WO2024069913A1 - 光制御装置、光増幅装置及び光制御方法 - Google Patents

Abstract

光制御装置（１００，２００，３００）は、入射されたパルス信号を含むパルス光を通過させる通過状態と、パルス光の少なくとも一部を遮断する遮断状態と、を切替え可能な切替部（４）と、パルス光を電気信号に変換する変換部（８）と、変換部からの電気信号の強さの時間変化に基づいて、パルス光に含まれるパルス信号が通過状態において切替部を通過する通過時刻を推定する時刻推定部（９０５）と、時刻推定部からの情報に基づいて切替部の通過状態と遮断状態との切替えを制御する切替制御部（５）と、を備えた。

Description

光制御装置、光増幅装置及び光制御方法

　本開示は、光制御装置、光増幅装置及び光制御方法に関する。

　従来、等間隔に並んだ多数のスペクトルからなる光パルス（パルス信号）を光増幅器で増幅し、光増幅器からの自然放出光を含む光の一部が光ゲートを透過するように、光ゲートの透過率を変化させる多波長発生器が開示されている（特許文献１参照）。この多波長発生器は、光パルスが光ゲートに入射している時刻のみ増幅器からの光が光ゲートを透過し、それ以外の時刻では増幅器からの光が光ゲートを透過しないように、光ゲートの透過率を変化させることで、増幅器からの自然放出光の量の抑制を図っている。

特開２００２－６２５１４号公報

　しかしながら、特許文献１に記載の装置は、パルス信号及び自然放出光を含むパルス光からパルス信号を抽出する際、自然放出光とパルス信号との判別が難しい場合には、自然放出光を十分に抑制することが難しい。このため、例えば、パルス信号を含むパルス光の時間波形に基づいて、パルス信号以外の光の量を効率的に抑制する技術が求められている。

　本開示は、上記課題を解決するものであって、パルス光に含まれるパルス信号以外の光の量を従来よりも効率的に抑制することができる光制御装置を提供することを目的とする。

　本開示に係る光制御装置は、パルス信号を含むパルス光を通過させる通過状態と、パルス光の少なくとも一部を遮断する遮断状態と、を切替え可能な切替部と、パルス光を電気信号に変換する変換部と、変換部からの電気信号の強さの時間変化に基づいて、パルス光に含まれるパルス信号が通過状態において切替部を通過する通過時刻を推定する時刻推定部と、時刻推定部からの情報に基づいて切替部の通過状態と遮断状態との切替えを制御する切替制御部と、を備えたことを特徴とする。

　本開示によれば、パルス光に含まれるパルス信号が切替部を通過する時刻を推定して切替部を制御するので、パルス光に含まれるパルス信号以外の光の量を従来よりも効率的に抑制することができる。

実施の形態１に係るレーザレーダ装置の機能ブロックを示すブロック図。 図２Ａは、実施の形態１に係る光増幅部の作用を示す模式図、図２Ｂは、実施の形態１に係るパルス光発生部が生成したパルス光を縦軸を光パワーとし横軸を時間として示すグラフ、図２Ｃは、実施の形態１に係るパルス光発生部が生成したパルス光を示す図２Ｂを拡大したグラフ。 実施の形態１に係る信号処理部の機能ブロックを示すブロック図。 図４Ａは、実施の形態１に係る時間ビン分割部が受信した信号を時間ビンで分割した様子を示すグラフ、図４Ｂは、各時間ビンにおける直前の時間ビンに対する波形の傾き比率を示すグラフ。 実施の形態１に係る信号処理部のハードウェア構成の一例を示すブロック図。 実施の形態１に係る信号処理部のハードウェア構成の一例を示すブロック図。 実施の形態１に係るレーザレーダ装置が行う処理を示すフローチャート。 実施の形態２に係るレーザレーダ装置の機能ブロックを示すブロック図。 実施の形態３に係る信号処理部の機能ブロックを示すブロック図。 実施の形態３に係るレーザレーダ装置が行う処理を示すフローチャート。 実施の形態３の変形例に係るレーザレーダ装置の機能ブロックを示すブロック図。

　以下、本開示に係る実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
　まず、図１及び図２を参照して、実施の形態１に係る光増幅装置としてのレーザレーダ装置１００の概略構成について説明する。図１は、実施の形態１に係るレーザレーダ装置１００の機能ブロックを示すブロック図である。図１に示すように、レーザレーダ装置１００は、パルス光発生部１と、トリガ生成回路２と、パルス信号生成部３と、パルスシャッタ部４と、シャッタ制御部５と、光増幅部６と、光分岐部７と、受光部８と、信号処理部９と、送信光学系１０と、を備えている。図１においては、パルス光の流れを実線の矢印の位置と向きで示し、電気信号の流れを破線の矢印の位置と向きで示している。なお、実施の形態１において、パルスシャッタ部４、光分岐部７、受光部８、信号処理部９及びシャッタ制御部５によって、光制御装置が構成されている。

　レーザレーダ装置１００は、パルス光発生部１によってパルス光、例えば、スペクトル及びパルス時間波形等の任意のパラメータ有するレーザパルス光としてのパルス光を生成し、生成したパルス光を、パルスシャッタ部４、光増幅部６及び光分岐部７を経由して、送信光学系１０へ送信する。図２Ａに示すように、光増幅部６においては、入射されたパルス光が増幅されて出射される。図２Ａは、実施の形態１に係る光増幅部６の作用を示す模式図である。送信光学系１０は、所望の目的に応じてパルス光発生部１から送信されたパルス光を整形して、レーザレーダ装置１００の外部へ出射する。光分岐部７で分岐されたモニタ光は、受光部８まで導かれる。レーザレーダ装置１００は、トリガ生成回路２で生成されるトリガ信号及びトリガ信号に基づいて生成される信号と、光分岐部７からの受信光（モニタ光）を受光部８で光電変換して生成される信号と、に基づいて制御される。

