JPH1073661A - レーザレーダ装置 - Google Patents
レーザレーダ装置Info
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- JPH1073661A JPH1073661A JP23053596A JP23053596A JPH1073661A JP H1073661 A JPH1073661 A JP H1073661A JP 23053596 A JP23053596 A JP 23053596A JP 23053596 A JP23053596 A JP 23053596A JP H1073661 A JPH1073661 A JP H1073661A
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- JP
- Japan
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- light
- transmission
- optical system
- optical fiber
- laser
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 受信光を光ファイバへ高効率で結合させるこ
とができ、さらに、結合効率における大気揺らぎの影響
の小さいレーザレーダ装置を得ることを課題とする。 【解決手段】 送信レーザ光２０とローカル光１４を発
生するレーザ送信部１０１と、このレーザ送信部１０１
により発生された送信レーザ光２０を目標１０に照射
し、目標１０からの散乱光を受光する送受光学系１０２
と、この送受光学系１０２で受光した散乱光１１が結合
される光ファイバ１９ａと、レーザ送信部１０１により
発生されたローカル光１４と光ファイバ１９ａに結合さ
れた散乱光１１とを合波する光結合器１６と、送受光学
系１０２からの像が結像されるＣＣＤ素子と、このＣＣ
Ｄ素子に結像された像に基づいて送受光学系１０２のフ
ォーカスを調整するフォーカス調整機構とを備えた。
とができ、さらに、結合効率における大気揺らぎの影響
の小さいレーザレーダ装置を得ることを課題とする。 【解決手段】 送信レーザ光２０とローカル光１４を発
生するレーザ送信部１０１と、このレーザ送信部１０１
により発生された送信レーザ光２０を目標１０に照射
し、目標１０からの散乱光を受光する送受光学系１０２
と、この送受光学系１０２で受光した散乱光１１が結合
される光ファイバ１９ａと、レーザ送信部１０１により
発生されたローカル光１４と光ファイバ１９ａに結合さ
れた散乱光１１とを合波する光結合器１６と、送受光学
系１０２からの像が結像されるＣＣＤ素子と、このＣＣ
Ｄ素子に結像された像に基づいて送受光学系１０２のフ
ォーカスを調整するフォーカス調整機構とを備えた。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、レーザレーダ装
置で、特に受信光を光ファイバに結合して受信するコヒ
ーレントレーザレーダ装置に関する。
置で、特に受信光を光ファイバに結合して受信するコヒ
ーレントレーザレーダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１８は 、Robert L. Byer 等により米
国特許４９０２１２７号公報に示されたアイセーフ波長
で発振するレーザを光源に用いたコヒーレントレーザレ
ーダ装置である。図１８において、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
部分反射鏡、４はレーザ増幅器、５はレーザ増幅器４で
増幅されたレーザ光、６は偏光子、７は１／４波長板、
８はテレスコープ、９は送信光、１０は目標、１１は目
標１０からの散乱光、１２は受信光、１３は第１の結合
光学系、１４はローカル光、１５は第２の結合光学系、
１６は光結合器、１７は光受信器、１９ａ〜１９ｃはシ
ングルモード光ファイバである。また、１０１はレーザ
レーダ装置のレーザ送信部、１０２は送受光学系を示
す。
国特許４９０２１２７号公報に示されたアイセーフ波長
で発振するレーザを光源に用いたコヒーレントレーザレ
ーダ装置である。図１８において、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
部分反射鏡、４はレーザ増幅器、５はレーザ増幅器４で
増幅されたレーザ光、６は偏光子、７は１／４波長板、
８はテレスコープ、９は送信光、１０は目標、１１は目
標１０からの散乱光、１２は受信光、１３は第１の結合
光学系、１４はローカル光、１５は第２の結合光学系、
１６は光結合器、１７は光受信器、１９ａ〜１９ｃはシ
ングルモード光ファイバである。また、１０１はレーザ
レーダ装置のレーザ送信部、１０２は送受光学系を示
す。
【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からの直線偏光したレーザ光２は部分反
射鏡３を介してレーザ増幅器４に入射し、増幅される。
この増幅されたレーザ光２は増幅レーザ光５として送受
光学系１０２に送られる。送受光学系１０２において増
幅レーザ光５は偏光子６を通過し、１／４波長板７によ
り円偏光に変換され、テレスコープ８から送信光９とし
て目標１０に向けて照射される。送信光９は目標１０に
おいて散乱され、その一部が散乱光１１としてテレスコ
ープ８により受光される。受光された光は１／４波長板
７により直線偏光に変換され、偏光子６で反射され、受
信光１２となる。受信光１２は第１の結合光学系１３に
より光結合器１６に至るシングルモード光ファイバ１９
ａに結合される。一方、直線偏光したレーザ光２は部分
反射鏡３において一部反射され、ローカル光１４とな
る。ローカル光１４は第２の結合光学系１５により光結
合器１６に至る他方のシングルモード光ファイバ１９ｂ
に結合される。受信光１２とローカル光１４は光結合器
１６においてミキシングされ、シングルモード光ファイ
バ１９ｃを介して光受信器１７に送られ、光受信器１７
においてコヒーレント検波される。そして、受信光１２
とローカル光１４のビート信号の周波数から目標の速度
が分かる。また、目標までの距離を測定するには、レー
ザ増幅器４をパルス動作させ、パルス化した増幅レーザ
光５が送信されてから光受信器１７において受信光１２
とローカル光１４のビート信号が検波されるまでの時間
を測定すればよい。
振するレーザ１からの直線偏光したレーザ光２は部分反
射鏡３を介してレーザ増幅器４に入射し、増幅される。
この増幅されたレーザ光２は増幅レーザ光５として送受
光学系１０２に送られる。送受光学系１０２において増
幅レーザ光５は偏光子６を通過し、１／４波長板７によ
り円偏光に変換され、テレスコープ８から送信光９とし
て目標１０に向けて照射される。送信光９は目標１０に
おいて散乱され、その一部が散乱光１１としてテレスコ
ープ８により受光される。受光された光は１／４波長板
７により直線偏光に変換され、偏光子６で反射され、受
信光１２となる。受信光１２は第１の結合光学系１３に
より光結合器１６に至るシングルモード光ファイバ１９
ａに結合される。一方、直線偏光したレーザ光２は部分
反射鏡３において一部反射され、ローカル光１４とな
る。ローカル光１４は第２の結合光学系１５により光結
合器１６に至る他方のシングルモード光ファイバ１９ｂ
に結合される。受信光１２とローカル光１４は光結合器
１６においてミキシングされ、シングルモード光ファイ
バ１９ｃを介して光受信器１７に送られ、光受信器１７
においてコヒーレント検波される。そして、受信光１２
とローカル光１４のビート信号の周波数から目標の速度
が分かる。また、目標までの距離を測定するには、レー
ザ増幅器４をパルス動作させ、パルス化した増幅レーザ
光５が送信されてから光受信器１７において受信光１２
とローカル光１４のビート信号が検波されるまでの時間
を測定すればよい。
【０００４】この構成のコヒーレントレーザレーダ装置
では受信光１２とローカル光１４をそれぞれシングルモ
ード光ファイバ１９ａ、１９ｂに結合している。コヒー
レント検波では、光受信器の検出面上において信号光と
ローカル光の波面を一致させる必要があり、両者のずれ
は検波効率の低下を招く。空間において信号光とローカ
ル光の波面を完全に一致させるのは高い精度を要求され
ることであり、また外的擾乱にも影響を受ける。一方、
シングルモード光ファイバでは導波モードが一つである
ため、信号光とローカル光はシングルモード光ファイバ
の光結合器により同一のシングルモード光ファイバを導
波する。このため、両者の波面を容易に一致させること
ができ、高効率でコヒーレント検波を行うことができ
る。さらに、光ファイバは取り回しが容易であり、装置
構成の自由度を増やすことができる。また、偏波保存光
ファイバを用いれば、温度変化や振動による偏波変動を
抑えることができるので、外的擾乱にも強い構成とな
る。
