差検出器、７４・・・距
離位相差検出器、７６・・・カウンタ、７８・・・距離
処理装置、９２、ｊｏｏ、１１８．１２０・・・星形カ
ップラ、９４．９８，１２２・・・光ファイバ、１１６
・・・基準カウンタ、１２４，１２８．１ ＜３５・・
・コリメータ、１４５・・・距離カウンタ、１５０・・
・表面粗度処理装置、１５２・・・ターゲット傾斜デー
タ・ジェネレータ・ブロック。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 ４ｇ”ＬｘにＡ。 ｎ＃ジ ヶ＝ ／ｓｔｙ 、 ｌ耐摩−７名、へ♂／ｄ ’７１
１ｒｔｅ、ｔｙ
図、第２（Ａ）図は本発明の第１の実施例を示す高レベ
ルのブロック構成図、第２（Ｂ）図は第２（Ａ）図に示
された実施例のそれぞれの検出器の出力を示す図、第３
図は第２（Ａ）図に示された実施例のより詳細なブロッ
ク構成図、第４図は第３図に示されたＭ １ｃｈｅｌｓ
ｏｎ干渉計の代わりにＭ ａｃｈ−Ｚ ｅｈｎｄｅｒ干
渉計を使用する本発明の第２の実施例を詳細に示すブロ
ック構成図、第５図は普通の光学で実行されたＭ １ｃ
ｈｅｌｓｏｎ干渉計を使用する本発明の第３の実施例を
示すブロック構成図、第６図は普通の光学で実行された
ＭａＣｈ −Ｚ ｅｈｎｄｅｒ干渉計を使用する本発明
の第４の実施例を示すブロック構成図、第７図は第８図
に示されたＦＭドライバ・ブロック及びレーザー・ソー
スの第１の実施例のバイモルフ素子を示す正面図、第８
図は第２（Ａ）図に示された実施例のレーザー・ソース
及びＦＭドライバ・ブロックの第１の実施例を示す図、
第９図は第２（Ａ）図に示された実施例のレーザー・ソ
ース及びＦＭドライバ・ブロックの第２の実施例を示す
図、第１０図は第２（Ａ）図に示された実施例のレーザ
ー・ソース及びＦＭドライバ・ブロックの第２の実施例
を示す図、第１１図は焦点アンテナを利用する普通のＦ
Ｍレーダーに結合された逓昇効果を示す図、第１２図は
第２（Ａ）図に示された本発明の実施例に結合された逓
昇効果を示す図、第１３図はそれぞれの測定の積分時間
の関数として本発明に従ったレーザー・ソースの多重Ｆ
Ｍスイープのために達せられる精度を示す図、第１４図
は本発明に従った口径直径の関数としての最大及び最小
距離（距離の深度）を示す図、第１５（Ａ）図は特徴を
描かれるべき粗度の表面を横切ってビームをスキャンす
ることにより本発明に従った斑紋パターン生成の第１の
方法を示す図、第１５（Ｂ）図は表面を傾けることによ
り表面に当たるビームの入射角を変更することにより表
面の粗度の特徴を描くための本発明に従った第２の方法
を示す図、第１５（Ｃ）図は特徴を描かれるべき粗度の
表面に当たるビームの周波数を変えることにより斑紋パ
ターンを生成するための本発明に従った第３の方法を示
す図、第１６図はそれぞれ異なった典型的な表面のため
の傾斜角度の関数としての表面反射率プロフィールの実
験結果を示す図、第１７図は表面粗度パラメータを示す
図、第１８（Ａ）図及び第１８（Ｂ）図は本発明に従っ
た斑紋パターン・パラメータを示す図、第１９図は任意
の表面のための本発明に従ったそれぞれの斑紋パターン
を示す図である。 ５２・・・ターゲット、６２・・・レーザー・ソース、
６４・・・ＦＭクランプジェネレータ、６５・・・ビー
ム・スプリッタ、６６・・・基準干渉計、７０・・・距
離干渉計、７２・・・基準位相差検出器、７４・・・距
離位相差検出器、７６・・・カウンタ、７８・・・距離
処理装置、９２、ｊｏｏ、１１８．１２０・・・星形カ
ップラ、９４．９８，１２２・・・光ファイバ、１１６
・・・基準カウンタ、１２４，１２８．１ ＜３５・・
・コリメータ、１４５・・・距離カウンタ、１５０・・
