JPH09211128A - 速度測定装置 - Google Patents

速度測定装置

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JPH09211128A
JPH09211128A JP8017676A JP1767696A JPH09211128A JP H09211128 A JPH09211128 A JP H09211128A JP 8017676 A JP8017676 A JP 8017676A JP 1767696 A JP1767696 A JP 1767696A JP H09211128 A JPH09211128 A JP H09211128A
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公雄 浅香
Yoshihito Hirano
嘉仁 平野
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賢二 辰巳
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 線幅の広い光源を用いて安価で、任意の距離
にある目標の速度を高速度分解能でかつ高S/N比で測
定できる速度測定装置を得る。 【解決手段】 レーザ光源1と、そのレーザ光源1から
のレーザ光2を送信光2bとローカル光2aとに分岐す
る光分岐手段11と、送信光2bを目標3に照射し、そ
の目標3からの反射、散乱光を信号光2cとして受光す
る送受光学手段10、12と、ローカル光2aを遅延さ
せる光遅延手段13と、その遅延されたローカル光2a
と信号光2cとを合波する光合波手段14と、合波され
たローカル光2a及び信号光2cをコヒーレント検波す
る光受信手段6とを備え、光受信手段6の出力によって
目標3の速度を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は速度測定装置で、
特に光源にコヒーレントCWレーザを用いた速度測定装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】図12はアレクサンダー・ビンツにより
特公平2−272382号公報に示された光源にレーザ
を用いた速度測定装置である。1は単一波長で発振する
レーザ、2はレーザ1より出されるレーザ光、3は目
標、4は部分反射鏡、5は光合波器、6はヘテロダイン
検波を行う受信器、7は光分岐器、8は全反射鏡、9は
周波数シフタ、10は送受光学系である。
【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2を目標3に向けて放射
する。レーザ光2は部分反射鏡4によりその一部分2a
が分岐され、ローカル光として光合波器5を経て、受信
器6へ達する。レーザ光2の残りの部分2bは周波数シ
フタ9によりその周波数が中間周波数fIFだけシフトさ
れ、光分岐器7を介して、送受光学系10により目標3
に照射される。目標3から反射散乱されたレーザ光2c
は送受光学系10で受光され、光分岐器7、全反射鏡
8、光合波器5を経て、信号光として受信器6に達す
る。受信器6はコヒーレント検波を行い、信号光2cと
ローカル光2aのビート信号を出力する。このビート信
号の周波数と中間周波数fIFとの差が目標3の速度に比
例する。これにより、目標3の速度を測定することがで
きる。
【0004】上記のようなレーザ光源を用いた速度測定
装置では、ローカル光2aがレーザ1から受信器6に至
るまでにかかる時間(τL )と信号光2cがレーザ1か
ら目標3を経て受信器6に至るのにかかる時間(τs
の間には、ほぼラウンドトリップタイム(τrt)に対応
した時間差(τd =τs −τL )が生じる。そのため、
レーザ光のスペクトル線幅(△f)が装置が必要とする
速度分解能に対応したドプラ周波数よりも広い光源を用
いたとき、遠距離の目標に対しては信号光とローカル光
の間に時間的コヒーレンスが保てず、装置に必要とされ
る速度分解能や十分なS/N比を確保することができな
かった。
【0005】大越、菊池等により、半導体レーザ(以
下、LDと呼ぶ)を光源に用いるものが示されているが
(コヒーレント光通信工学、p92-p94 、オーム社、198
9)、上記ビート信号のスペクトルは図13のようにな
る。上記ビート信号は、近距離の目標に対しては上記時
間差が小さいため、図13(A)に示すように時間的コ
ヒーレンスが保たれ、ビート信号のスペクトル線幅は線
スペクトルとなり、装置に必要とされる速度分解能や十
分なS/N比を確保することができる。一方、距離の遠
い目標に対しては時間的コヒーレンスが保たれず、時間
的にインコヒーレントな成分がレーザ光源の線幅に応じ
たブロードなスペクトルを成す(図13(B))。さら
に遠方の目標に対しては、そのビート信号のスペクトル
線幅は図13(C)に示すように上記レーザ光の線幅の
約2倍のブロードなスペクトルとなる。
【0006】例えば、波長 1.5〔μm〕、線幅5〔MH