では受信光１２とローカル光１４をそれぞれシングルモ
ード光ファイバ１９ａ、１９ｂに結合している。コヒー
レント検波では、光受信器の検出面上において信号光と
ローカル光の波面を一致させる必要があり、両者のずれ
は検波効率の低下を招く。空間において信号光とローカ
ル光の波面を完全に一致させるのは高い精度を要求され
ることであり、また外的擾乱にも影響を受ける。一方、
シングルモード光ファイバでは導波モードが一つである
ため、信号光とローカル光はシングルモード光ファイバ
の光結合器により同一のシングルモード光ファイバを導
波する。このため、両者の波面を容易に一致させること
ができ、高効率でコヒーレント検波を行うことができ
る。さらに、光ファイバは取り回しが容易であり、装置
構成の自由度を増やすことができる。また、偏波保存光
ファイバを用いれば、温度変化や振動による偏波変動を
抑えることができるので、外的擾乱にも強い構成とな
る。
【０００５】以上のように、コヒーレント検波において
シングルモード光ファイバを用いる利点は多い。ただ
し、これを用いるためにはシングルモード光ファイバに
受信光およびローカル光を結合する必要がある。シング
ルモード光ファイバのモードフィールド径は約９μｍと
非常に小さく、結合する際にはその導波モードに波面を
合わせる必要があり、特に、受信光にとっては問題とな
る。受信光は離れた位置にある目標で散乱され、大気中
を伝搬し、送受光学系により、シングルモード光ファイ
バに結合される。送受同軸の光学系でかつ送受の視野が
等しいコヒーレントレーザレーダ装置において、目標上
での送信光の照射半径が目標までの距離に対して十分小
さい場合には、目標上での送信光の照射位置とシングル
モード光ファイバの端面の位置関係が送受光学系により
物点と像点の関係にあるときに、受信光をシングルモー
ド光ファイバの導波モードに最もよく合わせることがで
きる。しかし、実際には目標までの距離は不明であるた
め、この関係を得ることができず、結合効率が低下して
いた。
シングルモード光ファイバを用いる利点は多い。ただ
し、これを用いるためにはシングルモード光ファイバに
受信光およびローカル光を結合する必要がある。シング
ルモード光ファイバのモードフィールド径は約９μｍと
非常に小さく、結合する際にはその導波モードに波面を
合わせる必要があり、特に、受信光にとっては問題とな
る。受信光は離れた位置にある目標で散乱され、大気中
を伝搬し、送受光学系により、シングルモード光ファイ
バに結合される。送受同軸の光学系でかつ送受の視野が
等しいコヒーレントレーザレーダ装置において、目標上
での送信光の照射半径が目標までの距離に対して十分小
さい場合には、目標上での送信光の照射位置とシングル
モード光ファイバの端面の位置関係が送受光学系により
物点と像点の関係にあるときに、受信光をシングルモー
ド光ファイバの導波モードに最もよく合わせることがで
きる。しかし、実際には目標までの距離は不明であるた
め、この関係を得ることができず、結合効率が低下して
いた。
【０００６】さらに、目標からの散乱光は大気を伝搬す
るために大気揺らぎを受ける。大気揺らぎによる波面揺
らぎは、送受光学系の開口面上において開口全体におけ
るデフォーカス成分とティルト成分および面上に分布す
る非相関な位相差分布に分けることができる。デフォー
カス成分とティルト成分は受信光の結像点の移動を起こ
し、非相関な位相差分布は光学系の収差と考えることが
でき、結像点のボケを起こす。これがシングルモード光
ファイバの導波モードと受信光とのミスマッチを起こ
し、結合効率を低下させていた。さらに、大気揺らぎは
時間により変化するので、結合効率の時間変動を起こ
す。大気揺らぎによる結合効率の低下は、受信光学系の
開口径，目標の距離，大気揺らぎの程度により異なる
が、例えば、受信光学系の開口径１００ｍｍ，目標の距
離１０００ｍ，大気構造定数Ｃｎ2１×１０ー13，レーザ
の発振波長１．５μｍとした場合、大気揺らぎによる結
合効率の低下は約１３ｄＢと計算される。
るために大気揺らぎを受ける。大気揺らぎによる波面揺
らぎは、送受光学系の開口面上において開口全体におけ
るデフォーカス成分とティルト成分および面上に分布す
る非相関な位相差分布に分けることができる。デフォー
カス成分とティルト成分は受信光の結像点の移動を起こ
し、非相関な位相差分布は光学系の収差と考えることが
でき、結像点のボケを起こす。これがシングルモード光
ファイバの導波モードと受信光とのミスマッチを起こ
し、結合効率を低下させていた。さらに、大気揺らぎは
時間により変化するので、結合効率の時間変動を起こ
す。大気揺らぎによる結合効率の低下は、受信光学系の
開口径，目標の距離，大気揺らぎの程度により異なる
が、例えば、受信光学系の開口径１００ｍｍ，目標の距
離１０００ｍ，大気構造定数Ｃｎ2１×１０ー13，レーザ
の発振波長１．５μｍとした場合、大気揺らぎによる結
合効率の低下は約１３ｄＢと計算される。
【０００７】図１９に大気揺らぎによる結合効率の低下
を示す。図１９において、１８ａ，１８ｂは受信光、１
９ａはシングルモード光ファイバである。大気揺らぎに
よる影響をデフォーカスとティルトによるものとする
と、送受光学系による受信光の結像点は大気揺らぎの時
間変化と共にその位置を移動することになり、シングル
モード光ファイバ１９ａへの結合効率が揺らぐことにな
る。受信光１８ａのようにある時刻に受信光の結像点が
シングルモード光ファイバ１９ａの端面上にあり、高い
結合効率を持っていたとする。しかし、次の瞬間には大
気揺らぎの状態が変化し、受信光の結像点は受信光１８
ｂのように任意に変化し、結合効率は劣化する。なお、
受信光の結像点に対して、デフォーカスはシングルモー
ド光ファイバの光軸方向への移動を引き起こし、ティル
トは光軸の垂直方向への移動を引き起こす。
を示す。図１９において、１８ａ，１８ｂは受信光、１
９ａはシングルモード光ファイバである。大気揺らぎに
よる影響をデフォーカスとティルトによるものとする
と、送受光学系による受信光の結像点は大気揺らぎの時
間変化と共にその位置を移動することになり、シングル
モード光ファイバ１９ａへの結合効率が揺らぐことにな
る。受信光１８ａのようにある時刻に受信光の結像点が
シングルモード光ファイバ１９ａの端面上にあり、高い
結合効率を持っていたとする。しかし、次の瞬間には大
気揺らぎの状態が変化し、受信光の結像点は受信光１８
ｂのように任意に変化し、結合効率は劣化する。なお、
受信光の結像点に対して、デフォーカスはシングルモー
ド光ファイバの光軸方向への移動を引き起こし、ティル
トは光軸の垂直方向への移動を引き起こす。
【０００８】また、レーザ光源に目に見えない波長のレ
ーザ光（例えば、１μｍ帯，２μｍ帯といった赤外レー
ザ光）を用いたレーザレーダ装置においては、送信光の
照射位置を視認することができないので、測定対象の同
定が困難であった。特に、複数の目標が隣接して移動し
ているときには目標識別上問題であった。
ーザ光（例えば、１μｍ帯，２μｍ帯といった赤外レー
ザ光）を用いたレーザレーダ装置においては、送信光の
照射位置を視認することができないので、測定対象の同
定が困難であった。特に、複数の目標が隣接して移動し
ているときには目標識別上問題であった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、受信光
をシングルモード光ファイバに結合して受信する従来の
コヒーレントレーザレーダ装置では、通常、目標までの
距離が不明であることから、送受光学系に対する目標と
シングルモード光ファイバの位置関係を最適とすること
ができないので、受信光のシングルモード光ファイバへ
の結合効率が低くなる欠点があった。また、受信光は大
気中を伝搬することから大気揺らぎによる波面揺らぎの
時間変動があり、これが上記結合効率の低下を引き起こ
すという問題点があった。さらに、赤外レーザ光のよう
に目に見えないレーザ光を用いたレーザレーダ装置では
目標識別に問題があった。
をシングルモード光ファイバに結合して受信する従来の
コヒーレントレーザレーダ装置では、通常、目標までの
距離が不明であることから、送受光学系に対する目標と
シングルモード光ファイバの位置関係を最適とすること
ができないので、受信光のシングルモード光ファイバへ
の結合効率が低くなる欠点があった。また、受信光は大
気中を伝搬することから大気揺らぎによる波面揺らぎの
時間変動があり、これが上記結合効率の低下を引き起こ
すという問題点があった。さらに、赤外レーザ光のよう
に目に見えないレーザ光を用いたレーザレーダ装置では
目標識別に問題があった。
【００１０】この発明は、上記のような問題点を解決す
るためになされたもので、受信光を光ファイバに結合し
て受信するレーザレーダ装置において、受信光を上記光
ファイバへ高効率で結合させることができるレーザレー
ダ装置を得ることを目的とする。また、結合効率におけ
る大気揺らぎの影響が小さく、目標の認識・識別力を向
