JPS63309825A - 光検出兼光の方向決定装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は数個の受光素子を有する光検出兼方向決定装置
に関するものである。

本明細書においてパ光”と云う文言はほぼコヒーレント
な紫外放射光、赤外放射光及び可視光、すなわちレーザ
光のように光源がらの波面が時間及び空間的に高い相関
性を有しているコヒーレントな放射光を意味するものと
理解されるべきである。

上述した型式の光検出兼方向決定装置はイギリス国特許
ＧＢ−Ａ、−２１１２２４４号から既知である。この装
置では、受光素子が光ファイバ（ライトガイド）の一方
の端面に形成されている。

受光素子として作用する光ファイバの各端面は別個の角
度空間を構成し、一方各光ファイバはそれぞれ異なる長
さを有し、長さを相違させることによって角度空間を識
別している。しかしながら、空気の乱流、いわゆる“ス
ペックル（５ｐｅｋｌｅｓ）”によって影響を受ける実
作業（ｒｅａｌ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）状態中において
、上述した形式の装置では十分な機能を果たすことがで
きず、特に個別のレーザパルスの場合十分な作用を達成
することができなくなってしまう。

したがって、本発明の目的は、実作業状態に対処し得る
光検出兼方向決定装置を達成するものである。この目的
は本発明による装置によって達成され、本発明による装
置は統計学的により好ましい分布が得られるよう入射光
の波面を検出し、これにより光検出及び光の方向決定の
確度が増大する。統計学的に好ましい分布状態は以下の
説明で詳細に説明する。本発明の目的を達成するため、
本発明による光検出兼方向決定装置は、前記受光素子を
少なくとも２個のグループに分割し、同一グループの受
光素子がほぼ一致した感知方向を有すると共に少なくと
も検出しようとする光の非相関距離程度の距離を以て互
いに空間的に離間し、同一グループの受光素子への入射
光を結合し、別のグループの受光素子への入射光を比較
して入射光の波面を決定するように構成したことを特徴
とする。

大気の影響、すなわち強度の不規則性を増長させるよう
な大気の乱流によって乱された光の相関性の解析は極め
て複雑であり、これについては１９６１年ニューヨーク
で発行されたマグロヒルの“ウニイブ　プロパゲイジョ
ン　イン　タープラント　ミイディアム（Ｗａｖｅ　ｐ
ｒｏｐａｇａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｔｕｒｂｕ−ｅｎｔ　Ｍ
ｅｄｉｕｍ）”ブイ、アイ、タタスキ−（Ｖ、Ｉ。

Ｔａｔａｒｓｋｉ）著及び“スタテイシティカル　オプ
ティクス（Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ　０ｐｔｉｃｓ）”
（ジョン　ウィリー　１９８５年）ジュー。ダブル、グ
ツドマン（Ｊ、　Ｗ。

Ｇｏｏｄｍａｎ）著に記載されている。１点における放
射場の振幅統計はロガリズム正規化分布によって説明す
ることができる。大気の乱流は光の放射場の放射束密度
に対する対数変化（Ｉｎｔｌ）によって通常水されるが
、この空気の乱流が大きな値を有する場合、２に近い値
のＩｎ（Ｈ）の１シグマ分布を有する飽和状態が発生す
る。放射束密度の領域を一層小さな部分、すなわち（Ｘ
Ｒ）　ｌ／２のフルネル径の大きさ程度の幾何学的寸法
を有するＷ“スペックル”に分割する。ここで、Ｘは波
長であり、Ｒは光源と受光素子との間の距離である。こ
のような寸法（いわゆる空間的コヒーレンス性に依存す
る大きさ及びコヒーレンス性に依存する時間的範囲を有
する位相空間における素子的な区域）を有する各区域内
において、光の放射場の部分間に高い相関性があり、一
方この相関は距離が一層大きくなると低くなる。

＝５＝ 光がゆらぎを生ずる大気中を通過する場合の１点におけ
る光の放射場の統計分布は、光源に対する周波数特性に
おける高い集束性を有する極めて明白な歪度を示す。す
なわち、フレネル径以下の大きさの表面内の個別のレー
ザパルスを高い検出精度で検出するために必要なＳ／Ｎ
比は極めて高いことを意味する。従って、既知の装置で
は、個々のレーザパルスを高い確度で検出し得るには極
めて大きなＳ／Ｎが必要となる。