　＜　パルス光発生部１　＞
　図２Ｂに示すように、パルス光生成部としてのパルス光発生部１は、後述するパルス信号生成部３からのトリガ信号に基づいて、単一又は複数の波長成分を有する光で構成されるパルス光を生成する。図２Ｂは、実施の形態１に係るパルス光発生部１が生成したパルス光を、縦軸を光パワーとし横軸を時間として示すグラフである。例えば、パルス光発生部１は、パルスレーザを生成するための光源を備えている。パルス光発生部１は、Ｑスイッチング、モード同期、又はパルス励起によってパルス光を生成するように構成されていてもよいし、連続波レーザ光を光スイッチや光シャッタでパルス化してパルス光を生成するように構成されていてもよい。また、図２Ｃに示すように、パルス光発生部１で生成されたパルス光は、パルス信号と自然放出光（ＡＭＰＬＩＦＩＥＤ　ＳＰＯＮＴＡＮＥＯＵＳ　ＥＭＩＳＳＩＯＮ、以下「ＡＳＥ」ともいう。）とを含む。図２Ｃは、実施の形態１に係るパルス光発生部が生成したパルス光を示す図２Ｂを拡大したグラフである。パルス光発生部１で生成されたパルス光は、送信光として、パルスシャッタ部４へ送出される。

　＜　トリガ生成回路２　＞
　図１に示すように、トリガ生成回路２は、パルス光発生部１がパルス光を生成する契機となるトリガ信号（以下「パルス照射トリガ信号」ともいう。）を生成する。トリガ生成回路２は、例えば、パルスジェネレータ、ファンクションジェネレータ、又はＦＰＧＡによって構成される。トリガ生成回路２で生成されたパルス照射トリガ信号は、信号処理部９及びパルス信号生成部３へ送信される。

　＜　パルス信号生成部３　＞
　パルス信号生成部３は、受信したパルス照射トリガ信号に基づいて、パルス信号を生成する。パルス信号生成部３は、例えば、パルスジェネレータ、ファンクションジェネレータ、又はＦＰＧＡによって構成される。パルス信号生成部３で生成されたパルス信号は、パルス光発生部１、シャッタ制御部５及び信号処理部９へ送信される。

　＜　パルスシャッタ部４　＞
　切替部としてのパルスシャッタ部４は、後述するシャッタ制御部５からの制御信号に基づいて、パルス光発生部１から入射されたパルス光をシャッタする。言い換えると、パルスシャッタ部４は、シャッタ制御部５からの制御信号に基づいて、パルス光発生部１が生成したパルス光を通過させる通過状態と、パルス光発生部１が生成したパルス光を遮断する遮断状態と、が切替わる。なお、以下の記載において、通過状態をＯＮ状態、遮断状態をＯＦＦ状態ともいう。例えば、パルスシャッタ部４は、メカニカルシャッタによって構成されている。なお、パルスシャッタ部４は、音響光学変調器、偏光光学素子とポッケルスセルの組み合わせ、光スイッチ等によって構成されていてもよい。また、パルスシャッタ部４は、ＯＦＦ状態においてパルス光を完全に遮断するものに限らず、ＯＦＦ状態において、入射されたパルス光の少なくとも一部を遮断するものであればよい。パルスシャッタ部４は、ＯＮ状態において通過させたパルス光発生部１からのパルス光を光増幅部６へ出射する。

　＜　シャッタ制御部５　＞
　切替制御部としてのシャッタ制御部５は、信号処理部９から受信した信号と、パルス信号生成部３から受信した信号と、に基づいて、パルスシャッタ部４のＯＮ状態とＯＦＦ状態とを切替えるための制御信号を生成する。

　＜　光増幅部６　＞
　光増幅部６は、パルスシャッタ部４のＯＮ状態で入射したパルス光を増幅し、光分岐部７へ出射する。例えば、光増幅部６は、半導体光増幅器、または固体増幅器等によって構成されている。また、例えば、光増幅部６は、増幅器へ光を入射するためのミラー、レンズ及び回折格子等の光学装置を含んで構成されていてもよい。また、例えば、光増幅部６は、光分岐部７へ光を出射するための光学装置を含んで構成されていてもよい。

　＜　光分岐部７　＞
　光分岐部７は、光増幅部６からのパルス光を送信光学系１０と受光部８とのそれぞれに向けて出射するように、光増幅部６からのパルス光を分光する。光分岐部７は、例えば、偏光ビームスプリッタと半波長板等の偏光光学素子との組み合わせ、または光ファイバカプラによって構成されている。なお、図１には明示されていないが、パルス光発生部１とパルスシャッタ部４との間、パルスシャッタ部４と光増幅部６との間、光増幅部６と光分岐部７との間には、それぞれ、光増幅、波長変換、及び周波数シフト等のパルス光への操作を行う光学系が配置されていてもよい。

　＜　受光部８　＞
　変換部としての受光部８は、光分岐部７からの受信光（モニタ光）を光電変換してアナログ波である受信電気信号を生成する。生成された受信電気信号は、信号処理部９へ送信される。

　＜　信号処理部９　＞
　次に、図３及び図４を参照して、信号処理部９について説明する。図３は、実施の形態１に係るレーザレーダ装置１００の信号処理部９の機能ブロックを示すブロック図である。図３に示すように、信号処理部９は、アナログデジタル変換部（以下「ＡＤ変換部」ともいう。）９０１と、時間ビン分割部９０２と、信号傾き算出部９０３と、信号傾き比率算出部９０４と、シャッタタイミング決定部９０５と、を有しており、これらが直列的に接続されて構成されている。

　信号処理部９のＡＤ変換部９０１は、受光部８からのアナログ波である受信電気信号をデジタル波であるデジタル電気信号に変換するＡＤ変換処理を行う。ＡＤ変換部９０１は、トリガ生成回路２からのパルス照射トリガ信号に基づいて、ＡＤ変換処理を実施する。