・表面粗度処理装置、１５２・・・ターゲット傾斜デー
タ・ジェネレータ・ブロック。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 ４ｇ”ＬｘにＡ。 ｎ＃ジ ヶ＝ ／ｓｔｙ 、 ｌ耐摩−７名、へ♂／ｄ ’７１
１ｒｔｅ、ｔｙ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （１） コヒーレントな放射線の周波数を変調するため
の周波数変調手段を含む前記放射線を生成するための放
射線ソース手段と、前記ビームを距離ビームと基準ビー
ムに分けるために前記放射線ソース手段に光学的に結合
された第１のビーム・スプリット手段と、任意のターゲ
ットに向かう経路に沿って前記距離ビームの第１の部分
を注ぐため及び第１の経路を伝わる上記距離ビームの第
２の部分と前記ターゲットにより散乱させられた前記距
離ビームの上記第１の部分との間の第１の波干渉パター
ンを生成するために、前記第１のビーム・スプリット手
段に光学的に結合された距離干渉計手段と、固定された
予め設定された既知の長さの基準経路に沿って前記基準
ビームの第１の部分を注ぐため及び第２の経路を伝わる
前記基準ビームの第２の部分と前記基準経路を伝わる前
記基準ビームの上記第１の部分との間の第２の波干渉パ
ターンを生成するために、前記第１のビーム・スプリッ
ト手段に光学的に結合された基準干渉計手段と、前記距
離干渉計手段と前記ターゲットとの間の上記経路の上記
長さを決定するために前記第１及び第２の波干渉パター
ンに反応する処理手段とを具備する任意のターゲットま
での距離測定装置。 （２） 前記処理手段は、前記第１の波干渉パターンの
縞を検出するために前記距離干渉計手段に結合された第
１の検出器手段と、第１の周波数から第２の周波数まで
の前記放射線の周波数のスイープのために前記第１の検
出器手段により検出された前記績の数Ｎ、をカウントす
るために前記第１の検出器手段に機能的に接続された第
１のカウンタ手段と、前記第２の波干渉パターンの縞を
検出するために前記距離干渉計手段にカップルされた第
２の検出器手段と、前記放射線の周波数の前記スイープ
のために前記第２の検出器手段により検出された縞の数
Ｎｒｅｆをカウントするために前記第２の検出器手段に
機能的に接続された第２のカウンタ手段と、 により与えられる前記ターゲットまでの距離Ｒを計算す
るために、前記第１及び第２のカウント手段の前記カウ
ントに反応する距離計算手段とを含む特許請求の範囲第
１項に記載の任意のターゲットまでの距離測定装置。 （３） 前記周波数変調手段は、第１の予め設定された
レベルと第２の予め設定されたレベルとの間で変わり且
つその間で連続であるレベルの変調信号を生成するため
のランプ・ジェネレータ手段と、前記放射線の上記経路
を変調するために前記放射線ソース手段に光学的に結合
され且つ前記変調信号に反応する移相手段とを含む特許
請求の範囲第１項に記載の任意のターゲットまでの距離
測定装置。 （４） 前記距離干渉計手段は、前記ターゲット上に前
記距離ビームの前記第１の部分を集束するための手段を
含む特許請求の範囲第１項に記載の任意のターゲットま
での距離測定装置。 （５〉 前記距離干渉計手段は、前記第１及び第２の部
分に前記距離ビームを分けるために、前記第１の経路に
沿って前記距離ビームの前記第２の部分を注ぐために、
及び前記ターゲットまでの往復経路と前記第１の経路と
から成る距離経路に沿って前記距離ビームの前記第１の
部分を注ぐために前記第１のビーム・スプリット手段に
光学的に結合された距離ビーム・スプリット手段と、前
記距離経路を伝わった後の前記距離ビームの上記第１の