z〕の光源を用いたとき、距離1〜2〔m〕の目標に対
してはビート信号のスペクトルは図13(A)のように
線スペクトルとなり、1〔cm/s〕(ドプラ周波数13〔k
Hz〕)というような高速度分解能でかつ高S/N比の測
定を行うことが可能である。しかし目標の距離が25
〔m〕程度になると、そのビート信号のスペクトル線幅
は図13(B)に示すように線スペクトルは指数関数的
に小さくなっていき、S/N比はそれに比例して劣化す
る。さらに目標の距離が50〔m〕を超えると、そのビー
ト信号のスペクトル線幅は図13(C)に示すように線
幅10〔MHz〕のブロードなスペクトルとなり、1〔cm/
s〕(ドプラ周波数13〔kHz〕)というような高速度分
解能測定は不可能である。
【0007】このように装置に必要とされる速度分解能
を満たせなかったり、またS/N比が劣化する欠点があ
るため、従来のレーザ光源を用いた速度測定装置では例
えばDFB(distribution feed back)−LDといった
安価ではあるが線幅が数〔MHz〕と広い光源は近距離の
測定にしか用いることができなかった。距離の遠い目標
に対しては狭線幅でかつ単一波長で発振する固体レーザ
(線幅:数〔kHz〕)のような高価な光源を用いる必要
があった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上記のようにレーザ光
源を用いた速度測定装置では、レーザ光のスペクトル線
幅が比較的広い光源を用いたとき、距離の遠い目標に対
しては信号光とローカル光の間に時間的コヒーレンスが
保たれず、そのビート信号のスペクトル線幅は上記レー
ザ光の線幅の約2倍となる。そのため装置に必要とされ
る速度分解能を満たせない問題や、S/N比が劣化する
欠点があった。
【0009】本発明は上記欠点を解消し、線幅の広い光
源を用いて、安価で、距離の遠い目標の速度を高速度分
解能でかつ高S/N比で測定し得る速度測定装置を得る
ことを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明に係る速度測定
装置は、レーザ光源と、そのレーザ光源からのレーザ光
を送信光とローカル光とに分岐する光分岐手段と、送信
光を目標に照射し、その目標からの反射、散乱光を信号
光として受光する送受光学手段と、ローカル光を遅延さ
せる光遅延手段と、その遅延されたローカル光と信号光
とを合波する光合波手段と、合波されたローカル光及び
信号光をコヒーレント検波する光受信手段とを備え、光
受信手段の出力によって目標の速度を測定するものであ
る。
【0011】さらにこの発明に係る速度測定装置では、
送受光学手段は、光路切替光学系と送受光学系とでな
り、送信光を光路切替光学系を通じて送受光学系より目
標に照射し、目標からの反射、散乱光を送受光学系で受
光し光路切替光学系を通じて、信号光として送信光の光
路と異なる光路に切り替えて、光合波手段に導くもので
ある。
【0012】さらにこの発明に係る速度測定装置では、
送受光学手段は、送信光を目標に照射する送信光学系
と、目標からの反射、散乱光を受光し、信号光として光
合波手段に導く受信光学系とを備えるものである。
【0013】さらにこの発明に係る速度測定装置では、
光遅延手段は、長尺の光ファイバでなり、その光ファイ
バ中にローカル光を通過させて遅延させるものである。
【0014】さらにこの発明に係る速度測定装置では、
光遅延手段は、2枚以上の反射鏡でなり、その反射鏡間
でローカル光を反射させて遅延させるものである。
【0015】さらにこの発明に係る速度測定装置では、
光遅延手段は、ローカル光をそれぞれ異なる遅延時間で
遅延させる複数の光遅延素子と、複数の光遅延素子の
内、ローカル光が通過するただ一つの光遅延素子を選択
する光遅延素子切替手段とを備え、光遅延素子切替手段
の制御によってローカル光を種々の遅延時間だけ遅延さ
せるものである。
【0016】さらにこの発明に係る速度測定装置では、
複数の光遅延素子はそれぞれ長さの異なる複数の光ファ
イバでなり、光遅延素子切替手段は機械的光スイッチ、
または電気光学的効果、音響光学的効果及びファラデー
効果の何れか若しくはその複数の効果を組み合わせた非
機械的光スイッチよりなるものである。
【0017】さらにこの発明に係る速度測定装置では、
複数の光遅延素子は可動式の複数の反射鏡でなり、光遅
延素子切替手段は可動式の複数の反射鏡の角度、または
位置を制御する反射鏡制御手段よりなるものである。
【0018】さらにこの発明に係る速度測定装置では、
送受光学系の集光点を調整するオートフォーカス機構
と、そのオートフォーカス機構より得られるフォーカス
データに応じて光遅延素子切替手段を制御する切替制御
手段とを備えるものである。
【0019】さらにこの発明に係る速度測定装置では、
オートフォーカス機構を制御して送信光を目標上に略集
光すると共に、その略集光したときのオートフォーカス
機構からのデータを用いて、光遅延素子切替手段を制御
して光遅延手段の遅延時間を選択し、光受信手段の出力
によって目標の速度を測定するものである。