上させたレーザレーダ装置を得ることを目的とする。
るためになされたもので、受信光を光ファイバに結合し
て受信するレーザレーダ装置において、受信光を上記光
ファイバへ高効率で結合させることができるレーザレー
ダ装置を得ることを目的とする。また、結合効率におけ
る大気揺らぎの影響が小さく、目標の認識・識別力を向
上させたレーザレーダ装置を得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】第１の発明に係るレーザ
レーダ装置は、レーザ送信光とローカル光を発生するレ
ーザ送信器と、このレーザ送信器により発生された上記
レーザ送信光を目標に照射し、上記目標からの散乱光を
受光する送受光学系と、この送受光学系で受光した散乱
光が結合される光ファイバと、上記レーザ送信器により
発生された上記ローカル光と上記光ファイバに結合され
た散乱光とを合波する合波手段とを備えたレーザレーダ
装置において、上記送受光学系からの像が結像される二
次元光検出器アレイと、この二次元光検出器アレイに結
像された像に基づいて上記送受光学系のフォーカスを調
整するオートフォーカス機構とを備えたものである。
レーダ装置は、レーザ送信光とローカル光を発生するレ
ーザ送信器と、このレーザ送信器により発生された上記
レーザ送信光を目標に照射し、上記目標からの散乱光を
受光する送受光学系と、この送受光学系で受光した散乱
光が結合される光ファイバと、上記レーザ送信器により
発生された上記ローカル光と上記光ファイバに結合され
た散乱光とを合波する合波手段とを備えたレーザレーダ
装置において、上記送受光学系からの像が結像される二
次元光検出器アレイと、この二次元光検出器アレイに結
像された像に基づいて上記送受光学系のフォーカスを調
整するオートフォーカス機構とを備えたものである。
【００１２】第２の発明に係るレーザレーダ装置は、上
記二次元光検出器アレイをＣＣＤ（Charge Coupled Dev
ice）としたものである。
記二次元光検出器アレイをＣＣＤ（Charge Coupled Dev
ice）としたものである。
【００１３】第３の発明に係るレーザレーダ装置は、上
記送受光学系が受光した光を分離し、分離した光の一方
を上記光ファイバに結像し、他方を上記ＣＣＤ上に結像
する波長分離フィルタを備えたものである。
記送受光学系が受光した光を分離し、分離した光の一方
を上記光ファイバに結像し、他方を上記ＣＣＤ上に結像
する波長分離フィルタを備えたものである。
【００１４】第４の発明に係るレーザレーダ装置は、上
記二次元光検出器アレイをフォトダイオードマトリクス
としたものである。
記二次元光検出器アレイをフォトダイオードマトリクス
としたものである。
【００１５】第５の発明に係るレーザレーダ装置は、上
記送受光学系が受光した光を分離し、分離した光の一方
を上記光ファイバに結像し、他方を上記フォトダイオー
ドマトリクス上に結像する部分反射鏡を備えたものであ
る。
記送受光学系が受光した光を分離し、分離した光の一方
を上記光ファイバに結像し、他方を上記フォトダイオー
ドマトリクス上に結像する部分反射鏡を備えたものであ
る。
【００１６】第６の発明に係るレーザレーダ装置は、上
記二次元光検出器アレイの面上に上記光ファイバの端面
を配したものである。
記二次元光検出器アレイの面上に上記光ファイバの端面
を配したものである。
【００１７】第７の発明に係るレーザレーダ装置は、上
記二次元光検出器アレイに結像された像から目標を認識
する認識手段を備えたものである。
記二次元光検出器アレイに結像された像から目標を認識
する認識手段を備えたものである。
【００１８】第８の発明に係るレーザレーダ装置は、上
記光ファイバの端面の位置を上記送受光学系の光軸に垂
直な平面内で移動させる２軸の位置微調整機構を備えた
ものである。
記光ファイバの端面の位置を上記送受光学系の光軸に垂
直な平面内で移動させる２軸の位置微調整機構を備えた
ものである。
【００１９】第９の発明に係るレーザレーダ装置は、上
記送受光学系と上記光ファイバの端面の間に置かれ、上
記送受光学系で受光した散乱光の光軸を微調整する手段
を備えたものである。
記送受光学系と上記光ファイバの端面の間に置かれ、上
記送受光学系で受光した散乱光の光軸を微調整する手段
を備えたものである。
【００２０】第１０の発明に係るレーザレーダ装置は、
レーザ送信光とローカル光を発生するレーザ送信器と、
このレーザ送信器により発生された上記レーザ送信光を
目標に照射し、上記目標からの散乱光を受光する送受光
学系と、この送受光学系で受光した散乱光が結合される
光ファイバと、上記レーザ送信器により発生された上記
ローカル光と上記光ファイバに結合された散乱光とを合
波する合波手段とを備えたレーザレーダ装置において、
上記光ファイバの端面の位置を３軸で調整する位置微調
整機構と、上記光ファイバに結合する散乱光が最大にな
るように上記位置微調整機構を制御する制御手段とを備
えたものである。
レーザ送信光とローカル光を発生するレーザ送信器と、
このレーザ送信器により発生された上記レーザ送信光を
目標に照射し、上記目標からの散乱光を受光する送受光
学系と、この送受光学系で受光した散乱光が結合される
光ファイバと、上記レーザ送信器により発生された上記
ローカル光と上記光ファイバに結合された散乱光とを合
波する合波手段とを備えたレーザレーダ装置において、
上記光ファイバの端面の位置を３軸で調整する位置微調
整機構と、上記光ファイバに結合する散乱光が最大にな
るように上記位置微調整機構を制御する制御手段とを備
えたものである。
【００２１】第１１の発明に係るレーザレーダ装置は、
レーザ送信光とローカル光を発生するレーザ送信器と、
このレーザ送信器により発生された上記レーザ送信光を
目標に照射し、上記目標からの散乱光を受光する送受光
学系と、この送受光学系で受光した散乱光が結合される
光ファイバと、上記レーザ送信器により発生された上記
ローカル光と上記光ファイバに結合された散乱光とを合
波する合波手段とを備えたレーザレーダ装置において、
上記目標からの散乱光を受光して透過する場合に、透過
する光の波面に空間分布を持った位相シフトを与える空
間位相シフタ素子マトリクスと、この空間位相シフタ素
子マトリクスが透過した光を受光し、デフォーカス又は
ティルトに応じた信号を出力する波面センサ部と、この
波面センサ部により出力された上記信号から上記空間位
相シフタ素子マトリクスを制御する制御手段を備えたも
のである。
レーザ送信光とローカル光を発生するレーザ送信器と、
このレーザ送信器により発生された上記レーザ送信光を
目標に照射し、上記目標からの散乱光を受光する送受光
学系と、この送受光学系で受光した散乱光が結合される
光ファイバと、上記レーザ送信器により発生された上記
ローカル光と上記光ファイバに結合された散乱光とを合
波する合波手段とを備えたレーザレーダ装置において、
上記目標からの散乱光を受光して透過する場合に、透過
する光の波面に空間分布を持った位相シフトを与える空
間位相シフタ素子マトリクスと、この空間位相シフタ素
子マトリクスが透過した光を受光し、デフォーカス又は
ティルトに応じた信号を出力する波面センサ部と、この
波面センサ部により出力された上記信号から上記空間位
相シフタ素子マトリクスを制御する制御手段を備えたも
のである。
【００２２】第１２の発明に係るレーザレーダ装置は、
上記波面センサ部に、上記受信光からビームを作るシリ
ンドリカルレンズと、このシリンドリカルレンズにより
作られたビームに基づいてデフォーカス又はティルトに
応じた信号を出力するビーム位置検出器とを備えたもの
である。
上記波面センサ部に、上記受信光からビームを作るシリ
ンドリカルレンズと、このシリンドリカルレンズにより
作られたビームに基づいてデフォーカス又はティルトに
応じた信号を出力するビーム位置検出器とを備えたもの
である。
【００２３】第１３の発明に係るレーザレーダ装置は、
上記波面センサ部に、上記受信光の波面を分割する多面
体プリズムと、この多面体プリズムにより分割された複
数の光からそれぞれビームを作る複数のシリンドリカル
レンズと、この複数のシリンドリカルレンズにより作ら
れた複数のビームに基づいて、それぞれデフォーカス又
はティルトに応じた信号を出力する複数のビーム位置検
出器とを備えたものである。
上記波面センサ部に、上記受信光の波面を分割する多面
体プリズムと、この多面体プリズムにより分割された複
数の光からそれぞれビームを作る複数のシリンドリカル
レンズと、この複数のシリンドリカルレンズにより作ら
れた複数のビームに基づいて、それぞれデフォーカス又
はティルトに応じた信号を出力する複数のビーム位置検
出器とを備えたものである。
【００２４】
実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１のコヒー
レントレーザレーダ装置の構成を示す図である。図２は
送受光学系１０２の構成を示す図である。図１におい