部分と前記第１の経路を伝わった後の前記距離ビームの
上記第２の部分との間の位相差を表わす第１の信号を生
成するために、前記距離ビーム・スプリット手段に光学
的に結合された距離位相差決定手段とを含む特許請求の
範囲第１項に記載の任意のターゲットまでの距離測定装
置。 （６） 前記距離干渉計手段は、前記ターゲット上に前
記距離ビームの前記第１の部分を集束するために、前記
距離ビーム・スプリット手段に光学的に結合されたコリ
メート手段をさらに含む特許請求の範囲第５項に記載の
任意のターゲットまでの距離測定装置。 （７） 前記基準干渉計手段は、前記第２の経路に沿っ
て前記基準ビームの前記第２の部分を注ぐため、及び予
め設定された既知の距離の第４の経路と前記第２の経路
から成る前記基準経路に沿って前記基準ビームの前記第
１の部分を注ぐために前記第１のビーム・スプリット手
段に光学的に結合された基準ビーム・スプリット手段と
、前記基準経路を伝わった後の前記基準ビームの上記第
１の部分と前記第２の経路を伝わった後の前記基準ビー
ムの上記第２の部分との間の位相差を表わす第２の信号
を生成するために、前記基準ビーム・スプリット手段に
光学的に結合された基準位相差決定手段とを含む特許請
求の範囲第５項に記載の任意のターゲットまでの距離測
定装置。 （８） 前記ターゲットの散乱面の粗度の特徴を描くた
めに、前記距離干渉計手段により生成された前記第１の
波干渉パターンの振幅に反応する表面粗度処理手段をざ
らに含む特許請求の範囲第１項に記載の任意のターゲッ
トまでの距離測定装置。 （９） 前記表面粗度処理手段は、前記表面の前記ビー
ムの入射角を変えるための手段と、前記表面により散乱
させられた上記放射線の強度に比例する前記第１の波干
渉パターンの振幅を検出するために前記距離干渉計手段
に結合された振幅検出手段と、前記表面粗度のしるしを
生成するために複数の入射角のための前記第１の波干渉
パターンの上記検出された振幅を処理するためのデータ
処理手段とを含む特許請求の範囲第８項に記載の任意の
ターゲットまでの距離測定装置。 （１０） 前記振幅検出手段は、前記表面の異なったポ
イントで散乱させられた放射線の間の干渉により生成さ
れた上記散乱させられた放射線の変調の特徴を描くため
の特徴描写手段をさらに含み、前記データ処理手段は、
上記変調の前記特徴描写から前記表面の粗度のしるしを
導き出すための手段をさらに含む特許請求の範囲第９項
に記載の任意のターゲットまでの距離測定装置。 （１１） 前記表面粗度処理手段は、前記表面により散
乱させられた上記放射線の強度に比例する前記第１の波
干渉パターンの振幅を検出するために前記距離干渉計手
段に結合された振幅検出手段と、前記表面の異なったポ
イントで散乱させられた前記距離ビームの前記第１の部
分の各部分間の干渉により生成された上記散乱させられ
た放射線の変調の特徴を描くために前記検出された振幅
に反応する特徴描写手段と、上記変調の前記特徴描写か
ら前記表面の粗度のしるしを導き出すための手段を含む
特許請求の範囲第８項に記載の任意のターゲットまでの
距離測定装置。 （１２） 第１から第２の周波数までの放射線の周波数
の２時間の連続的な増加関数により定義されるスイープ
を行わせるための周波数スイープ手段を含むコヒーレン
トな放射線を生成するための放射線ソース手段と、前記
放射線ソース手段と結合した入力ポートと、距離ビーム
を出力する第１の出力ポート及び基準ビームを出力する
第２の出力ポートを含み、前記放射線ソース手段により
生成された前記ビームを上記距離ビームと基準ビームに
分けるための第１の星形カップリング手段と、入力ポー
トと、該入力ポートと前記第１の星形カップリング手段