【0020】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.図11との対応部分に同一符号を付けた
図1及び図2は、この発明による速度測定装置の実施の
形態1を示し、図中11はレーザ光2を分岐する第1の
光カプラ、12は光サーキュレータ、13はローカル光
2aを所定時間遅延させる光遅延線路、14はローカル
光2aと信号光2cを合波する第2の光カプラである。
装置内の各素子は光ファイバにより結合されている。ま
た図2において100は送信光学系、101は受信光学
系である。なお図1は光送信手段と光受信手段とを同軸
に一つの光学系に構成した送受光学系10を用いた実施
の形態であり、図2は光送信手段と光受信手段とをそれ
ぞれ光送信光学系100及び光受信光学系101で2軸
に構成した実施の形態であり、その分光サーキュレータ
12が省略されている。
【0021】次に図1に基づいて動作を説明する。単一
波長で発振するレーザ光源1からのレーザ光2は、光フ
ァイバ内を伝搬し第1の光カプラ11により任意の分岐
率でローカル光2aと送信光2bに分岐される。送信光
2bは光サーキュレータ12を介して送受光学系10か
ら目標3に対して照射される。目標3に照射された送信
光2bは目標3において反射、散乱され、その一部が送
受光学系10により受光される。これにより受光された
反射、散乱光は信号光2cとして、再び光ファイバ内を
伝搬し、光サーキュレータ12を介して第2の光カプラ
14に導かれる。一方、ローカル光2aは光遅延線路1
3を通過し、第2の光カプラ14に入力すされる。ロー
カル光2aと信号光2cは第2の光カプラ14において
合波され、受信器6においてコヒーレント検波される。
この結果受信器6からは目標3の速度に比例したドプラ
周波数を持つビート信号が出力される。
【0022】ここで、光遅延線路13による遅延時間
(△τ)を、ローカル光2aがレーザ光源1から受信器
6に至るまでにかかる時間(τL )が、信号光2cがレ
ーザ光源1から目標3を経て受信器6に至るのにかかる
時間(τs )に等しく、又はその近傍になるように設定
すると、ローカル光2aと信号光2cの間に時間的コヒ
ーレンスを採ることができる。従ってDFB−LDのよ
うな線幅が広い光源を用いても、ローカル光2aと信号
光2cの間のビート信号のスペクトルは、図13(A)
について上述したように線スペクトルとなる。これによ
り、目標3の速度を高い速度分解能及び高S/N比で測
定することができる。逆に光遅延線路13によるローカ
ル光2bの遅延時間△τを決めると、次の式(1)に示
すように距離R近傍からの目標からの信号光に対して、
高い速度分解能及び高S/N比で測定することができ
る。
【0023】 R=(τL0+△τ−τs0)・c/2 ……(1) (但し、τL0=τL −△τ、τs0=τs −τrt、τrt
ラウンドトリップタイム、c:光速度)
【0024】例えば、光源の波長 1.5〔μm〕、線幅5
〔MHz〕、τL0=τs0となる速度測定装置において、距
離50〔m〕の目標に対して、光遅延線路13が無ければ
そのビート信号のスペクトル線幅は図13(C)に示す
ような線幅10〔MHz〕のブロードなスペクトルとなる。
しかしローカル光2aの光路中にτrtに相当する約30
〔μs〕の光遅延線路13を設けると、そのビート信号
のスペクトルは図13(A)のように線スペクトルとな
り、高速度分解能でかつ高S/N比の測定を行うことが
できる。
【0025】図2は光の送受信を別々の光学系で構成し
た2軸の光学系を用いた例である。送信光2bは送信光
学系100から目標3に対して照射される。目標3に照
射された送信光は目標3において反射、散乱され、その
一部を受信光学系101により受光する。これにより受
光された反射、散乱光は信号光2cとして、再び光ファ
イバ内を伝搬して直接第2の光カプラ14に導かれる。
その他動作及びその結果得られる効果は図1に上述した
速度測定装置と同様である。
【0026】実施の形態2.図1との対応部分に同一符
号を付けた図3は、この発明による速度測定装置の実施
の形態2を示し、図中15は時間遅延用の光ファイバで
ある。動作原理は上述した実施の形態1に等しい。光遅
延線路が第1の光カプラ11と第2の光カプラ14の間
に入れられた光ファイバ15により構成される。光ファ
イバ15による遅延時間△τは次の式(2)により表さ
れる。
【0027】△τ=n・lf /c ……(2) (但し、n :光ファイバ15の屈折率、lf :光ファ
イバ15の長さ)
【0028】光ファイバ15の長さを選択することによ
り、任意の距離近傍にある目標からの信号光に対して、
ローカル光2aとの時間的コヒーレンスを取ることがで
きるので、DFB−LDのような線幅が広い光源を用い
ても、目標の速度を高い速度分解能及び高S/N比で測
定することができる。光ファイバ15は取り扱いが容易
であり、60〔mmφ〕程度のボビンに巻くことができるの
で小型に光の光遅延線路を構成できる。
【0029】実施の形態3.図1との対応部分に同一符