　信号処理部９の時間ビン分割部９０２は、ＡＤ変換部９０１の出力であるデジタル電気信号を、パルス信号のパルス幅よりも短い時間幅で時間方向に分割する。言い換えると、時間ビン分割部９０２は、ＡＤ変換部９０１の出力であるデジタル電気信号を、それぞれがパルス信号のパルス幅よりも短い複数の期間毎に分割する。なお、実施の形態１において、時間ビン分割部９０２は、分割部を構成する。

　図４Ａは、実施の形態１に係る時間ビン分割部９０２が受信した信号を時間ビンで分割した様子を示すグラフである。なお、実施の形態１において、図４Ａに示すグラフの横軸である時間軸を等間隔（時間レンジΔＴ）に分割したそれぞれの期間を、時間ビンという。例えば、時間ビン分割部９０２は、全値幅２μｓのパルス幅を有するパルス光を、１０ｎｓの時間幅で分割する。言い換えると、時間ビン分割部９０２は、１つのパルス光を約２００のビンに分割している。時間ビン分割部９０２は、トリガ生成回路２からのパルス照射トリガ信号に基づいて、パルス光を分割する時間ビン分割処理を実施する。

　信号処理部９の信号傾き算出部９０３は、時間ビン分割処理後のビン毎の信号に対して平均電圧値を算出する。さらに信号傾き算出部９０３は、各時間ビンＴ_ｉと各時間ビンの直前の時間ビンＴ_ｉ－１との時間あたりの平均電圧値の変化量を算出する。言い換えると、信号傾き算出部９０３は、複数の時間ビン間における電気信号の強さの時間変化率を算出する。また、言い換えると、信号傾き算出部９０３は、各ビンと各ビンの直前のビンとの間で、時間－電圧グラフにおける傾きを算出する。なお、以降の処理では、算出値を傾きとして進めるが、直前ビンとの差分や比率を利用してもよい。なお、実施の形態１において、信号傾き算出部９０３は、変化率算出部を構成する。

　信号処理部９の信号傾き比率算出部９０４は、信号傾き算出部９０３で算出された時間ビン毎の傾きの値Ｓ_ｉに対して、さらに直前の時間ビンの傾きの値Ｓ_ｉ－１との比率（傾き比率）Ｒ_ｉを算出する。言い換えると、信号傾き比率算出部９０４は、隣接する時間ビン間における電気信号の強さの変化率同士の比率を算出する。また、言い換えると、信号傾き比率算出部９０４は、時間ビン分割部９０２によって分割された複数の期間のうち第１期間における電気信号の強さの時間変化率である第１変化率と、第１期間よりも後の期間である第２期間における電気信号の強さの時間変化率である第２変化率と、の比率を算出する。図４Ｂは、各時間ビンにおける直前の時間ビンに対する波形の傾き比率を示すグラフである。なお、実施の形態１において、信号傾き比率算出部９０４は、算出部を構成する。

　信号処理部９のシャッタタイミング決定部９０５は、信号傾き比率算出部９０４が算出した各時間ビンにおける傾き比率に基づいて、ＡＳＥとパルス信号の時間境界位置を推定する。例えば、シャッタタイミング決定部９０５は、信号傾き比率算出部９０４が算出した各時間ビンにおける傾き比率と、予め設定されている比率閾値と、を比較し、比較結果に基づいて、比率閾値をｉ回目に超えた時間ビンをＡＳＥとパルス信号の時間境界位置であると決定する。ここで、比率閾値とｉとは、使用するパルス波形に応じて予め設定されている。実施の形態１では、簡略のため、ｉ＝１とする。

　また、シャッタタイミング決定部９０５は、信号傾き比率算出部９０４が算出した各時間ビンにおける傾き比率に基づいて、パルス光に含まれるパルス信号がパルスシャッタ部４を通過する通過時刻を推定する。言い換えると、シャッタタイミング決定部９０５は、受光部８からの電気信号の時間変化に基づいて、パルス光に含まれるパルス信号がパルスシャッタ部４を通過する通過時刻を推定する。例えば、シャッタタイミング決定部９０５は、受光部８からの電気信号の時間変化に基づいて、パルス光に含まれるパルス信号がパルスシャッタ部４の通過を開始する通過時刻を推定する。なお、シャッタタイミング決定部９０５は、受光部８からの電気信号の時間変化に基づいて、パルス光に含まれるパルス信号がパルスシャッタ部４の通過を終了する通過時刻を推定するように構成されていてもよいし、受光部８からの電気信号の時間変化に基づいて、パルス光に含まれるパルス信号がパルスシャッタ部４の通過を開始する通過時刻及び終了する通過時刻を共に推定するように構成されていてもよい。

　また、例えば、シャッタタイミング決定部９０５は、パルス信号生成部３から得られるパルス光の生成時刻の情報と、パルス繰り返し時間の情報と、設計値から得られるパルスシャッタ部から受光部までの光路長Ｌ_{ｄｅｌａｙ}の情報と、に基づいて算出されるパルス遅延時間を用いて、次回以降のパルス光に含まれるパルス信号がパルスシャッタ部４を通過する時刻（信号パルス通過時刻）、具体的には、次回以降のパルス光に含まれるパルス信号がパルスシャッタ部４の通過を開始する時刻を算出し、算出結果をシャッタ制御部５へ送信する。例えばパルスシャッタ部から受光部までの光路長Ｌ_{ｄｅｌａｙ}が屈折率ｎと設計長をＬ_{ｄｅｌａｙ}を用いてＬ^ｏｐｔ _{ｄｅｌａｙ}＝ｎ×Ｌ_{ｄｅｌａｙ}で表されるとき、パルス遅延時間は、光速ｃを用いてτ＝Ｌ^ｏｐｔ _{ｄｅｌａｙ}／ｃで表される。なお、実施の形態１において、シャッタタイミング決定部９０５は、時刻推定部を構成する。