て、２０は送信レーザ光、２１は反射鏡である。図２に
おいて、２２は光学系、２３は光結合器、２４は送信レ
ーザ光近傍の波長を持つ光を分離する波長フィルタ、２
５は送受光学系１０２のテレスコープ、２６は二次元光
検出器アレイであるＣＣＤ（Charge Coupled Device）
素子、２７は画像処理装置、２８はフォーカス調整機構
である。なお、画像処理装置２７とフォーカス調整機構
２８はオートフォーカス機構を構成している。
レントレーザレーダ装置の構成を示す図である。図２は
送受光学系１０２の構成を示す図である。図１におい
て、２０は送信レーザ光、２１は反射鏡である。図２に
おいて、２２は光学系、２３は光結合器、２４は送信レ
ーザ光近傍の波長を持つ光を分離する波長フィルタ、２
５は送受光学系１０２のテレスコープ、２６は二次元光
検出器アレイであるＣＣＤ（Charge Coupled Device）
素子、２７は画像処理装置、２８はフォーカス調整機構
である。なお、画像処理装置２７とフォーカス調整機構
２８はオートフォーカス機構を構成している。
【００２５】次に図１及び図２に基づいて説明する。レ
ーザ送信部１０１からの送信レーザ光２０は反射鏡２１
を介して送受光学系１０２に達する。送受光学系１０２
により送信レーザ光２０は送信光９として目標１０に向
け照射される。送信光９は目標１０において散乱・反射
され、一部の散乱光１１が送受光学系１０２で受光さ
れ、受信光１２となる。受信光１２は送受光学系１０２
において光結合器１６に至る一方のシングルモード光フ
ァイバ１９ａに結合される。一方、レーザ送信部１０１
からはローカル光１４も供給される。ローカル光１４は
第２の結合光学系１５により光結合器１６に至る他方の
シングルモード光ファイバ１９ｂに結合される。光結合
器１６において、受信光１２とローカル光１４は合波さ
れ、シングルモード光ファイバ１９ｃを介して光受信器
１７に送られ、光受信器１７においてコヒーレント検波
される。そして、光受信器１７の受信信号から目標の速
度・距離等の情報を得ることができる。
ーザ送信部１０１からの送信レーザ光２０は反射鏡２１
を介して送受光学系１０２に達する。送受光学系１０２
により送信レーザ光２０は送信光９として目標１０に向
け照射される。送信光９は目標１０において散乱・反射
され、一部の散乱光１１が送受光学系１０２で受光さ
れ、受信光１２となる。受信光１２は送受光学系１０２
において光結合器１６に至る一方のシングルモード光フ
ァイバ１９ａに結合される。一方、レーザ送信部１０１
からはローカル光１４も供給される。ローカル光１４は
第２の結合光学系１５により光結合器１６に至る他方の
シングルモード光ファイバ１９ｂに結合される。光結合
器１６において、受信光１２とローカル光１４は合波さ
れ、シングルモード光ファイバ１９ｃを介して光受信器
１７に送られ、光受信器１７においてコヒーレント検波
される。そして、光受信器１７の受信信号から目標の速
度・距離等の情報を得ることができる。
【００２６】受信光１２をシングルモード光ファイバ１
９ａに高効率で結合させるため、図２に示した送受光学
系１０２においては以下のような動作を行う。
９ａに高効率で結合させるため、図２に示した送受光学
系１０２においては以下のような動作を行う。
【００２７】シングルモード光ファイバ１９ａとテレス
コープ２５により送受光学系１０２の光軸を決める。送
受光学系１０２の光軸はシングルモード光ファイバ１９
ａの導波モードに完全に結合する伝搬ビームの光軸とす
る。シングルモード光ファイバ１９ａの受信視野はシン
グルモード光ファイバ１９ａから上記伝搬ビームが出射
されるものと仮定したときのテレスコープ２５による上
記伝搬ビームの照射範囲となる。
コープ２５により送受光学系１０２の光軸を決める。送
受光学系１０２の光軸はシングルモード光ファイバ１９
ａの導波モードに完全に結合する伝搬ビームの光軸とす
る。シングルモード光ファイバ１９ａの受信視野はシン
グルモード光ファイバ１９ａから上記伝搬ビームが出射
されるものと仮定したときのテレスコープ２５による上
記伝搬ビームの照射範囲となる。
【００２８】送信レーザ光２０は光学系２２および光結
合器２３により、送受光学系１０２の光軸にその光軸を
一致する伝搬ビームに変換され、テレスコープ２５から
送信光９として照射される。これにより、送受光学系１
０２は送受同軸の光学系となる。波長フィルタ２４はテ
レスコープ２５で受光した光のうち散乱光１１のみを通
過し、シングルモード光ファイバ１９ａに結合する。そ
の他の光は反射し、ＣＣＤ素子２６上に導く。ＣＣＤ素
子２６はテレスコープ２５の視野範囲内の画像情報を得
ることができる。この画像情報は画像処理装置２７によ
り処理され、フォーカス情報が抽出される。そして、こ
の抽出されたフォーカス情報を元にフォーカス調整機構
２８により送受光学系１０２のフォーカスが調整され
る。
合器２３により、送受光学系１０２の光軸にその光軸を
一致する伝搬ビームに変換され、テレスコープ２５から
送信光９として照射される。これにより、送受光学系１
０２は送受同軸の光学系となる。波長フィルタ２４はテ
レスコープ２５で受光した光のうち散乱光１１のみを通
過し、シングルモード光ファイバ１９ａに結合する。そ
の他の光は反射し、ＣＣＤ素子２６上に導く。ＣＣＤ素
子２６はテレスコープ２５の視野範囲内の画像情報を得
ることができる。この画像情報は画像処理装置２７によ
り処理され、フォーカス情報が抽出される。そして、こ
の抽出されたフォーカス情報を元にフォーカス調整機構
２８により送受光学系１０２のフォーカスが調整され
る。
【００２９】ＣＣＤ素子２６はテレスコープ２５に対
し、色収差を考慮した上でシングルモード光ファイバ１
９ａの端面と同一の集光面上にあるように置かれる。す
なわち、ある点からの受信光がシングルモード光ファイ
バ１９ａの端面上に集光するとすれば、その点の像はＣ
ＣＤ素子２６でフォーカスが合った像となる。
し、色収差を考慮した上でシングルモード光ファイバ１
９ａの端面と同一の集光面上にあるように置かれる。す
なわち、ある点からの受信光がシングルモード光ファイ
バ１９ａの端面上に集光するとすれば、その点の像はＣ
ＣＤ素子２６でフォーカスが合った像となる。
【００３０】目標上での送信光の照射半径が目標までの
距離に対して十分小さい場合には、目標上での送信光の
照射位置とシングルモード光ファイバの端面の位置関係
が送受光学系により物点と像点の関係にあるときに、受
信光をシングルモード光ファイバの導波モードに最もよ
く合わせることができる。図３に示すように、フォーカ
ス調整機構２８と画像処理装置２７により構成されるオ
ートフォーカス機構により、シングルモード光ファイバ
１９ａおよび送受光学系１０２の光軸に対応するＣＣＤ
素子２６のセルまたは当該セルを含むセル領域に常にフ
ォーカスを合わせるようにテレスコープ２５のフォーカ
スを調整する。これにより、任意の距離の目標に対して
上記セル領域に目標の像を結ばせることができる。上記
セル領域がシングルモード光ファイバ１９ａおよび送受
光学系１０２の光軸に対応することから、上記セル領域
上の像は目標上での送信光照射位置である。よって、こ
の実施の形態によれば、送受光学系１０２によりシング
ルモード光ファイバ１９ａの端面に目標上での送信光照
射位置の像を結ばせることができ、受信光１２をシング
ルモード光ファイバ１９ａへ高効率で結合させることが
できる。
距離に対して十分小さい場合には、目標上での送信光の
照射位置とシングルモード光ファイバの端面の位置関係
が送受光学系により物点と像点の関係にあるときに、受
信光をシングルモード光ファイバの導波モードに最もよ
く合わせることができる。図３に示すように、フォーカ
ス調整機構２８と画像処理装置２７により構成されるオ
ートフォーカス機構により、シングルモード光ファイバ
１９ａおよび送受光学系１０２の光軸に対応するＣＣＤ
素子２６のセルまたは当該セルを含むセル領域に常にフ
ォーカスを合わせるようにテレスコープ２５のフォーカ
スを調整する。これにより、任意の距離の目標に対して
上記セル領域に目標の像を結ばせることができる。上記
セル領域がシングルモード光ファイバ１９ａおよび送受
光学系１０２の光軸に対応することから、上記セル領域
上の像は目標上での送信光照射位置である。よって、こ
の実施の形態によれば、送受光学系１０２によりシング
ルモード光ファイバ１９ａの端面に目標上での送信光照
射位置の像を結ばせることができ、受信光１２をシング
ルモード光ファイバ１９ａへ高効率で結合させることが
できる。
【００３１】さらに、この実施の形態によれば、大気揺
らぎの変動速度はせいぜい数百Ｈｚであることから、フ
ォーカス調整機構２８の応答速度を大気揺らぎの変動速
度に対応させることは可能である。これにより、上記結
合効率における大気揺らぎの影響の内、デフォーカスを
補償することができ、大気揺らぎによる上記結合効率の
低下・変動を小さくすることができる。