号を付けた図4は、この発明による速度測定装置の実施
の形態3を示し、図中16a、16b、16c、16d
は光遅延線路を構成する全反射鏡である。図4に基づき
動作を説明する。単一波長で発振するレーザ光源1から
のレーザ光2を目標3に向けて放射する。レーザ光2は
部分反射鏡4によりその一部分が分岐され、ローカル光
2aとして全反射鏡8を経て、全反射鏡16aに入射す
る。ローカル光2aは全反射鏡16a、16b、16
c、16dにより構成される光遅延線路を通過して△τ
の時間遅延を受ける。全反射鏡16dから出射したロー
カル光2aは光合波器5を経て、受信器6へ達する。レ
ーザ光2の残りの部分は送信光2bとして光分岐器7を
介して、送受光学系10により目標3に照射される。目
標3から反射、散乱された送信光は送受光学系10で受
光され、光分岐器7、全反射鏡8、光合波器5を経て、
信号光2cとして受信器6に達する。受信器6はコヒー
レント検波を行う。
【0030】目標3の速度の測定原理は上述した実施の
形態1、2に等しい。この実施の形態3の場合には、光
遅延線路を構成する全反射鏡16a、16b、16c、
16d間の距離を調整することにより、遅延時間を任意
に選ぶことができる。従って、この構成によりDFB−
LDのように線幅が広い光源を用いても、目標の速度を
高い速度分解能及び高S/N比で測定することができ
る。なお複数の全反射鏡による光遅延線路は、図4との
対応部分に同一符号を付けた図5に示すように構成して
も良い。この場合、全反射鏡16aより入射したローカ
ル光2aが全反射鏡16b、16c間で複数回反射し、
全反射鏡16dより出射する。全反射鏡16b、16c
間で複数回反射することにより、全体として光遅延線路
を小型化できる。
【0031】実施の形態4.図1との対応部分に同一符
号を付けた図6は、この発明による速度測定装置の実施
の形態4を示し、図中17a、17bは光遅延線路切替
機構であり、181、182 、……、18n はそれぞれ
長さの異なる光遅延線路となる光ファイバである。光遅
延線路用光ファイバ181 、182 、……、18n は、
それぞれ一端が光遅延線路切替機構17aに、他端が光
遅延線路切替機構17bに接続されている。
【0032】次に図6に基づいて説明する。単一波長で
発振するレーザ光源1からのレーザ光2は光ファイバ内
を伝搬し、第1の光カプラ11により任意の分岐率でロ
ーカル光2aと送信光2bに分岐される。送信光2bは
光サーキュレータ12を介して送受光学系10から目標
3に対して照射される。目標3に照射された送信光は目
標3において反射、散乱され、その一部が送受光学系1
0により受光される。これにより受光された反射、散乱
光は信号光2cとして、再び光ファイバ内を伝搬し、光
サーキュレータ12を介して第2の光カプラ14に導か
れる。一方、ローカル光2aは光遅延線路切替機構17
a、17bにより選択された光遅延線路用光ファイバ1
1 、182 、……、18n の任意の光ファイバ18i
を通過し、第2の光カプラ14に導かれる。ローカル光
2aと信号光2cは第2の光カプラ14において合波さ
れ、受信器6においてコヒーレント検波される。受信器
6からは目標3の速度に比例したドプラ周波数を持つビ
ート信号が出力される。
【0033】光遅延線路用光ファイバ181 、182
……、18n はそれぞれ長さが異なり、これにより遅延
時間が異なるように選定されている。それぞれが所望の
測定距離範囲内の距離Ri (i=1、2、……、n)近
傍にある目標3からの信号光に対してローカル光の時間
的コヒーレンスを持ち、目標3の速度を高い速度分解能
及び高S/N比で測定することができる。光遅延線路切
替機構17a、17bにより時間遅延用光ファイバ18
1 、182 、……、18n から目標3の距離に応じた適
切な遅延時間を持つ光ファイバ18i を選択することに
より、全体として所望の測定距離範囲にある目標の速度
を高い速度分解能及び高S/N比で測定することができ
る。
【0034】実施の形態5.図7はこの発明による速度
測定装置の実施の形態5として、速度測定装置の光遅延
線路切替機構の構成を示す。図中19はローカル光2a
の入力用光ファイバであり、20はローカル光2aの出
力用光ファイバであり、21a、21bは入力用光ファ
イバ19と任意の光遅延線路用ファイバ18i を結合す
る第1の光ファイバコネクタ、22a、22bは出力用
光ファイバ20と任意の光遅延線路用ファイバ18i
結合する第2の光ファイバコネクタである。
【0035】速度測定装置全体としての動作の原理は、
上述した実施の形態4の速度測定装置と等しい。すなわ
ち第1の光ファイバコネクタ21a、21b及び第2の
光ファイバコネクタ22a、22bは常に同一の光遅延
線路用ファイバ18i にそれぞれ入力用光ファイバ19
及び出力用光ファイバ20を結合するように連動して動
くようになされている。従って目標の距離又は測定対象
の距離に適した光遅延線路用ファイバ18i を結合する
ように、第1の光ファイバコネクタ21a、21b及び
第2の光ファイバコネクタ22a、22bを操作する。