　次に、図５及び図６を参照して、信号処理部９のハードウェア構成について説明する。図５は、実施の形態１に係る信号処理部９のハードウェア構成の一例を示すブロック図であり、図６は、実施の形態１に係る信号処理部９の図５とは異なるハードウェア構成の一例を示すブロック図である。例えば、図５に示すように、信号処理部９は、プロセッサ９ａ、メモリ９ｂ及びＩ／Ｏポート９ｃを有し、メモリ９ｂに格納されているプログラムをプロセッサ９ａが読み出して実行するように構成されている。メモリ９ｂは、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の、不揮発性又は揮発性の半導体メモリであってよい。また、メモリ９ｂは、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ等であってもよい。さらにメモリ９ｂは、ＨＤＤ又はＳＳＤであってもよい。

　また、例えば、図６に示すように、信号処理部９は、専用のハードウェアである処理回路９ｄ及びＩ／Ｏポート９ｃを有している。処理回路９ｄは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、システムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ－Ｓｃａｌｅ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）、又はこれらの組み合わせによって構成される。信号処理部９の各機能は、これらプロセッサ９ａ又は専用のハードウェアである処理回路９ｄがソフトウェア、ファームウェアまたはソフトウェアとファームウェアとの組合せであるプログラムを実行することによって実現される。

　なお、レーザレーダ装置１００の他の構成、例えば、トリガ生成回路２、パルス信号生成部３、シャッタ制御部５、受光部８、送信光学系１０についても、信号処理部９と同様のハードウェア構成によって構成されていてもよいし、これらのハードウェアに加えて他のハードウェアを有していてもよいし、レーザレーダ装置１００の複数の構成で１つのハードウェアを共有するように構成されていてもよい。これらトリガ生成回路２、パルス信号生成部３、シャッタ制御部５、受光部８、送信光学系１０についての信号処理部９と同様のハードウェア構成の説明は、省略する。

　次に、図７を参照して、実施の形態１に係るレーザレーダ装置１００が実行する処理について説明する。図７は、実施の形態１に係るレーザレーダ装置１００が実行する処理を示すフローチャートである。図７に示すように、レーザレーダ装置１００が実行する処理の工程には、ステップＳＴ１からステップＳＴ１５までが含まれる。

　ステップＳＴ１は、トリガ生成回路２が行う処理工程である。ステップＳＴ１においてトリガ生成回路２は、パルス照射トリガ信号に基づいて、パルストリガ信号を発生させる。

　ステップＳＴ２は、パルス信号生成部３が行う処理工程である。ステップＳＴ２においてパルス信号生成部３は、パルス照射トリガ信号に基づいて、パルス光発生部１を制御する。パルス信号生成部３により制御されたパルス光発生部１は、繰返し周期Ｔ_ｒｅｐ、種パルス光幅δ_ｔのパルス光を生成する。図２Ｂは、繰返し周期Ｔ_ｒｅｐごとに、種パルス光幅δ_ｔのパルス光が生成されていることを表している。

　ステップＳＴ３は、パルス光発生部１が行う処理工程である。ステップＳＴ３においてパルス光発生部１は、生成したパルス光をパルスシャッタ部４へ出力する。

　ステップＳＴ４はパルスシャッタ部が行う処理工程である。ステップＳＴ４においてパルスシャッタ部４は、シャッタ制御部５からの制御信号に基づいてＯＮ状態またはＯＦＦ状態に切替わり、ＯＮ状態ではパルス光を通過させて光増幅部６へ出力し、ＯＦＦ状態ではパルス光を遮断して光増幅部６への出力を行わない。

　ステップＳＴ５は、光分岐部７が行う処理工程である。ステップＳＴ５において光分岐部７は、光増幅部６からの光を分岐する。光分岐部７は、分岐させた光の一方を送信光学系１０へ出力し、他方を受光部８へ出力する。

　ステップＳＴ６は、受光部８が行う処理工程である。ステップＳＴ６において受光部８は、光分岐部７からの出力を受信して光電気変換し、生成された電気信号を信号処理部９８へ出力する。

　ステップＳＴ７は、時間ビン分割部９０２が行う処理工程である。ステップＳＴ７において、時間ビン分割部９０２は、時間ビン分割処理を行う。

　ステップＳＴ８は、信号傾き算出部９０３が行う処理工程である。ステップＳＴ８において信号傾き算出部９０３は、時間ビン分割処理後の時間ビン毎の信号に対して平均電圧値Ｖｉを算出し、さらに時間ビン毎の直前の時間ビンとの傾きＳ_ｉ＝（Ｖ_ｉ－Ｖ_ｉ－１）／Δｔを算出する。

　ステップＳＴ９は、信号傾き比率算出部９０４が行う処理工程である。ステップＳＴ９において信号傾き比率算出部９０４は、信号傾き算出部９０３で取得された時間ビン毎の傾きの値に対して、さらに直前の時間ビンとの比率Ｒ_ｉ＝Ｓ_ｉ／Ｓ_ｉ－１を算出する。図４Ｂは、各時間ビンにおける傾き比率を表したグラフである。

　ステップＳＴ１０は、シャッタタイミング決定部９０５が行う処理工程である。ステップＳＴ１０においてシャッタタイミング決定部９０５は、信号傾き比率算出部９０４で得られた各時間ビンにおける傾き比率と予め設定された比率閾値Ｒ_ｔｈとを比較し、比率閾値をｊ回目に超えた時間ビンをＡＳＥとパルス信号の時間境界位置と決定する。ここで、比率閾値とｊの値とは、使用するパルス信号の波形に応じてあらかじめ決定される。実施の形態１では簡略のため、ｊ＝１とする。