らぎの変動速度はせいぜい数百Ｈｚであることから、フ
ォーカス調整機構２８の応答速度を大気揺らぎの変動速
度に対応させることは可能である。これにより、上記結
合効率における大気揺らぎの影響の内、デフォーカスを
補償することができ、大気揺らぎによる上記結合効率の
低下・変動を小さくすることができる。
【００３２】オートフォーカスの方式としては、例えば
ゲート回路により上記セル領域のビデオ輝度信号を取り
出し、フォーカスが合ったとき（合焦位置）に上記ビデ
オ輝度信号の高周波成分が最大になる性質を利用し、山
登り制御により上記高周波成分の最大値を求める山登り
方式を用いる。
ゲート回路により上記セル領域のビデオ輝度信号を取り
出し、フォーカスが合ったとき（合焦位置）に上記ビデ
オ輝度信号の高周波成分が最大になる性質を利用し、山
登り制御により上記高周波成分の最大値を求める山登り
方式を用いる。
【００３３】なお、二次元光検出器アレイとしてＣＣＤ
素子を、光分岐器として波長フィルタを用いているが、
二次元光検出器アレイとしてはフォトダイオードマトリ
クス（以下、フォトダイオードをＰＤという）を、光分
岐器としては部分反射鏡を用いてもよく、その効果は変
わらない。レーザ送信光の波長が１μｍ近傍であればＳ
ｉ−ＰＤ，１．５μｍもしくは２μｍ近傍であればＩｎ
ＧａＡｓ−ＰＤをマトリクス上に並べたＰＤマトリクス
等を用いる。
素子を、光分岐器として波長フィルタを用いているが、
二次元光検出器アレイとしてはフォトダイオードマトリ
クス（以下、フォトダイオードをＰＤという）を、光分
岐器としては部分反射鏡を用いてもよく、その効果は変
わらない。レーザ送信光の波長が１μｍ近傍であればＳ
ｉ−ＰＤ，１．５μｍもしくは２μｍ近傍であればＩｎ
ＧａＡｓ−ＰＤをマトリクス上に並べたＰＤマトリクス
等を用いる。
【００３４】以上のように構成することにより、任意の
距離にある目標に対しても、その受信光を高効率でシン
グルモード光ファイバに結合でき、さらに、大気揺らぎ
による上記結合効率の低下・変動を小さくすることがで
きるコヒーレントレーザレーダ装置を得ることができ
る。
距離にある目標に対しても、その受信光を高効率でシン
グルモード光ファイバに結合でき、さらに、大気揺らぎ
による上記結合効率の低下・変動を小さくすることがで
きるコヒーレントレーザレーダ装置を得ることができ
る。
【００３５】実施の形態２．図４は、この発明の実施の
形態２のコヒーレントレーザレーダ装置における送受光
学系１０２の構成を示す図である。図４において、２９
は面上に光ファイバの端面を配したＣＣＤ素子であり、
ＣＣＤ素子２９には素子面上にシングルモード光ファイ
バ１９ａを裏面から挿入できるような穴が設けられてい
る。シングルモード光ファイバ１９ａはＣＣＤ素子２９
の裏面から上記穴に挿入され、その端面がテレスコープ
２５に対してＣＣＤ素子２９と同一の集光面上にあるよ
うに配置される。
形態２のコヒーレントレーザレーダ装置における送受光
学系１０２の構成を示す図である。図４において、２９
は面上に光ファイバの端面を配したＣＣＤ素子であり、
ＣＣＤ素子２９には素子面上にシングルモード光ファイ
バ１９ａを裏面から挿入できるような穴が設けられてい
る。シングルモード光ファイバ１９ａはＣＣＤ素子２９
の裏面から上記穴に挿入され、その端面がテレスコープ
２５に対してＣＣＤ素子２９と同一の集光面上にあるよ
うに配置される。
【００３６】この実施の形態のコヒーレントレーザレー
ダ装置の基本的な動作は実施の形態１と同様である。フ
ォーカス調整機構２８によりフォーカスを常に合わせる
セル領域はシングルモード光ファイバ１９ａの端面周辺
のセル領域となる。この実施の形態は、実施の形態１と
比べ、波長フィルタ２４のような受信光の分岐器が必要
でなく、ＣＣＤ素子とシングルモード光ファイバの端面
の位置合わせが容易である。
ダ装置の基本的な動作は実施の形態１と同様である。フ
ォーカス調整機構２８によりフォーカスを常に合わせる
セル領域はシングルモード光ファイバ１９ａの端面周辺
のセル領域となる。この実施の形態は、実施の形態１と
比べ、波長フィルタ２４のような受信光の分岐器が必要
でなく、ＣＣＤ素子とシングルモード光ファイバの端面
の位置合わせが容易である。
【００３７】実施の形態３．図５は、この発明の実施の
形態３のコヒーレントレーザレーダ装置における送受光
学系１０２の構成を示す図である。図５において、３０
は画像表示装置である。この画像処理装置２７に、目標
を認識する手段を持たせることにより、目標の識別，種
類等の情報を得ることができる。
形態３のコヒーレントレーザレーダ装置における送受光
学系１０２の構成を示す図である。図５において、３０
は画像表示装置である。この画像処理装置２７に、目標
を認識する手段を持たせることにより、目標の識別，種
類等の情報を得ることができる。
【００３８】二次元光検出器アレイであるＣＣＤ素子２
６上に結像した画像をシングルモード光ファイバ１９ａ
および送受光学系１０２の光軸に対応するセル領域の位
置情報と共に画像表示装置３０に表示する。これによ
り、例えば近接した複数目標の識別といった目標の識別
力の向上を図ることができる。また、ＣＣＤ素子２６上
に結像した画像を画像処理装置２７の目標認識手段で処
理することにより、目標の特徴の抽出を行い、さらには
データベースとの比較を行うことにより、目標の種類の
同定を図ることも可能である。
６上に結像した画像をシングルモード光ファイバ１９ａ
および送受光学系１０２の光軸に対応するセル領域の位
置情報と共に画像表示装置３０に表示する。これによ
り、例えば近接した複数目標の識別といった目標の識別
力の向上を図ることができる。また、ＣＣＤ素子２６上
に結像した画像を画像処理装置２７の目標認識手段で処
理することにより、目標の特徴の抽出を行い、さらには
データベースとの比較を行うことにより、目標の種類の
同定を図ることも可能である。
【００３９】以上のように、この実施の形態によれば、
目標の認識・識別力を向上させる効果がある。
目標の認識・識別力を向上させる効果がある。
【００４０】実施の形態４．図６は、この発明の実施の
形態４のコヒーレントレーザレーダ装置における送受光
学系１０２の構成を示す図である。図６において、３１
はシングルモード光ファイバ１９ａの端面の位置を送受
光学系１０２の光軸に垂直な平面内で移動する２軸の位
置微調整機構、３２は位置微調整機構３１の制御回路、
３３は光受信器１７からの光受信強度信号である。
形態４のコヒーレントレーザレーダ装置における送受光
学系１０２の構成を示す図である。図６において、３１
はシングルモード光ファイバ１９ａの端面の位置を送受
光学系１０２の光軸に垂直な平面内で移動する２軸の位
置微調整機構、３２は位置微調整機構３１の制御回路、
３３は光受信器１７からの光受信強度信号である。
【００４１】２軸の位置微調整機構３１は、例えば、シ
ングルモード光ファイバ１９ａの端面近傍に置かれた圧
電素子で構成される。この実施の形態では、制御回路３
２より２軸の位置微調整機構３１に供給される電圧によ
り、シングルモード光ファイバ１９ａの端面の位置を光
軸に垂直な平面内で移動させる。大気揺らぎのティルト
成分の影響は受信光１２の結像点の上記光軸に垂直な平
面内（ＸＹ平面）での移動である。光受信器１７での光
受信強度が最大になるように、２軸の位置微調整機構３
１により、大気揺らぎのティルト成分による受信光の集
光点の移動に対してシングルモード光ファイバ１９ａの
端面を追従させる。これにより、大気揺らぎのティルト
成分を補償することができる。
ングルモード光ファイバ１９ａの端面近傍に置かれた圧
電素子で構成される。この実施の形態では、制御回路３
２より２軸の位置微調整機構３１に供給される電圧によ
り、シングルモード光ファイバ１９ａの端面の位置を光
軸に垂直な平面内で移動させる。大気揺らぎのティルト
成分の影響は受信光１２の結像点の上記光軸に垂直な平
面内（ＸＹ平面）での移動である。光受信器１７での光
受信強度が最大になるように、２軸の位置微調整機構３
１により、大気揺らぎのティルト成分による受信光の集
光点の移動に対してシングルモード光ファイバ１９ａの
端面を追従させる。これにより、大気揺らぎのティルト
成分を補償することができる。
【００４２】以上のように、この実施の形態によれば、
２軸の位置微調整機構により大気揺らぎによるティルト
成分を補償できるので、大気揺らぎによる結合効率の低
下・変動を小さくする効果がある。
２軸の位置微調整機構により大気揺らぎによるティルト
成分を補償できるので、大気揺らぎによる結合効率の低
下・変動を小さくする効果がある。
【００４３】実施の形態５．図７は、この発明の実施の
形態５のコヒーレントレーザレーダ装置における送受光
学系１０２の構成を示す図である。図７において、３４
はシングルモード光ファイバ１９ａの端面の位置を３軸
で調整する位置微調整機構であり、この位置微調整機構