本発明のように光検出兼光の方向決定装置が多数の受光
面からの光の放射束をサンプリングする受光素子を有し
、受光面が少なくともフレネル径、すなわち非相関性距
離程度の距離だけ互いに離間している場合、光源方向に
対する周波数特性の明白な集束性がなだらかになる。実
際には、放射束密度Ｉ　ｎ　（ｆｌ）の１シグマ分布が
２に近い値の場合、数個の“スペックル”が結合されて
いる場合における周波数特性はＳ／Ｎ比に対して極めて
好ましい形態を示し、周波数特性の平均値を中心にして
ゆるやかなピークを発生させている。

＝６− 以下図面に基づいて本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明による光検出兼光方向決定装置の一例を
線図的に示す。この光検出兼光方向決定装置は２個のグ
ループを有し、各グループは４個の受光素子１．　３．
　５．　７．と２．　４．　６．　８とをそれぞれ有し
ている。一方のグループの受光素子１．　３．　５．　
７は共通のそれぞれ一致した感知方向９を有し、他方の
グループの受光素子２，４゜６．８は別の一致した感知
方向１０を有している。

受光素子は、円錐空間を形成する制限された感知方向に
おいて光を感知する。各受光素子は、光伝送体又は光伝
送体の東１１〜１８の端面のうちの１個によって構成す
る。光伝送体又は光伝送体束１１．１３．１５．１７の
他方の端面を第１検出器１９に結合し、光伝送体１２．
　１４．　１６．１８の他方の端面を第２の検出器２０
に接続する。２個の検出器１９及び２０は互いに同一の
ものとし、各検出器は対応する光伝送体から伝送されて
くる光の光強度を加算的に結合して検出回路に出力信号
をそれぞれ発生する。この出力信号から放射レーザパル
スを高い確度を以て検出することができる。レーザ光源
に対するに入射光の方向を決定するため、２個の検出器
からの出力信号を比較器で比較する。レーザ光の入射方
向の測定は、例えば２個の検出器の出力信号の振幅を比
較することにより行うことができる。

第２図は物理的に形態が定められている構造体中に多数
の光ガイドが具えられている簡単で実際的な構成の装置
を示す。この形態が特定されている構造体は円筒形状と
する。この円筒体の内側部にその長手軸線方向に沿って
多数の光ガイド１１〜１８を装着する。各光ガイドの一
方の端面を円筒体に隣接して配置し、他方の端面を円筒
体の長手方向の外側の検出器面の近傍に配置する。受光
素子、すなわち光ガイドの端面は円筒体の長手軸線方向
に沿って列状に配置し、この列状に配置された受光素子
が同一素子群に含まれそれぞれ同一の感知方向を有する
。同一群に属する受光素子に入射する光は共通の検出器
１９又は２０によって結合される。第２図において図面
を明瞭なものとするため、２個の受光素子群だけを示す
。しかしながら、本発明では、多数の受光素子群を配置
して入射レーザ光の方向決定における精度を一層向上さ
せることができる。

第３図は１個の点で検出した光の放射場の統計学的なゆ
らぎの周波数特性を示す。この周波数特性はＩｎ（Ｈ）
の１シグマ分布σがσ＝２について示し、この場合光が
強い乱流の作用を受ける場合と良好に対応している。こ
の周波数特性から明らかなように、光源方向に対して高
い集束性を示している。この周波数特性は、放射束密度
の平均値（Ｈ）の付近において低い値を示しているため
、例えば個別のレーザパルスの形態をしたレーザ光源か
らの光が迷光から識別されず、検出されないおそれがあ
る。

第４図に示す周波数特性は、光の放射場の統計学的ゆら
ぎに関し数個の“スペックル”からの光を検出する状態
に関するものである。この場合も同様に良好な再現性を
示すσ−２について示されている。本例の周波数特性は
放射束密度（Ｈ）の平均値付近においてピーク値を示し
ている。このピーク値の両側において周波数特性はゆる
やかに減少している。従って、受光された光は好適な分
布を示し、迷光中にレーザパルスが消滅するおそれは単
一点で検出する場合よりも相当小さくなる。