　ステップＳＴ１１は、シャッタタイミング決定部９０５が行う処理工程である。ステップＳＴ１１においてシャッタタイミング決定部９０５は、パルス信号生成部３から得られるパルス光の生成時刻の情報と、パルス繰り返し時間の情報と、設計値から得られるパルスシャッタ部４から受光部８までの光路長Ｌ_{ｄｅｌａｙ}の情報と、から算出されるパルス遅延時間を用いて、次回以降のパルス光に含まれるパルス信号がパルスシャッタ部４を通過する時刻を算出する。例えば、パルスシャッタ部４から受光部８までの光路長Ｌ_{ｄｅｌａｙ}が屈折率ｎと設計長Ｌ_{ｄｅｌａｙ}とを用いてＬ^ｏｐｔ _{ｄｅｌａｙ}＝ｎ×Ｌ_{ｄｅｌａｙ}で表されるとき、パルス遅延時間は、光速ｃを用いてτ＝Ｌ^ｏｐｔ _{ｄｅｌａｙ}／ｃで表される。

　ステップＳＴ１２は、シャッタタイミング決定部９０５が行う処理工程である。ステップＳＴ１２においてシャッタタイミング決定部９０５は、算出されたパルス通過時刻情報をもとにシャッタ駆動タイミングを決定し、その情報をシャッタ制御部５へおくる。

　ステップＳＴ１３は、パルス光発生部１が行う処理工程である。ステップＳＴ１３においてパルス光発生部１は、ステップ３以降の任意の時刻にパルス光を生成し、パルスシャッタ部４へ出力する。

　ステップＳＴ１４は、パルスシャッタ部４が行う処理工程である。ステップＳＴ１４においてパルスシャッタ部４は、ステップＳＴ１２で決定されたシャッタ駆動タイミングに基づき、ステップＳＴ１３で生成されたパルス光に対してＯＮ状態とＯＦＦ状態とが切替わるようにシャッタ駆動し、パルス信号前後のＡＳＥをＯＦＦ状態で遮断し、パルス信号をＯＮ状態で通過させ、光増幅部６へ送る。

　ステップＳＴ１５は、光増幅部６が行う処理工程である。ステップＳＴ１７において光増幅部６は、ステップＳＴ１４で入力されたパルス信号を増幅させ、光分岐部７へ出力する。

　ステップＳＴ１５の処理工程の後、ステップＳＴ５の処理工程へ戻り再びステップＳＴ１５までを実施する、この動作を所定の回数繰り返す。回数は１回以上の任意の回数に設定可能である。

　実施の形態１に係るレーザレーダ装置１００は、光増幅部６の手前（上流）に配置されたパルスシャッタ部４と、パルス光の時間波形を測定する受光部８と、パルス光信号からパルス信号とＡＳＥの時間領域を識別する信号処理部と、を備える。これにより、パルス光に含まれるＡＳＥとパルス信号とを時間軸上で分別し、光増幅部６へ入射するＡＳＥの量を抑制する、という効果を奏する。さらに、実施の形態１に係るレーザレーダ装置１００は、予め異なる手法でシャッタ駆動タイミングを決定せずともＡＳＥとパルス信号とを適切な駆動タイミングで分離し、光増幅器へ入射するＡＳＥを除去するという作用効果を有する。

　また、実施の形態１に係るレーザレーダ装置１００は、パルス光に含まれるパルス信号がパルスシャッタ部４を通過する時刻を推定してパルスシャッタ部４の切替えを制御するので、パルス光に含まれるパルス信号以外の光の量を従来よりも効率的に抑制することができる。

　実施の形態１に係る光増幅装置は、最初のパルス、あるいは当該パルスの１つ前のパルスの波形からＡＳＥとパルス信号との境界時刻から繰り返し時刻だけ経過したタイミングでシャッタを駆動するだけでなく、シャッタから受光部までの距離に応じた遅延時間を補正する機能や任意のオフセット時間を付与する機能を有するため、信号処理等に由来する遅延時間を補正することが可能であり、シャッタ駆動タイミングを最適化することができるという効果を奏する。

　また、実施の形態１に係るレーザレーダ装置１００は、上記の効果を奏するため、ＡＳＥの入射に起因する光増幅部６の信号増幅率の低下を抑制しつつ、光増幅部６へ入力されるパルス信号のパワーの低下を抑制し、結果として信号出力が向上するという効果を奏する。

　なお、実施の形態１に係るレーザレーダ装置１００は、光分岐部７と受光部８とを光増幅部６よりも後（下流）に配置する構成としたが、レーザレーダ装置はこれに限定されない。例えば、レーザレーダ装置は、光増幅部６よりも手前に光分岐部７と受光部８とを配置する構成であってもよい。

　また、実施の形態１に係るレーザレーダ装置１００は、ステップＳＴ１１において算出されたパルス信号通過時刻にパルスシャッタ部４を駆動する処理としたが、レーザレーダ装置はこれに限定されない。例えば、レーザレーダ装置は、算出されたパルス信号通過時刻に対して任意の追加時刻、すなわち任意の時間オフセットを付与した時刻にシャッタを駆動する処理であってもよい。

　また、実施の形態１では、光増幅装置の適用例としてレーザ光を出射するレーザレーダ装置１００について説明したが、光増幅装置はレーザレーダ装置に用いられるものに限らず、光を増幅するための多様な用途に適用可能である。

実施の形態２．
　次に、図８を参照して、実施の形態２に係るレーザレーダ装置２００について説明する。実施の形態２に係るレーザレーダ装置２００は、実施の形態１に係るレーザレーダ装置１００と比較して、設けられているパルスシャッタ部、シャッタ制御部及び光増幅部の個数が異なるが、他の構成については同様であり、実施の形態１と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

　パルス光発生部が複数のパルス光を生成可能である場合、複数のパルス光に互いに異なるパラメータ、例えば、波長、繰り返し周波数、パルス幅、偏光等を付与することが可能となる。具体的には、パルス光発生部１が、第１の波長の第１パルス信号を含む第１パルス光と、第１の波長とは異なる第２の波長の第２パルス信号を含む第２パルス光と、を出力する場合、差分吸収ライダ等のレーザレーダ装置への応用が可能であり、レーダのターゲットの位置情報に加え、当該ターゲットの吸収波長及び濃度を測定することが可能となる。