３４は制御回路３２により制御される。
形態５のコヒーレントレーザレーダ装置における送受光
学系１０２の構成を示す図である。図７において、３４
はシングルモード光ファイバ１９ａの端面の位置を３軸
で調整する位置微調整機構であり、この位置微調整機構
３４は制御回路３２により制御される。
【００４４】この実施の形態においては、シングルモー
ド光ファイバ１９ａの端面を送受光学系１０２の光軸
（Ｚ軸）に沿って移動させることにより、オートフォー
カスの機能を行うことができる。このため、オートフォ
ーカス機構を別に設ける必要はない。さらに、大気揺ら
ぎのデフォーカスおよびティルト成分による受信光の結
合点の３次元的な揺らぎに対しては、シングルモード光
ファイバ１９ａに結合する受信光が最大になるように位
置微調整機構３４を制御することにより、大気揺らぎの
デフォーカスおよびティルト成分を補償することができ
る。
ド光ファイバ１９ａの端面を送受光学系１０２の光軸
（Ｚ軸）に沿って移動させることにより、オートフォー
カスの機能を行うことができる。このため、オートフォ
ーカス機構を別に設ける必要はない。さらに、大気揺ら
ぎのデフォーカスおよびティルト成分による受信光の結
合点の３次元的な揺らぎに対しては、シングルモード光
ファイバ１９ａに結合する受信光が最大になるように位
置微調整機構３４を制御することにより、大気揺らぎの
デフォーカスおよびティルト成分を補償することができ
る。
【００４５】以上のように、この実施の形態によれば、
大気揺らぎによる結合効率の低下・変動を小さくする効
果がある。
大気揺らぎによる結合効率の低下・変動を小さくする効
果がある。
【００４６】実施の形態６．図８は、この発明の実施の
形態６のコヒーレントレーザレーダ装置における送受光
学系１０２の構成を示す図である。図８において、３５
はテレスコープ２５の前に置かれた空間位相シフタ素子
マトリクスであり、この、空間位相シフタ素子マトリク
ス３５は透過光に空間的な位相分布を与えることでき、
透過光の波面を補正することができる。３６はシリンド
リカルレンズ、３７はビーム位置検出器である四分割光
電素子であり、四分割光電素子３７はシリンドリカルレ
ンズ３６と組み合わせて受信光の波面センサ部１０３を
構成する。３８は波面センサ部１０３の信号を基に空間
位相シフタ素子マトリクス３５を制御する制御回路、３
９は受信光１２の一部を取り出す部分反射鏡である。
形態６のコヒーレントレーザレーダ装置における送受光
学系１０２の構成を示す図である。図８において、３５
はテレスコープ２５の前に置かれた空間位相シフタ素子
マトリクスであり、この、空間位相シフタ素子マトリク
ス３５は透過光に空間的な位相分布を与えることでき、
透過光の波面を補正することができる。３６はシリンド
リカルレンズ、３７はビーム位置検出器である四分割光
電素子であり、四分割光電素子３７はシリンドリカルレ
ンズ３６と組み合わせて受信光の波面センサ部１０３を
構成する。３８は波面センサ部１０３の信号を基に空間
位相シフタ素子マトリクス３５を制御する制御回路、３
９は受信光１２の一部を取り出す部分反射鏡である。
【００４７】この実施の形態では、テレスコープ２５か
らシングルモード光ファイバ１９ａへ結合する受信光１
２の一部を部分反射鏡３９により取り出し、取り出した
受信光の光路中に挿入されたシリンドリカルレンズ３６
により、非点収差を持ったビームを作る。そして、この
ビームの最小錯乱円を取る位置に四分割光電素子３７を
配置する。大気揺らぎによりデフォーカスおよびティル
トが発生すると、それに応じた出力信号が四分割光電素
子３７から得られる。図９に四分割光電素子３７上の上
記ビームの測定パターンを示す。図９では、ティルト
（Ｔｉｌｔ）はビームパターンの平行移動で、デフォー
カスはビームパターンの楕円への変形で表される。図９
の（ａ）のようにビームパターンが最小錯乱円で四分割
光電素子３７の中央に位置するときは、四分割光電素子
３７の４つの素子３７ａ〜３７ｄはそれぞれ等しい受光
強度を示し、このとき、受信光１２がシングルモード光
ファイバ１９ａの導波モードに最もよく結合する状態と
なる。
らシングルモード光ファイバ１９ａへ結合する受信光１
２の一部を部分反射鏡３９により取り出し、取り出した
受信光の光路中に挿入されたシリンドリカルレンズ３６
により、非点収差を持ったビームを作る。そして、この
ビームの最小錯乱円を取る位置に四分割光電素子３７を
配置する。大気揺らぎによりデフォーカスおよびティル
トが発生すると、それに応じた出力信号が四分割光電素
子３７から得られる。図９に四分割光電素子３７上の上
記ビームの測定パターンを示す。図９では、ティルト
（Ｔｉｌｔ）はビームパターンの平行移動で、デフォー
カスはビームパターンの楕円への変形で表される。図９
の（ａ）のようにビームパターンが最小錯乱円で四分割
光電素子３７の中央に位置するときは、四分割光電素子
３７の４つの素子３７ａ〜３７ｄはそれぞれ等しい受光
強度を示し、このとき、受信光１２がシングルモード光
ファイバ１９ａの導波モードに最もよく結合する状態と
なる。
【００４８】よって、ティルトの方向およびその程度
は、四分割光電素子３７の４つの素子３７ａ〜３７ｄの
２組の隣接した素子のそれぞれの受光強度の和の差を取
ることにより求めることができる。また、デフォーカス
量は四分割光電素子３７の４つの素子３７ａ〜３７ｄの
２組の対角上の素子のそれぞれの受光強度の和の差を取
ることにより求めることができる。これらの信号を基に
空間位相シフタ素子マトリクス３５により、デフォーカ
スおよびティルトを打ち消すように、透過する受信光の
波面に空間分布を持った位相シフトを与える。これによ
り、図９の（ａ）のようなビームパターンが得られ、大
気揺らぎのデフォーカスおよびティルト成分を補償する
ことができる。図１０に９分割の空間位相シフタ素子マ
トリクス３５により与える位相シフトの例を示す。図１
０中の（ａ）〜（ｅ）の番号は図９中の同番号（ａ）〜
（ｅ）に対応し、無地，縦縞，横縞の順でその素子を通
過する光は位相が遅れるように制御する。
は、四分割光電素子３７の４つの素子３７ａ〜３７ｄの
２組の隣接した素子のそれぞれの受光強度の和の差を取
ることにより求めることができる。また、デフォーカス
量は四分割光電素子３７の４つの素子３７ａ〜３７ｄの
２組の対角上の素子のそれぞれの受光強度の和の差を取
ることにより求めることができる。これらの信号を基に
空間位相シフタ素子マトリクス３５により、デフォーカ
スおよびティルトを打ち消すように、透過する受信光の
波面に空間分布を持った位相シフトを与える。これによ
り、図９の（ａ）のようなビームパターンが得られ、大
気揺らぎのデフォーカスおよびティルト成分を補償する
ことができる。図１０に９分割の空間位相シフタ素子マ
トリクス３５により与える位相シフトの例を示す。図１
０中の（ａ）〜（ｅ）の番号は図９中の同番号（ａ）〜
（ｅ）に対応し、無地，縦縞，横縞の順でその素子を通
過する光は位相が遅れるように制御する。
【００４９】なお、測定の初期において目標の距離が不
明であることから、波面センサ部１０３においてデフォ
ーカス量が大きく検出されるが、これは制御回路３８に
よりテレスコープ２５のフォーカスを調整することによ
り解消する。
明であることから、波面センサ部１０３においてデフォ
ーカス量が大きく検出されるが、これは制御回路３８に
よりテレスコープ２５のフォーカスを調整することによ
り解消する。
【００５０】以上のように、この実施の形態によれば、
任意の距離にある目標に対してもその受信光を高効率で
シングルモード光ファイバに結合でき、大気揺らぎによ
る上記結合効率の低下・変動の小さいコヒーレントレー
ザレーダ装置を得ることができる。
任意の距離にある目標に対してもその受信光を高効率で
シングルモード光ファイバに結合でき、大気揺らぎによ
る上記結合効率の低下・変動の小さいコヒーレントレー
ザレーダ装置を得ることができる。
【００５１】実施の形態７．図１１は、この発明の実施
の形態７のコヒーレントレーザレーダ装置における送受
光学系１０２の構成を示す図である。図１１において、
４０は空間位相シフタ素子マトリクス、１０３は波面セ
ンサ部である。図１２は、図１１の波面センサ部１０３
の構成を示す図である。図１２において、４１は波面セ
ンサ部１０３に入射する受信光、４２は四角錐プリズ
ム、４３ａ〜４３ｄはシリンドリカルレンズ、４４ａ〜
４４ｄは四分割光電素子である。
の形態７のコヒーレントレーザレーダ装置における送受
光学系１０２の構成を示す図である。図１１において、
４０は空間位相シフタ素子マトリクス、１０３は波面セ
ンサ部である。図１２は、図１１の波面センサ部１０３
の構成を示す図である。図１２において、４１は波面セ
ンサ部１０３に入射する受信光、４２は四角錐プリズ
ム、４３ａ〜４３ｄはシリンドリカルレンズ、４４ａ〜
４４ｄは四分割光電素子である。
【００５２】この実施の形態では、入射した受信光４１