これにより、簡単な構成で所望の測定距離範囲にある目
標の速度を高い速度分解能及び高S/N比で測定するこ
とができる。
【0036】実施の形態6.図8はこの発明による速度
測定装置の実施の形態6として、速度測定装置の光遅延
線路切替機構の構成を示す。図中23、24は第1及び
第2の光スイッチ、25は第1及び第2の光スイッチを
制御する遅延時間制御回路である。速度測定装置全体と
しての動作の原理は、上述した実施の形態4の速度測定
装置に等しい。すなわち入力用光ファイバ19は第1の
光スイッチ23の入力ポートに、出力用光ファイバ20
は第2の光スイッチ24の出力ポートに結合される。
【0037】時間遅延用光ファイバ181 、182 の両
端はそれぞれ第1の光スイッチ23の出力ポート及び第
2の光スイッチ24の入力ポートに結合される。第1及
び第2の光スイッチ23、24は常にローカル光2aが
入力用光ファイバ19から出力用光ファイバ20へ通過
するように連動して遅延時間制御回路25により制御さ
れる。遅延時間制御回路25は目標の距離又は測定対象
の距離に適した光遅延線路用ファイバをローカル光2a
が通過するように第1及び第2の光スイッチ23、24
を操作する。これにより、簡単な構成で所望の測定距離
範囲にある目標の速度を高い速度分解能及び高S/N比
で測定することができる。
【0038】このような光スイッチ23、24にはLi
NbO3 基板上に構成された電気光学効果を利用した導
波路型光スイッチ、ファラデー回転子と偏光子からなる
ファラデー効果を用いた光スイッチ等が利用できる。ま
た図8においては1×2の光スイッチを用いたが1×n
の光スイッチを用い、n個の時間遅延用光ファイバを用
いても良い。
【0039】実施の形態7.図4との対応部分に同一符
号を付けた図9は、この発明による速度測定装置の実施
の形態7を示す。図中26a、26bは光遅延線路切替
機構、27、28、29、30は光遅延線路を構成する
第1、第2、第3、第4の全反射鏡である。図9に基づ
き動作を説明する。単一波長で発振するレーザ光源1か
らのレーザ光2を目標3に向けて放射する。レーザ光2
は部分反射鏡4によりその一部分が分岐され、ローカル
光2aとして全反射鏡8を経て、第1の全反射鏡27に
入射する。ローカル光2aは全反射鏡27、28、2
9、30により構成される光遅延線路を通過して時間遅
延を受ける。全反射鏡30から出射したローカル光2a
は光合波器5を経て、受信器6へ達する。レーザ光2の
残りの部分は送信光2bとして光分岐器7を介して、送
受光学系10により目標3に照射される。目標3から反
射、散乱されたレーザ光は送受光学系10で受光され、
光分岐器7、全反射鏡8、光合波器5を経て、信号光2
cとして受信器6に達する。受信器6はコヒーレント検
波を行う。
【0040】目標3の速度の測定は、上述した実施の形
態3に等しい。光遅延線路を構成する第2の全反射鏡2
8、第3の全反射鏡29を光遅延線路切替機構26a、
26bにより任意の位置に移動させることにより、遅延
時間を任意に選ぶことができる。第2の全反射鏡28、
第3の全反射鏡29を281 、291 の位置に選定した
とき、所望の測定距離範囲の最短距離に応じた遅延時間
を、28n 、29n の位置にしたとき、所望の測定距離
範囲の最長距離に応じた遅延時間をとるものとする。こ
れにより、所望の測定距離範囲にある目標の速度を高い
速度分解能及び高S/N比で測定することができる。
【0041】実施の形態8.図10はこの発明による速
度測定装置の実施の形態8として、速度測定装置の光遅
延線路切替機構の構成を示す。図中31は光遅延線路内
を通過するローカル光、32は第1の可動式全反射鏡、
33、34は第1、第2の全反射鏡、35は第2の可動
式全反射鏡である。動作の原理は実施の形態4に等し
い。光遅延線路を通過するローカル光31は第1の可動
式全反射鏡32により第1、第2の全反射鏡33、34
に入力され、2つの全反射鏡33、34間で複数回の全
反射を行い、最後には第2の可動式全反射鏡35により
出力される。第1の可動式全反射鏡32と第2の可動式
全反射鏡35の角度と位置を動かすことにより、ローカ
ル光31が第1、第2の全反射鏡33、34間で行う全
反射の回数を調整することができる。ただし、光遅延線
路を通過するローカル光31が常に光合波器5により信
号光2cと合波され受信器6でヘテロダイン検波される
ように、第1の可動式全反射鏡32と第2の可動式全反
射鏡35の角度と位置は動かされる。
【0042】以上により、第1、第2の全反射鏡33、
34及び第1の可動式全反射鏡32、第2の可動式全反
射鏡35で構成される光遅延線路の遅延時間を任意に選
択することができる。かくして、所望の測定距離範囲に
ある目標の速度を高い速度分解能及び高S/N比で測定
することができる。またこの実施の形態8では第1及び
第2の反射鏡33、34を固定していたが、第1及び第
2の反射鏡33、34をも連動させて動かしても良く、
この場合同様の効果が得られかつより遅延時間を大きく
変化させることができる。