　また、レーザレーダ装置２００が複数の光増幅部を備えている場合、これら複数の光増幅部を直列に接続することで、パルス信号のパワーをより増大させることができる。この場合、パルスシャッタ部は、各パルス光増幅部の前段（上流）に設置してもよいし、特定の光増幅部の前段のみに設置してもよい。光分岐部７および受光部８についても同様であり、各光増幅部の直後に個別に設置してもよいし、特定の光増幅部の後段のみに設置してもよい。

　図８は、実施の形態２に係るレーザレーダ装置２００の機能ブロックを示すブロック図である。図８に示すように、実施の形態２に係るレーザレーダ装置２００は、複数のパルスシャッタ部、複数のシャッタ制御部及び複数の光増幅部を備えており、複数のパルスシャッタ部と複数の光増幅部とが直列に接続されている。例えば、レーザレーダ装置２００は、パルスシャッタ部４及びパルスシャッタ部１１と、シャッタ制御部５及びシャッタ制御部１３と、光増幅部６及び光増幅部１２と、を備えており、パルス光発生部１で生成したパルス光は、パルスシャッタ部４、光増幅部６、パルスシャッタ部１１、光増幅部１２、光分岐部７、送信光学系１０の順に送信される。また、パルスシャッタ部１１は、シャッタ制御部１３によって制御される。実施の形態２に係るレーザレーダ装置２００においては、受光部８で得られたパルス信号波形を実施の形態１に記載された手法で信号処理し、ＡＳＥとパルス信号との境界時刻情報に基づいて、パルスシャッタ部４とパルスシャッタ部１１を駆動することで所望の効果を得る。なお、実施の形態２において、パルスシャッタ部４及びパルスシャッタ部１１は、それぞれ第１切替部及び第２切替部を構成し、光増幅部６及び光増幅部１２は、それぞれ第１増幅部及び第２増幅部を構成する。

　以上の通り、実施の形態２に係るレーザレーダ装置２００は、実施の形態１で述べたレーザレーダ装置２００の変形例である。実施の形態２に係るレーザレーダ装置２００は、実施の形態１において明らかとなった効果を奏し、ＡＳＥに由来する光増幅部の利得低下を低減し、信号増幅率を向上させるという効果を奏する。

実施の形態３．
　次に、図９乃至図１１を参照して、実施の形態３に係るレーザレーダ装置について説明する。実施の形態３に係るレーザレーダ装置は、実施の形態１に係るレーザレーダ装置１００と比較して、信号処理部の構成等が異なるが、他の構成については同様であり、実施の形態１と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

実施の形態３．
　実施の形態１に係るレーザレーダ装置は、パルス光の時間波形において各時刻の傾きを算出し、その直前時刻との傾きの比率からＡＳＥとパルス信号の領域時刻を算出したが、パルス信号パワーとＡＳＥパワーが既知であれば、時刻ごとの波形傾きの比率を算出せずともその既知情報からパルスシャッタ駆動時刻を算出してもよい。
　実施の形態３は、実施の形態１で述べた光増幅装置の信号処理部の変形を示す。実施の形態１と共通する部分については省略する。

　図９は、実施の形態３に係る信号処理部１９の機能ブロックを示すブロック図である。実施の形態３に係る信号処理部１９は、実施の形態１に係る信号処理部９に対して、信号傾き算出部９０３及び信号傾き比率算出部９０４の代わりに、ＡＳＥ閾値決定部９０６及び電圧比較部９０７を備えている。

　図１０は、実施の形態３に係るレーザレーダ装置が行う処理を示すフローチャートである。実施の形態３に係るレーザレーダ装置は、図７に示す実施の形態１に係るレーザレーダ装置１００が行う処理のステップＳＴ８乃至ＳＴ１０の代わりに、ステップＳＴ１６乃至ＳＴ１８の処理を行う。

　ステップＳＴ１６は、ＡＳＥ閾値決定部９０６が行う処理工程である。ＡＳＥ閾値決定部９０６は、入力パルス波形および既知のパルス信号パワー、ＡＳＥパワーに基づいてＡＳＥパワーに対応する電圧値を算出し、電圧閾値Ｖ_ｔｈを決定する。
　ステップＳＴ１７は、ＡＳＥ閾値決定部９０６が行う処理工程である。ＡＳＥ閾値決定部９０６は、入力パルス波形の各時間ビンにおける平均電圧値Ｖ_ｉを算出する。
　ステップＳＴ１８は、ＡＳＥ閾値決定部９０６が行う処理工程である。電圧比較部９０７は、各時間ビンにおける平均電圧値Ｖｉと電圧閾値Ｖ_ｔｈとを比較し、比較結果に基づいて、電圧閾値をｊ回目に超えた時間ビンを、ＡＳＥとパルス信号との時間境界位置と決定する。ここで、電圧閾値とｊの値とは使用するパルス波形に応じて予め設定されている。実施の形態３では、簡略のため、ｊ＝１とする。なお、実施の形態３において、電圧比較部９０７は、比較部を構成する。

　図１１は、実施の形態３の変形例に係るレーザレーダ装置３００の機能ブロックを示すブロック図である。上述した実施の形態３においては、パルス信号パワーとＡＳＥパワーとが既知と仮定したが、図１１に示すように、光分岐部７と受光部８との間に光フィルタ部１４を挿入し、パルス信号とＡＳＥとを波長軸上で分離し、各々を受光部８で検出することで各々の光パワーを計測する等の手法を用いてもよい。

　実施の形態３に係るレーザレーダ装置は、ステップＳＴ１１において算出されたパルス信号通過時刻にパルスシャッタ部４を駆動する処理としたが、レーザレーダ装置はこれに限定されない。レーザレーダ装置は、算出されたパルス信号通過時刻に対して任意の追加時刻、すなわち任意の時間オフセットを付与した時刻にパルスシャッタ部を駆動する処理を行うように構成されていてもよい。