上述した光検出兼光の方向決定装置は、レーザ光で照射
された物体を検出するように作用するレーザ検出装置と
して特に好適であり、カウンク測定に用いることができ
る。別の重要な用途として光通信がある。光通信に応用
する場合、サンプリング操作により高いＳ／Ｎ比を維持
することができると共に、装置の寸法を小型に設計する
ことができる。従って、本発明による装置を光学式アン
テナとして構成することにより、ポータプル型の装置を
含む移動装置に通常のラジオアンテナとして追加するこ
とができる。この場合、選択性、ラッピング（Ｉａｌｌ
ｌｌｌｉｎｇ）に対する高抵抗性等の光通信にとって重
要な全ての利点を利用することができる。同時に、受信
機は受信信号が検出されるべき正しい方向に選択的に設
定される。

第１図による実施例において、各感知方向毎に光は光検
出器において加算されている。しかしながら、ライトガ
イドを通過する光がこのライトガイドに対する入射角に
関する情報を含んでいることも利用することができる。

けだし、レーザ光の入射方向とライトガイドの軸線との
なす角がある範囲に維持されるからである。しかしなが
ら、ライトガイドの出射側において光はリング状に出射
するため方位角方向が喪失されてしまう。このリング径
は種々のグループ間の全強度の補間法と共同するので、
レーザ光の入射光に関する情報を表わす。光の入射角に
関する情報もレーザ光のコヒーレンス性を利用すること
により得られる。波面の伝播方向は、受信機を位相整合
装置、すなわち光学式干渉計のような形態で配置する場
合パターンの発生により検出することができる。この目
的を達成するためにいわゆる“エタロン”を用いるレー
ザ警報装置が米国特許Ａ４３０９１０８号として以前に
提案された。しかも、この装置は通常の光学装置として
設計されているにすぎず、しかも１個の点でだけ検出す
るように構成されているにすぎない。

この点に関連し、受信側の光学装置によって得られる干
渉縞の鮮明度を測定することによって受光光のコヒーレ
ンス性の程度を精度よく検査することは、インコヒーレ
ントな光源による誤った警報に対して有用な識別方法と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は光検出兼光の方向決定装置の一例の構成を示す
線図、 第２図は物理的に形態が特定されている構造体中に配置
した例を示す線図、 第３図はσ−２となる１個の点で検出する場合における
放射場の統計学的ゆらぎの周波数特性を示すグラフ、 第４図は数個のスペックルを結合して検出する場合にお
ける放射場の統計学的ゆらぎの周波数特性を示すグラフ
である。 １、２．３．４．５．６．７．８・・・受光素子９．１
０・・・感知方向　　　　１１〜１８・・・光伝送体１
９、２０・・・検出器 特許出願人　　　エヌ・ベー・フィリップス・フルーイ
ランペンファブリケン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、数個の受光素子を有する光検出兼光の方向決定装置
   において、前記受光素子を少なくとも２個のグループに
   分割し、同一グループの受光素子がほぼ一致した感知方
   向を有すると共に少なくとも検出しようとする光の非相
   関距離程度の距離を以て互いに空間的に離間し、同一グ
   ループの受光素子への入射光を結合し、別のグループの
   受光素子への入射光と比較して入射光の波面を決定する
   ように構成したことを特徴とする光検出兼光の方向決定
   装置。 ２、前記受光素子が、各グループ毎に受光光を光結合装
   置まで伝送する光伝送体又は光伝送体の束の端面に形成
   されていることを特徴とする請求項１に記載の光検出兼
   光の方向決定装置。 ３、前記光伝送体が物理的形状を有する構造体内に配置
   され、各光伝送体又は光伝送体束の一方の端面が前記構
   造体の外壁上に配置されて受光素子として作用し、他方
   の端面が前記構造体の外部に前記光結合装置に隣接して
   配置されていることを特徴とする請求項２に記載の光検
   出兼光の方向決定装置。 ４、あるグループの受光素子への入射光が、各個別の光
   伝送体又は光伝送体の束からの受光光強度を加算するこ
   とによって結合されることを特徴とする請求項１〜３ま
   でのいずれか１項に記載の光検出兼光の方向決定装置。 ５、多数のグループ毎の結合光を比較して入射光の波面
   の方向を決定するように構成したことを特徴とする請求
   項４に記載の光検出兼光の方向決定装置。