【0043】実施の形態9.図6との対応部分に同一符
号を付けた図11は、この発明による速度測定装置の実
施の形態9を示す。図中36は送受光学系の集光点距離
を調整するオートフォーカス機構であり、37は光遅延
線路切替調整装置である。
【0044】次に図に基づいて説明する。単一波長で発
振するレーザ光源1からのレーザ光2は光ファイバ内を
伝搬し、第1の光カプラ11により任意の分岐率でロー
カル光2aと送信光2bに分岐される。送信光2bは光
サーキュレータ12を介して送受光学系10から目標3
に対して照射される。オートフォーカス機構36によ
り、送受光学系10からの送信光が目標3の距離近傍で
集光点を取るように送受光学系10のフォーカスが調整
される。目標3に照射された送信光は目標3において反
射、散乱され、その一部が送受光学系10により受光さ
れる。
【0045】これにより、受光された反射、散乱光は信
号光2cとして、再び光ファイバ内を伝搬し、光サーキ
ュレータ12を介して第2の光カプラ14に導かれる。
一方、ローカル光2aは光遅延線路切替機構17a、1
7bにより選択された光遅延線路用光ファイバ群1
1 、182 、……、18n の任意の光ファイバ18i
を通過し、第2の光カプラ14に入力する。このとき選
択される光ファイバ18iはオートフォーカス機構36
から得られる目標3の距離情報を用いて光遅延線路切替
調整機構37において決定される。ローカル光2aと信
号光2cは第2の光カプラ14において合波され、受信
器6においてコヒーレント検波される。受信器6からは
目標3の速度に比例したドプラ周波数を持つビート信号
が出力される。
【0046】単一波長で発振するレーザを光源に用い、
コヒーレント検波により目標の速度を測定する速度測定
装置においては目標上に送信光を集光させるように送受
光学系のフォーカスを調整させたときに最も高いコヒー
レント検波効率を得られることが分かっている。従っ
て、オートフォーカス機構36により、送受光学系10
からの送信光を目標3の距離近傍で集光させることによ
り、高効率な測定が行われる。またこのときのフォーカ
スの調整量より、目標3の距離情報を得ることができ
る。
【0047】この場合速度測定の手順は以下のように行
う。(1)オートフォーカス機構36により、送受光学
系10からの送信光2bが目標3の距離近傍で集光点を
取るように送受光学系のフォーカスを調整する。(2)
フォーカスの調整量より得られる目標3の距離情報よ
り、最も適した遅延時間を持つ光遅延線路18i を選択
する。(3)受信器6から出力される信号光2cとロー
カル光2aのビート信号より目標3の速度を算出する。
以上の構成と手順により、線幅の広いレーザ光源を用い
て、所望の測定距離範囲にある目標の速度をすばやく、
高い速度分解能及び高S/N比で測定することができ
る。
【0048】実施の形態10.なお上述した実施の形態
2から実施の形態9において、レーザ光の送信手段と受
信手段に同軸の送受光学系を用いた例を示しているが、
図2について上述した実施の形態1と同様に送信光学系
100と受信光学系101よりなる2軸の光学系を用い
ても良い。その際も動作の原理や効果は上述の実施の形
態2から実施の形態9と同様のものを得ることができ
る。
【0049】また実施の形態1、2、4、5、6、9に
おいては、第1の光カプラ11から送受光学系10に送
信光2bを送る手段及び送受光学系10から第2の光カ
プラ14に信号光2cを送る手段として光サーキュレー
タ12を用いているが、光サーキュレータ12に代え、
同様の作用を行う光カプラなどの光分岐器を用いても、
上述の実施の形態1、2、4〜6、9と同様の効果を得
ることができる。
【0050】さらに上述の実施の形態3、7、8におい
ては、反射鏡として全反射鏡を用いているが、全反射鏡
に代え任意の反射率を有する反射鏡を用いても、上述の
実施の形態3、7、8とと同様の効果を得ることができ
る。
【0051】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、レーザ
光源からのレーザ光を送信光とローカル光とに分岐し、
そのうちの送信光を目標に照射し、その目標からの反
射、散乱光を信号光として受光し、他方のローカル光を
遅延させて信号光と合波してコヒーレント検波する。こ
れにより、任意の距離にある目標の速度を、レーザ光の
スペクトル線幅が広いレーザ光源を用いても、高速度分
解能かつ高S/N比で測定し得る速度測定装置を実現で
きる。
【0052】さらに次の発明によれば、送受光学手段を
光路切替光学系と送受光学系とで構成し、送信光を光路
切替光学系を通じて送受光学系より目標に照射し、目標
からの反射、散乱光を送受光学系で受光し光路切替光学
系を通じて、信号光として送信光の光路と異なる光路に
切り替えて光合波手段に導くことにより、送受光学手段
内で送信光と信号光とが同軸上で処理でき、その分光軸
調整等を簡略化し得る構成で、任意の距離にある目標の
速度を、レーザ光のスペクトル線幅が広いレーザ光源を
用いても、高速度分解能かつ高S/N比で測定し得る速