を空間的に分割して４つのビームを作るように四角錐プ
リズム４２を配置する。四角錐プリズム４２より出射さ
れる上記４つのビーム一つ一つに対し、実施の形態６と
同様に、シリンドリカルレンズ４３ａ〜４３ｄと四分割
光電素子４４ａ〜４４ｄとを配置する。そして、実施の
形態６と同様にそれぞれのビームに対してデフォーカス
とティルト量の補正を行う。
を空間的に分割して４つのビームを作るように四角錐プ
リズム４２を配置する。四角錐プリズム４２より出射さ
れる上記４つのビーム一つ一つに対し、実施の形態６と
同様に、シリンドリカルレンズ４３ａ〜４３ｄと四分割
光電素子４４ａ〜４４ｄとを配置する。そして、実施の
形態６と同様にそれぞれのビームに対してデフォーカス
とティルト量の補正を行う。
【００５３】大気揺らぎにおける送受信光学系開口面上
の受信光波面の非相関な位相差分布は、波面を小さく分
割して考えると、それぞれの分割波面内におけるデフォ
ーカスとティルトに置き換えることができる。まず、四
角錐プリズム４２のような多面体プリズムにより受信光
の波面を分割し、それぞれの分割波面に対し、デフォー
カスとティルト量を求める。次に空間位相シフタ素子マ
トリクス４０の当該分割波面に対応する位相シフタ素子
により当該分割波面のデフォーカスとティルト量の補正
を行う。全波面においてこれを行うことにより、大気揺
らぎの影響を補償することができる。図１３に６×６の
空間位相シフタ素子マトリクス４０を示す。空間位相シ
フタ素子マトリクス４０は、３×３の４つの部分Ａ〜Ｄ
に分けられ、それぞれが図１２に示される４つの分割波
面に対応する。
の受信光波面の非相関な位相差分布は、波面を小さく分
割して考えると、それぞれの分割波面内におけるデフォ
ーカスとティルトに置き換えることができる。まず、四
角錐プリズム４２のような多面体プリズムにより受信光
の波面を分割し、それぞれの分割波面に対し、デフォー
カスとティルト量を求める。次に空間位相シフタ素子マ
トリクス４０の当該分割波面に対応する位相シフタ素子
により当該分割波面のデフォーカスとティルト量の補正
を行う。全波面においてこれを行うことにより、大気揺
らぎの影響を補償することができる。図１３に６×６の
空間位相シフタ素子マトリクス４０を示す。空間位相シ
フタ素子マトリクス４０は、３×３の４つの部分Ａ〜Ｄ
に分けられ、それぞれが図１２に示される４つの分割波
面に対応する。
【００５４】以上のように、この実施の形態によれば、
任意の距離にある目標に対してもその受信光を高効率で
シングルモード光ファイバに結合でき、大気揺らぎによ
る上記結合効率の低下・変動の小さいコヒーレントレー
ザレーダ装置を得ることができる。
任意の距離にある目標に対してもその受信光を高効率で
シングルモード光ファイバに結合でき、大気揺らぎによ
る上記結合効率の低下・変動の小さいコヒーレントレー
ザレーダ装置を得ることができる。
【００５５】実施の形態８．図１４は、この発明の実施
の形態８のコヒーレントレーザレーダ装置における送受
光学系１０２の構成を示す図である。図１４において、
４５は受信光１２の光軸の角度や位置を送受光学系１０
２の光軸に一致させるように調整する光軸微調整機構、
４６は光軸微調整機構４５を制御する制御回路であり、
制御回路４６は光受信器１７での光受信強度が最大にな
るように、光軸微調整機構４５を制御する。図１５は、
図１４に示した光軸微調整機構４５の一構成例であり、
その動作を示すものである。図１５において、４７ａ，
４７ｂは斜面を正対させた１組のダブルウェッジ、４８
は平行平面板、４９は送受光学系１０２の光軸、５０は
大気揺らぎによるティルトがない受信光１２の光軸、５
１は大気揺らぎによるティルトにより角度ずれを持った
受信光１２の光軸である。
の形態８のコヒーレントレーザレーダ装置における送受
光学系１０２の構成を示す図である。図１４において、
４５は受信光１２の光軸の角度や位置を送受光学系１０
２の光軸に一致させるように調整する光軸微調整機構、
４６は光軸微調整機構４５を制御する制御回路であり、
制御回路４６は光受信器１７での光受信強度が最大にな
るように、光軸微調整機構４５を制御する。図１５は、
図１４に示した光軸微調整機構４５の一構成例であり、
その動作を示すものである。図１５において、４７ａ，
４７ｂは斜面を正対させた１組のダブルウェッジ、４８
は平行平面板、４９は送受光学系１０２の光軸、５０は
大気揺らぎによるティルトがない受信光１２の光軸、５
１は大気揺らぎによるティルトにより角度ずれを持った
受信光１２の光軸である。
【００５６】図１５に示した光軸微調整機構４５は、同
材質、同形状である１組の斜面を正対させたダブルウェ
ッジ４７ａ，４７ｂと平行平面板４８およびこれら光学
部品を回転・傾斜させる機構よりなる。ダブルウェッジ
４７ａ，４７ｂは送受光学系１０２の光軸４９または光
軸４９に平行な回転軸を持ち、それぞれ任意の回転角を
取ることができる。また、平行平面板４８は、送受光学
系１０２の光軸４９または光軸４９に平行な回転軸を持
ち、かつ、光軸４９に対し任意の傾斜角が取れる。ダブ
ルウェッジ４７ａ，４７ｂにより受信光１２の光軸の角
度補正を、平行平面板４８により位置補正を行う。
材質、同形状である１組の斜面を正対させたダブルウェ
ッジ４７ａ，４７ｂと平行平面板４８およびこれら光学
部品を回転・傾斜させる機構よりなる。ダブルウェッジ
４７ａ，４７ｂは送受光学系１０２の光軸４９または光
軸４９に平行な回転軸を持ち、それぞれ任意の回転角を
取ることができる。また、平行平面板４８は、送受光学
系１０２の光軸４９または光軸４９に平行な回転軸を持
ち、かつ、光軸４９に対し任意の傾斜角が取れる。ダブ
ルウェッジ４７ａ，４７ｂにより受信光１２の光軸の角
度補正を、平行平面板４８により位置補正を行う。
【００５７】大気揺らぎによるティルトが存在しない場
合を考える。受信光１２の光軸は送受光学系１０２の光
軸４９に一致している。ダブルウェッジ４７ａ，４７ｂ
は同一の回転角を持つ。このため、ダブルウェッジ４７
ａ，４７ｂへの入射点および出射点において、受信光１
２の光軸５０の角度は変化しない。ただし、その位置は
ダブルウェッジ４７ａ，４７ｂのギャップ間におけるオ
フセットにより位置ずれを起こす。その位置ずれを平行
平面板４８の傾斜角を適当に取ることにより補正する。
受信光１２の光軸５０は再び送受光学系１０２の光軸４
９に一致する。受信光１２はシングルモード光ファイバ
１９ａの端面上で集光点を取り、シングルモード光ファ
イバ１９ａの導波モードに結合する。
合を考える。受信光１２の光軸は送受光学系１０２の光
軸４９に一致している。ダブルウェッジ４７ａ，４７ｂ
は同一の回転角を持つ。このため、ダブルウェッジ４７
ａ，４７ｂへの入射点および出射点において、受信光１
２の光軸５０の角度は変化しない。ただし、その位置は
ダブルウェッジ４７ａ，４７ｂのギャップ間におけるオ
フセットにより位置ずれを起こす。その位置ずれを平行
平面板４８の傾斜角を適当に取ることにより補正する。
受信光１２の光軸５０は再び送受光学系１０２の光軸４
９に一致する。受信光１２はシングルモード光ファイバ
１９ａの端面上で集光点を取り、シングルモード光ファ
イバ１９ａの導波モードに結合する。
【００５８】次に、大気揺らぎによりティルトが発生し
たとする。この場合、受信光１２の光軸は送受光学系１
０２の光軸４９に対して角度ずれを生じる。受信光１２
の光軸５１に示すように、受信光１２の集光点は位置ず
れを起こし、シングルモード光ファイバ１９ａの導波モ
ードと効率よく結合することができない。
たとする。この場合、受信光１２の光軸は送受光学系１
０２の光軸４９に対して角度ずれを生じる。受信光１２
の光軸５１に示すように、受信光１２の集光点は位置ず
れを起こし、シングルモード光ファイバ１９ａの導波モ
ードと効率よく結合することができない。
【００５９】図１６は、図１５に示した光軸微調整機構
４５の大気揺らぎによるティルトの角度ずれを補正する
動作を示すものである。受信光の光軸５１の角度ずれ
は、ダブルウェッジ４７ａ，４７ｂにより補正される。
Ｐ1をダブルウェッジ４７ａ，４７ｂの入射点、Ｐ2をダ
ブルウェッジ４７ａ，４７ｂの出射点、Ｐ3を平行平面
板４８の出射点とする。Ｐ2における受信光の光軸５１
の角度を送受光学系１０２の光軸４９と平行となるよう
に、ダブルウェッジ４７ａ，４７ｂの回転角をとる。そ
の際、図１７（ａ）に示すように、Ｐ1と送受光学系１
０２の光軸４９のなす平面に対してダブルウェッジ４７
ａ，４７ｂの回転角は対称となる。図１７（ａ）におい
て、点線はＰ1と送受光学系１０２の光軸４９のなす平
面とＸＹ平面の交線であり、ベクトルはそれぞれティル
トによる光軸のずれ角およびダブルウェッジ４７ａ，４
７ｂの偏角のＸＹ平面への正射影である。
４５の大気揺らぎによるティルトの角度ずれを補正する
動作を示すものである。受信光の光軸５１の角度ずれ
は、ダブルウェッジ４７ａ，４７ｂにより補正される。
Ｐ1をダブルウェッジ４７ａ，４７ｂの入射点、Ｐ2をダ