の前記第１の出力ポートとを結合させるための手段と、
第１のビームを出力する第１の出力ポートと、第２のビ
ームを出力する第２の出力ポートを含み、前記距離ビー
ムを上記第１のビームと第２のビームに分けるための距
離ビーム・スプリント星形カップリング手段と、ターゲ
ットに前記第１のビームを集束させるために前記距離ビ
ーム・スプリット星形カップリング手段の前記第１の出
力ポートに結合された第１のコリメート手段と、第１の
波干渉パターンを生成するために前記第１のビームと第
２のビームを結合させるための、第１及び第２の入力ポ
ートと少なくとも１つの出力ポートを含む距離ビーム結
合星形カップリング手段と、前記距離ビーム結合星形カ
ップリング手段の前記第２の入力ポートに前記距離ビー
ム・スプリット星形カップリング手段の前記第２の出力
ポートを結合するための、固定された経路長の第１の光
フアイバ手段と、前記距離ビーム結合星形カップリング
手段の前記第１の入力ポートに前記ターゲットにより散
乱させられた前記第１のビームの部分を供給するために
、前記第１のコリメート手段の近くに設けられ、且つ前
記ターゲットに照準された第２のコリメート手段と、前
記第１の波干渉パターンの縞を検出するために、前記距
離ビーム結合星形カップリング手段の前記出力ポートに
結合された距離検出手段と、前記周波数のスイープの間
生成された前記第１の波干渉パターンの縞の数Ｎ、をカ
ウントするために、前記距離検出手段の前記検出された
縞に反応する距離カウント手段と、入力ポートと、該入
力ポートと前記第１の星形カップリング手段の前記第２
の出力ポートとを結合させるための手段と。 第３のビームを出力する第１の出力ポートと、第４のビ
ームを出力する第２の出力ポートを含み。 前記基準ビームを上記第３のビームと第４のビームに分
けるための基準ビーム・スプリット星形カップリング手
段と、第２の波干渉パターンを生成するために前記第３
のビームと第４のビームを結合させるための、第１及び
第２の入力ポートと少なくとも１つの出力ポートを含む
基準ビーム結合星形カップリング手段と、前記基準ビー
ム結合星形カップリング手段の前記第２の入力ポートに
前記基準ビーム・スプリット星形カップリング手段の前
記第２の出力ポートを結合するための、固定された経路
長の第２の光フアイバ手段と、前記基準ビーム結合星形
カップリング手段の前記第１の入力ポートに前記基準ビ
ーム・スプリット星形カップリング手段の前記第１の出
力ポートを結合するための、測定されるべき距離Ｒにほ
ぼ等しい予め設定された既知の固定された経路長Ｘｒｅ
ｆの基準光ファイバ手段と、前記第２の波干渉パターン
の縞を検出するために、前記基準ビーム結合星形カップ
リング手段の前記出力ポートに結合された基準検出手段
と、前記周波数のスイープの間生成された前記第２の波
干渉パターンの縞の数” ｒｅｆをカウントするために
、前記基準検出手段の前記検出された縞に反応する基準
カウント手段と、Ｎ。 Ｒ−・Ｘ、ｅｆ ｒｅｆ により与えられる前記ターゲットまでの距離Ｒを計算す
るために、前記カウントＮ、とＮ、。ｆに反応する距離
計算手段とを含む任意のターゲットまでの距離測定装置
。 （１３） 前記周波数スイープ手段は、第１の予め設定
されたレベルと第２の予め設定されたレベルとの間で変
わり且つその間で連続でおるレベルの変調信号を生成す
るためのランプ・ジェネレータ手段と、前記放射線の上
記経路を変調するために前記放射線ソース手段に光学的
に結合され且つ前記変調信号に反応する移相手段とを含
む特許請求の範囲第１２項に記載の任意のターゲットま
での距離測定装置。 （１４） 前記第１のビームを散乱させる前記ターゲッ