度測定装置を実現できる。
【0053】さらに次の発明によれば、送受光学手段を
送信光を目標に照射する送信光学系と、目標からの反
射、散乱光を受光し、信号光として光合波手段に導く受
信光学系とで構成したことにより、光路切替光学系を不
要となり、その分簡易な構成で、任意の距離にある目標
の速度を、レーザ光のスペクトル線幅が広いレーザ光源
を用いても、高速度分解能かつ高S/N比で測定し得る
速度測定装置を実現できる。
【0054】さらに次の発明によれば、光遅延手段を長
尺の光ファイバで形成し、その光ファイバ中にローカル
光を通過させて遅延させることにより、簡易な構成の光
遅延手段で、任意の距離にある目標の速度を、レーザ光
のスペクトル線幅が広いレーザ光源を用いても、高速度
分解能かつ高S/N比で測定し得る速度測定装置を実現
できる。
【0055】さらに次の発明によれば、光遅延手段を2
枚以上の反射鏡で形成し、その反射鏡間でローカル光を
反射させて遅延させることにより、小型化可能な構成
で、任意の距離にある目標の速度を、レーザ光のスペク
トル線幅が広いレーザ光源を用いても、高速度分解能か
つ高S/N比で測定し得る速度測定装置を実現できる。
【0056】さらに次の発明によれば、光遅延手段をロ
ーカル光をそれぞれ異なる遅延時間で遅延させる複数の
光遅延素子と、複数の光遅延素子の内、ローカル光が通
過するただ一つの光遅延素子を選択する光遅延素子切替
手段とで構成することにより、ローカル光を種々の遅延
時間だけ遅延させて、任意の距離にある目標の速度を、
レーザ光のスペクトル線幅が広いレーザ光源を用いて
も、高速度分解能かつ高S/N比で測定し得る速度測定
装置を実現できる。
【0057】さらに次の発明によれば、複数の光遅延素
子をそれぞれ長さの異なる複数の光ファイバで形成し、
光遅延素子切替手段を機械的光スイッチ、または電気光
学的効果、音響光学的効果及びファラデー効果の何れか
若しくはその複数の効果を組み合わせた非機械的光スイ
ッチで形成したことにより、簡易な構成でローカル光を
種々の遅延時間だけ遅延させて、任意の距離にある目標
の速度を、レーザ光のスペクトル線幅が広いレーザ光源
を用いても、高速度分解能かつ高S/N比で測定し得る
速度測定装置を実現できる。
【0058】さらに次の発明によれば、複数の光遅延素
子を可動式の複数の全反射鏡で形成し、光遅延素子切替
手段を可動式の複数の反射鏡の角度、または位置を制御
する反射鏡制御手段より形成したことにより、全体とし
て小型化し得る構成でローカル光を種々の遅延時間だけ
遅延させて、任意の距離にある目標の速度を、レーザ光
のスペクトル線幅が広いレーザ光源を用いても、高速度
分解能かつ高S/N比で測定し得る速度測定装置を実現
できる。
【0059】さらに次の発明によれば、送受光学系の集
光点を調整するオートフォーカス機構より得られるフォ
ーカスデータに応じて光遅延素子切替手段を制御するこ
とにより、目標に最適化された遅延時間でローカル光を
種々の遅延時間だけ遅延させて、ローカル光を種々の遅
延時間だけ遅延させて、任意の距離にある目標の速度
を、レーザ光のスペクトル線幅が広いレーザ光源を用い
ても、高速度分解能かつ高S/N比で測定し得る速度測
定装置を実現できる。
【0060】さらに次の発明によれば、オートフォーカ
ス機構を制御して送信光を目標上に略集光すると共に、
その略集光したときのオートフォーカス機構からのデー
タを用いて、光遅延素子切替手段を制御して光遅延手段
の遅延時間を選択し、光受信手段の出力によって目標の
速度を測定することにより、ローカル光を種々の遅延時
間だけ遅延させて、任意の距離にある目標の速度を、レ
ーザ光のスペクトル線幅が広いレーザ光源を用いても、
高速度分解能かつ高S/N比で測定し得る速度測定装置
を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明による速度測定装置の実施の形態1
の構成を示すブロック図である。
【図2】 図1の速度測定装置の他の構成を示すブロッ
ク図である。
【図3】 この発明による速度測定装置の実施の形態2
の構成を示すブロック図である。
【図4】 この発明による速度測定装置の実施の形態3
として複数の全反射鏡でなる光遅延線路を有する構成を
示すブロック図である。
【図5】 図4の速度測定装置の他の構成を示すブロッ
ク図である。
【図6】 この発明による速度測定装置の実施の形態4
として光遅延線路切替機構の構成を示すブロック図であ
る。
【図7】 この発明による速度測定装置の実施の形態5
として光遅延線路切替機構の構成を示すブロック図であ
る。
【図8】 この発明による速度測定装置の実施の形態6
として光遅延線路切替機構の構成を示すブロック図であ
る。
【図9】 この発明による速度測定装置の実施の形態7
の構成を示すブロック図である。
【図10】 この発明による速度測定装置の実施の形態
8として光遅延線路切替機構の構成を示すブロック図で
ある。
【図11】 この発明による速度測定装置の実施の形態
9の構成を示すブロック図である。
【図12】 従来の速度測定装置の構成を示すブロック