　なお、本開示は、各実施の形態の自由な組合せ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、若しくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

　本開示に係る光制御装置は、例えば、入力光に含まれるＡＳＥに由来する増幅部の利得低下を抑制し、信号増幅率を向上させることでより高出力のパルス光を発生させることに利用することができる。

　以下、本開示の諸態様を付記としてまとめて記載する。

　　（付記１）
　入射されたパルス信号を含むパルス光を通過させる通過状態と、前記パルス光の少なくとも一部を遮断する遮断状態と、を切替え可能な切替部と、
　前記パルス光を電気信号に変換する変換部と、
　前記変換部からの電気信号の強さの時間変化に基づいて、前記パルス光に含まれるパルス信号が前記通過状態の前記切替部を通過する通過時刻を推定する時刻推定部と、
　前記時刻推定部からの情報に基づいて前記切替部の前記通過状態と前記遮断状態との切替えを制御する切替制御部と、を備えた
　ことを特徴とする光制御装置。
　　（付記２）
　前記時刻推定部は、前記変換部からの電気信号の強さの時間変化率の変化に基づいて、前記通過時刻を推定する
　ことを特徴とする付記１記載の光制御装置。
　　（付記３）
　前記変換部からの電気信号を複数の期間毎に分割する分割部と、
　前記分割部によって分割された各期間における電気信号の強さの時間変化率を算出する変化率算出部と、
　前記複数の期間のうち第１期間における電気信号の強さの時間変化率である第１変化率と、前記第１期間よりも後の期間である第２期間における電気信号の強さの時間変化率である第２変化率と、の比率、または前記第１変化率と前記第２変化率との差分を算出する算出部と、を備え、
　前記時刻推定部は、前記算出部からの情報に基づいて、前記通過時刻を推定する
　ことを特徴とする付記２記載の光制御装置。
　　（付記４）
　前記時刻推定部は、前記変換部からの電気信号の強さが予め設定された閾値を超えた時刻に基づいて、前記通過時刻を推定する
　ことを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項記載の光制御装置。
　　（付記５）
　前記変換部からの電気信号を複数の期間に分割する分割部と、
　前記複数の期間のそれぞれの期間における電気信号の強さの平均値を算出し、当該平均値と前記閾値とを比較する比較部と、を備え、
　前記時刻推定部は、前記比較部の比較結果に基づいて、前記通過時刻を推定する
　ことを特徴とする付記４記載の光制御装置。
　　（付記６）
　前記時刻推定部は、前記パルス光に含まれる第１パルスに基づいて当該第１パルスの通過時刻を推定し、当該推定の結果に基づいて、前記パルス光に含まれてかつ前記第１パルスよりも後に生成された第２パルスが前記切替部を通過する際の、前記切替部の前記遮断状態と前記通過状態との切替えタイミングを決定する
　ことを特徴とする付記１乃至５のいずれか１項記載の光制御装置。
　　（付記７）
　前記時刻推定部は、前記切替部から前記変換部までの光路長に応じた遅延時間を取得し、当該遅延時間に基づいて、前記第２パルスが前記切替部を通過する際の、前記切替部の前記遮断状態と前記通過状態との切替えタイミングを決定する
　ことを特徴とする付記６記載の光制御装置。
　　（付記８）
　前記パルス信号は、第１パルス信号であり、
　前記パルス光は、第１パルス光であり、
　前記切替部は、第１切替部であり、
　前記第１パルス信号とは異なる第２パルス信号を含む第２パルス光を通過させる通過状態と、前記第２パルス光の少なくとも一部を遮断する遮断状態と、を切替え可能な第２切替部を備え、
　前記変換部は、前記第１パルス光及び前記第２パルス光を電気信号に変換し、
　前記時刻推定部は、前記変換部からの前記第１パルス光による電気信号の強さの時間変化に基づいて、前記第１パルス光に含まれる前記第１パルス信号が前記第１切替部の通過状態において前記第１切替部を通過する通過時刻、及び前記変換部からの前記第２パルス光による電気信号の強さの時間変化に基づいて、前記第２パルス光に含まれる前記第２パルス信号が前記第２切替部の通過状態において前記第２切替部を通過する通過時刻を推定し、
　前記切替制御部は、時刻推定部からの情報に基づいて前記第１切替部及び前記第２切替部の前記通過状態と前記遮断状態との切替えを制御する
　ことを特徴とする付記１乃至７のいずれか１項記載の光制御装置。
　　（付記９）
　付記１乃至８に記載の光制御装置と、
　前記切替部を通過した光を増幅する増幅部を備えた
　ことを特徴とする付記１乃至８のいずれか１項記載の光増幅装置。
　　（付記１０）
　前記第１切替部を通過した光を増幅する第１増幅部と、
　前記第２切替部を通過した光を増幅する第２増幅部と、を備えた
　ことを特徴とする付記８記載の光増幅装置。
　　（付記１１）
　切替部と、変換部と、時刻推定部と、切替制御部と、を備えた装置が行う光制御方法であって、
　前記切替部が、入射されたパルス信号を含むパルス光を通過させる通過状態と、前記パルス光の少なくとも一部を遮断する遮断状態と、を切替えるステップと、
　前記変換部が、前記パルス光を電気信号に変換するステップと、
　前記時刻推定部が、前記変換部からの電気信号の強さの時間変化に基づいて、前記パルス光に含まれる前記パルス信号が前記通過状態の前記切替部を通過する通過時刻を推定するステップと、
　前記切替制御部が、前記時刻推定部からの情報に基づいて前記切替部の前記通過状態と前記遮断状態との切替えを制御するステップと、を備えた
　ことを特徴とする光制御方法。