トの散乱面の粗度の特徴を描くために、前記距離検出手
段により検出された上記績の振幅に反応する表面粗度処
理手段をさらに含む特許請求の範囲第１２項に記載の任
意のターゲットまでの距離測定装置。 （１５） コヒーレントな放射線のビームを生成する第
１のステップと、前記放射線の周波数を変調する第２の
ステップと、上記ビームを距離ビームと基準ビームに分
ける第３のステップと、前記距離ビームの第１の部分を
ターゲットに向かう経路に沿って注ぐ第４のステップと
、前記ターゲットにより散乱させられた前記距離ビーム
の第１の部分と別の経路を伝わる前記距離ビームの第２
の部分との間の第１の波干渉パターンを生成する第５の
ステップと、前記基準ビームの第１の部分を予め設定さ
れ既知の長さの第１の基準経路に沿って注ぐ第６のステ
ップと、前記基準経路を伝わる前記基準ビームの上記第
１の部分と別の経路を伝わる前記基準ビームの第２の部
分との間の第２の波干渉パターンを生成する第７のステ
ップと、前記ターゲットまでの距離を決定するために前
記第１及び第２の波干渉パターンを処理する第８のステ
ップとから成る任意のターゲットまでの距離測定方法。 （１６） 前記第８のステップは、前記第１の波干渉パ
ターンの縞を検出するステップと、第１の周波数から第
２の周波数までの前記放射線の周波数のスイープのため
の前記第１の波干渉パターンの前記検出された縞の数Ｎ
、をカウントするステップと、前記第２の波干渉パター
ンの縞を検出するステップと、前記放射線の周波数の前
記スイープのための前記第２の波干渉パターンの前記検
出された縞の数Ｎｒｅｆをカウントするステップと、Ｎ
。 Ｒ＝’ ”’ｒｅｆ ｒｅｆ により与えられる前記ターゲットまでの距離Ｒを計算す
るステップを含む特許請求の範囲第１５項に記載の任意
のターゲットまでの距離測定方法。 （１７） 前記第２のステップは、第１の予め設定され
たレベルと第２の予め設定されたレベルとの間で変わり
且つその間で連続であるレベルの変調信号を生成するス
テップと、前記変調信号で前記生成された放射線の位相
を変調するステップとを含む特許請求の範囲第１５項に
記載の任意のターゲットまでの距離測定方法。 （１８） 前記第４のステップは、前記ターゲット上に
前記距離ビームの前記第１の部分を集束するステップを
含む特許請求の範囲第１５項に記載の任意のターゲット
までの距離測定方法。 （１９） 前記ターゲットの前記散乱面の粗度の特徴を
描く表面粗度特徴描写ステップをさらに含む特許請求の
範囲第１５項に記載の任意のターゲットまでの距離測定
方法。 （２０） 前記表面粗度特徴描写ステップは、前記表面
上の前記ビームの入射角を変えるステップと、前記表面
により散乱させられた上記放射線の強度に比例する。前
記第５のステップにより生成された第１の波干渉パター
ンの振幅を測定するステップと、前記表面粗度のしるし
を生成するために複数の入射角のために上記検出された
振幅を処理するステップを含む特許請求の範囲第１９項
に記載の任意のターゲットまでの距離測定方法。 （２１） 前記ビームの入射角を変えるステップは、前
記第５のステップ乃至第８のステップがそれぞれのため
に成される前記表面の複数のポイントに前記距離ビーム
の前記第１の部分を順次に注ぐステップを含み、前記検
出された振幅を処理するステップは、前記第８のステッ
プにより生成された複数の決定された距離から前記複数
のポイントのそれぞれ上の前記ビームの入射角を算定す
るステップを含む特許請求の範囲第２０項に記載の任意
のターゲットまでの距離測定方法。
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