図である。
【図13】 線幅の広いレーザ光源を用いたときのロー
カル光と信号光のビート信号のスペクトルの説明に供す
るスペクトル分布図である。
【符号の説明】
1 レーザ光源 2 レーザ光 2a、31 ローカル光 2b 送信光 2c 信号光 3 目標 4 部分反射鏡 5 光合波器 6 受信器 7 光分岐器 8 全反射鏡 9 周波数シフタ 10 送受光学系 11、14 光カプラ 12 光サーキュレータ 13 光遅延線路 14 第2の光カプラ 15、181 、182 、……、18n 、19、20 光
ファイバ 16a、16b、16c、16d、33、34 全反射
鏡 17a、17b 光遅延線路切替機構 21a、21b、22a、22b 光ファイバコネクタ 23、24 光スイッチ 25 遅延時間制御回路 26a、26b 光遅延線路切替機構 27、28、29、30 全反射鏡 32、35 可動式全反射鏡 36 オートフォーカス機構 37 光遅延線路切替調整装置 100 送信光学系 101 受信光学系

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザ光源と、当該レーザ光源からのレ
    ーザ光を送信光とローカル光とに分岐する光分岐手段
    と、上記送信光を目標に照射し、当該目標からの反射、
    散乱光を信号光として受光する送受光学手段と、上記ロ
    ーカル光を遅延させる光遅延手段と、当該遅延された上
    記ローカル光と上記信号光とを合波する光合波手段と、
    上記合波された上記ローカル光及び上記信号光をコヒー
    レント検波する光受信手段とを備え、上記光受信手段の
    出力によって上記目標の速度を測定することを特徴とす
    る速度測定装置。
  2. 【請求項2】 上記送受光学手段は、光路切替光学系と
    送受光学系とでなり、上記送信光を上記光路切替光学系
    を通じて上記送受光学系より上記目標に照射し、上記目
    標からの反射、散乱光を上記送受光学系で受光し上記光
    路切替光学系を通じて、上記信号光として上記送信光の
    上記光路と異なる光路に切り替えて、上記光合波手段に
    導くようにしたことを特徴とする請求項1に記載の速度
    測定装置。
  3. 【請求項3】 上記送受光学手段は、上記送信光を上記
    目標に照射する送信光学系と、上記目標からの反射、散
    乱光を受光し、上記信号光として上記光合波手段に導く
    受信光学系とを備えることを特徴とする請求項1に記載
    の速度測定装置。
  4. 【請求項4】 上記光遅延手段は、長尺の光ファイバで
    なり、当該光ファイバ中に上記ローカル光を通過させて
    遅延させることを特徴とする請求項1に記載の速度測定
    装置。
  5. 【請求項5】 上記光遅延手段は、2枚以上の反射鏡で
    なり、当該反射鏡間で上記ローカル光を反射させて遅延
    させることを特徴とする請求項1に記載の速度測定装
    置。
  6. 【請求項6】 上記光遅延手段は、上記ローカル光をそ
    れぞれ異なる遅延時間で遅延させる複数の光遅延素子
    と、上記複数の光遅延素子の内、上記ローカル光が通過
    するただ一つの光遅延素子を選択する光遅延素子切替手
    段とを備え、上記光遅延素子切替手段の制御によって上
    記ローカル光を種々の遅延時間だけ遅延させることを特
    徴とする請求項1に記載の速度測定装置。
  7. 【請求項7】 上記複数の光遅延素子はそれぞれ長さの
    異なる複数の光ファイバでなり、上記光遅延素子切替手
    段は機械的光スイッチ、または電気光学的効果、音響光
    学的効果及びファラデー効果の何れか若しくは当該複数
    の効果を組み合わせた非機械的光スイッチよりなること
    を特徴とする請求項6に記載の速度測定装置。
  8. 【請求項8】 上記複数の光遅延素子は可動式の複数の
    反射鏡でなり、上記光遅延素子切替手段は上記可動式の
    複数の反射鏡の角度、または位置を制御する反射鏡制御
    手段よりなることを特徴とする請求項6に記載の速度測
    定装置。
  9. 【請求項9】 上記送受光学系の集光点を調整するオー
    トフォーカス機構と、当該オートフォーカス機構より得
    られるフォーカスデータに応じて上記光遅延素子切替手
    段を制御する切替制御手段とを備えることを特徴とする
    請求項6に記載の速度測定装置。
  10. 【請求項10】 上記オートフォーカス機構を制御して
    上記送信光を上記目標上に略集光すると共に、当該略集
    光したときの上記オートフォーカス機構からのデータを
    用いて、上記光遅延素子切替手段を制御して光遅延手段
    の上記遅延時間を選択し、上記光受信手段の出力によっ
    て上記目標の速度を測定することを特徴とする請求項9
    に記載の速度測定装置。
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