　１　パルス光発生部（パルス光生成部）、２　トリガ生成回路、３　パルス信号生成部、４　パルスシャッタ部（切替部）、５　シャッタ制御部（切替制御部）、６　光増幅部（増幅部）、７　光分岐部、８　受光部、９　信号処理部、１０　送信光学系、１１　パルスシャッタ部（切替部）、１２　光増幅部（増幅部）、１３　シャッタ制御部（切替制御部）、１４　光フィルタ部、１９　信号処理部、９８　信号処理部、１００，２００，３００　レーザレーダ装置（光増幅装置、光制御装置）、９０１　ＡＤ変換部、９０２　時間ビン分割部（分割部）、９０３　信号傾き算出部（変化率算出部）、９０４　信号傾き比率算出部（算出部）、９０５　シャッタタイミング決定部（時刻推定部、比較部）、９０６　ＡＳＥ閾値決定部、９０７　電圧比較部（比較部）。

Claims (11)

1. 　入射されたパルス信号を含むパルス光を通過させる通過状態と、前記パルス光の少なくとも一部を遮断する遮断状態と、を切替え可能な切替部と、
   　前記パルス光を電気信号に変換する変換部と、
   　前記変換部からの電気信号の強さの時間変化に基づいて、前記パルス光に含まれる前記パルス信号が前記通過状態の前記切替部を通過する通過時刻を推定する時刻推定部と、
   　前記時刻推定部からの情報に基づいて前記切替部の前記通過状態と前記遮断状態との切替えを制御する切替制御部と、を備えた
   　ことを特徴とする光制御装置。
2. 　前記時刻推定部は、前記変換部からの電気信号の強さの時間変化率の変化に基づいて、前記通過時刻を推定する
   　ことを特徴とする請求項１記載の光制御装置。
3. 　前記変換部からの電気信号を複数の期間毎に分割する分割部と、
   　前記分割部によって分割された各期間における電気信号の強さの時間変化率を算出する変化率算出部と、
   　前記複数の期間のうち第１期間における電気信号の強さの時間変化率である第１変化率と、前記第１期間よりも後の期間である第２期間における電気信号の強さの時間変化率である第２変化率と、の比率、または前記第１変化率と前記第２変化率との差分を算出する算出部と、を備え、
   　前記時刻推定部は、前記算出部からの情報に基づいて、前記通過時刻を推定する
   　ことを特徴とする請求項２記載の光制御装置。
4. 　前記時刻推定部は、前記変換部からの電気信号の強さが予め設定された閾値を超えた時刻に基づいて、前記通過時刻を推定する
   　ことを特徴とする請求項１記載の光制御装置。
5. 　前記変換部からの電気信号を複数の期間に分割する分割部と、
   　前記複数の期間のそれぞれの期間における電気信号の強さの平均値を算出し、当該平均値と前記閾値とを比較する比較部と、を備え、
   　前記時刻推定部は、前記比較部の比較結果に基づいて、前記通過時刻を推定する
   　ことを特徴とする請求項４記載の光制御装置。
6. 　前記時刻推定部は、前記パルス光に含まれる第１パルスに基づいて当該第１パルスの通過時刻を推定し、当該推定の結果に基づいて、前記パルス光に含まれてかつ前記第１パルスよりも後に生成された第２パルスが前記切替部を通過する際の、前記切替部の前記遮断状態と前記通過状態との切替えタイミングを決定する
   　ことを特徴とする請求項１記載の光制御装置。
7. 　前記時刻推定部は、前記切替部から前記変換部までの光路長に応じた遅延時間を取得し、当該遅延時間に基づいて、前記第２パルスが前記切替部を通過する際の、前記切替部の前記遮断状態と前記通過状態との切替えタイミングを決定する
   　ことを特徴とする請求項６記載の光制御装置。
8. 　前記パルス信号は、第１パルス信号であり、
   　前記パルス光は、第１パルス光であり、
   　前記切替部は、第１切替部であり、
   　前記第１パルス信号とは異なる第２パルス信号を含む第２パルス光を通過させる通過状態と、前記第２パルス光の少なくとも一部を遮断する遮断状態と、を切替え可能な第２切替部を備え、
   　前記変換部は、前記第１パルス光及び前記第２パルス光を電気信号に変換し、
   　前記時刻推定部は、前記変換部からの前記第１パルス光による電気信号の強さの時間変化に基づいて、前記第１パルス光に含まれる前記第１パルス信号が前記第１切替部の通過状態において前記第１切替部を通過する通過時刻、及び前記変換部からの前記第２パルス光による電気信号の強さの時間変化に基づいて、前記第２パルス光に含まれる前記第２パルス信号が前記第２切替部の通過状態において前記第２切替部を通過する通過時刻を推定し、
   　前記切替制御部は、時刻推定部からの情報に基づいて前記第１切替部及び前記第２切替部の前記通過状態と前記遮断状態との切替えを制御する
   　ことを特徴とする請求項１記載の光制御装置。
9. 　請求項１乃至８に記載の光制御装置と、
   　前記切替部を通過した光を増幅する増幅部を備えた
   　ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項記載の光増幅装置。
10. 　前記第１切替部を通過した光を増幅する第１増幅部と、
    　前記第２切替部を通過した光を増幅する第２増幅部と、を備えた
    　ことを特徴とする請求項８記載の光増幅装置。
11. 　切替部と、変換部と、時刻推定部と、切替制御部と、を備えた装置が行う光制御方法であって、
    　前記切替部が、入射されたパルス信号を含むパルス光を通過させる通過状態と、前記パルス光の少なくとも一部を遮断する遮断状態と、を切替えるステップと、
    　前記変換部が、前記パルス光を電気信号に変換するステップと、
    　前記時刻推定部が、前記変換部からの電気信号の強さの時間変化に基づいて、前記パルス光に含まれる前記パルス信号が前記通過状態の前記切替部を通過する通過時刻を推定するステップと、
    　前記切替制御部が、前記時刻推定部からの情報に基づいて前記切替部の前記通過状態と前記遮断状態との切替えを制御するステップと、を備えた
    　ことを特徴とする光制御方法。

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