ブルウェッジ４７ａ，４７ｂの出射点、Ｐ3を平行平面
板４８の出射点とする。Ｐ2における受信光の光軸５１
の角度を送受光学系１０２の光軸４９と平行となるよう
に、ダブルウェッジ４７ａ，４７ｂの回転角をとる。そ
の際、図１７（ａ）に示すように、Ｐ1と送受光学系１
０２の光軸４９のなす平面に対してダブルウェッジ４７
ａ，４７ｂの回転角は対称となる。図１７（ａ）におい
て、点線はＰ1と送受光学系１０２の光軸４９のなす平
面とＸＹ平面の交線であり、ベクトルはそれぞれティル
トによる光軸のずれ角およびダブルウェッジ４７ａ，４
７ｂの偏角のＸＹ平面への正射影である。
【００６０】次に、平行平面板４８の回転角・傾斜角を
調整し、Ｐ2における受信光の光軸５１の位置ずれを補
正する。これを図１７（ｂ），（ｃ）に示す。ダブルウ
ェッジ４７ａ，４７ｂの幅を０と考えれば、ＸＹ平面上
におけるＰ1とＰ2の位置は変わらないので、平行平面板
４８の法線がＰ1と送受光学系１０２の光軸４９のなす
平面上にあるように平行平面板４８の回転角を取ればよ
いが、実際にはダブルウェッジ４７ａ，４７ｂを伝搬す
ることによりＰ2の位置は変化する。その分、平行平面
板４８の回転角を補正する必要がある。
調整し、Ｐ2における受信光の光軸５１の位置ずれを補
正する。これを図１７（ｂ），（ｃ）に示す。ダブルウ
ェッジ４７ａ，４７ｂの幅を０と考えれば、ＸＹ平面上
におけるＰ1とＰ2の位置は変わらないので、平行平面板
４８の法線がＰ1と送受光学系１０２の光軸４９のなす
平面上にあるように平行平面板４８の回転角を取ればよ
いが、実際にはダブルウェッジ４７ａ，４７ｂを伝搬す
ることによりＰ2の位置は変化する。その分、平行平面
板４８の回転角を補正する必要がある。
【００６１】以上のように、Ｐ3において、受信光の光
軸５１を送受光学系１０２の光軸４９に一致させること
ができる。ただし、受信光１２の集光点はティルトの角
度ずれ量により光路長が異なるため、シングルモード光
ファイバ１９ａの端面上からずれる。光路長を調整する
ことは、ティルトの角度ずれ量に応じて、ダブルウェッ
ジ４７ａ，４７ｂの光路中の厚みを制御することにより
可能である。すなわち、ダブルウェッジ４７ａ，４７ｂ
を送受光学系１０２の光軸４９に対して垂直にそれぞれ
正反対の方向に移動させることである。また、この方法
を用いれば、送受光学系１０２で行っていたデフォーカ
スの補正を光軸微調整機構４５において行うことが可能
である。
軸５１を送受光学系１０２の光軸４９に一致させること
ができる。ただし、受信光１２の集光点はティルトの角
度ずれ量により光路長が異なるため、シングルモード光
ファイバ１９ａの端面上からずれる。光路長を調整する
ことは、ティルトの角度ずれ量に応じて、ダブルウェッ
ジ４７ａ，４７ｂの光路中の厚みを制御することにより
可能である。すなわち、ダブルウェッジ４７ａ，４７ｂ
を送受光学系１０２の光軸４９に対して垂直にそれぞれ
正反対の方向に移動させることである。また、この方法
を用いれば、送受光学系１０２で行っていたデフォーカ
スの補正を光軸微調整機構４５において行うことが可能
である。
【００６２】以上のように、この実施に形態によれば、
任意の距離にある目標に対してもその受信光を高効率で
シングルモード光ファイバに結合でき、大気揺らぎによ
る上記結合効率の低下・変動の小さいコヒーレントレー
ザレーダ装置を得ることができる。
任意の距離にある目標に対してもその受信光を高効率で
シングルモード光ファイバに結合でき、大気揺らぎによ
る上記結合効率の低下・変動の小さいコヒーレントレー
ザレーダ装置を得ることができる。
【００６３】実施の形態９．実施の形態６では、受信光
を４分割したが、もちろんさらに多くの分割数を用いて
もかまわない。また、実施の形態６、７において空間位
相シフタ素子マトリクスの例として３×３，６×６素子
を示したが当然さらに多素子のものを用いても良い。空
間位相シフタ素子マトリクスの材料としては液晶やLiNb
O3等の電気光学結晶が用いられる。さらに、全ての実施
の形態において、送受同軸の送受光学系を用いた例を示
したが、送受２軸の光学系としても良い。
を４分割したが、もちろんさらに多くの分割数を用いて
もかまわない。また、実施の形態６、７において空間位
相シフタ素子マトリクスの例として３×３，６×６素子
を示したが当然さらに多素子のものを用いても良い。空
間位相シフタ素子マトリクスの材料としては液晶やLiNb
O3等の電気光学結晶が用いられる。さらに、全ての実施
の形態において、送受同軸の送受光学系を用いた例を示
したが、送受２軸の光学系としても良い。
【００６４】
【発明の効果】第１の発明によれば、受信光を光ファイ
バに結合して受信するレーザレーダ装置において、送受
光学系からの像が結像される二次元光検出器アレイと、
この二次元光検出器アレイに結像された像に基づいて送
受光学系のフォーカスを調整するオートフォーカス機構
とを備えたので、任意の距離にある目標に対しても、受
信光を上記光ファイバへ高効率で結合させることができ
る。さらに、上記オートフォーカス機構の応答速度が大
気揺らぎの変動速度に対応できるので、結合効率におけ
る大気揺らぎの影響の内、デフォーカスを補償すること
ができる。
バに結合して受信するレーザレーダ装置において、送受
光学系からの像が結像される二次元光検出器アレイと、
この二次元光検出器アレイに結像された像に基づいて送
受光学系のフォーカスを調整するオートフォーカス機構
とを備えたので、任意の距離にある目標に対しても、受
信光を上記光ファイバへ高効率で結合させることができ
る。さらに、上記オートフォーカス機構の応答速度が大
気揺らぎの変動速度に対応できるので、結合効率におけ
る大気揺らぎの影響の内、デフォーカスを補償すること
ができる。
【００６５】第２の発明によれば、上記二次元光検出器
アレイをＣＣＤとし、このＣＣＤ上に結像された像に基
づいて送受光学系のフォーカスを調整するオートフォー
カス機構を備えたので、任意の距離にある目標に対して
も、受信光を上記光ファイバへ高効率で結合させること
ができる。
アレイをＣＣＤとし、このＣＣＤ上に結像された像に基
づいて送受光学系のフォーカスを調整するオートフォー
カス機構を備えたので、任意の距離にある目標に対して
も、受信光を上記光ファイバへ高効率で結合させること
ができる。
【００６６】第３の発明によれば、送受光学系が受光し
た光を分離し、分離した光の一方を上記光ファイバに結
像し、他方を上記ＣＣＤ上に結像する波長分離フィルタ
と、上記ＣＣＤ上に結像された像に基づいて送受光学系
のフォーカスを調整するオートフォーカス機構結像とを
備えたので、任意の距離にある目標に対しても、受信光
を上記光ファイバへ高効率で結合させることができる。
た光を分離し、分離した光の一方を上記光ファイバに結
像し、他方を上記ＣＣＤ上に結像する波長分離フィルタ
と、上記ＣＣＤ上に結像された像に基づいて送受光学系
のフォーカスを調整するオートフォーカス機構結像とを
備えたので、任意の距離にある目標に対しても、受信光
を上記光ファイバへ高効率で結合させることができる。
【００６７】第４の発明によれば、上記二次元光検出器
アレイをフォトダイオードマトリクスとし、このフォト
ダイオードマトリクス上に結像された像に基づいて送受
光学系のフォーカスを調整するオートフォーカス機構を
備えたので、任意の距離にある目標に対しても、受信光
を上記光ファイバへ高効率で結合させることができる。
アレイをフォトダイオードマトリクスとし、このフォト
ダイオードマトリクス上に結像された像に基づいて送受
光学系のフォーカスを調整するオートフォーカス機構を
備えたので、任意の距離にある目標に対しても、受信光
を上記光ファイバへ高効率で結合させることができる。
【００６８】第５の発明によれば、送受光学系が受光し
た光を分離し、分離した光の一方を上記光ファイバに結
像し、他方を上記フォトダイオードマトリクス上に結像
する部分反射鏡と、上記フォトダイオードマトリクス上
に結像された像に基づいて送受光学系のフォーカスを調
整するオートフォーカス機構とを備えたので、任意の距
離にある目標に対しても、受信光を上記光ファイバへ高
効率で結合させることができる。
た光を分離し、分離した光の一方を上記光ファイバに結
像し、他方を上記フォトダイオードマトリクス上に結像
する部分反射鏡と、上記フォトダイオードマトリクス上
に結像された像に基づいて送受光学系のフォーカスを調
整するオートフォーカス機構とを備えたので、任意の距
離にある目標に対しても、受信光を上記光ファイバへ高
効率で結合させることができる。
【００６９】第６の発明によれば、二次元光検出器アレ
イの面上に光ファイバの端面を配したので、この光ファ
イバの端面に目標上での送信光照射位置の像を結ばせる
ことができ、受信光を上記光ファイバへ高効率で結合さ
せることができる。
イの面上に光ファイバの端面を配したので、この光ファ
イバの端面に目標上での送信光照射位置の像を結ばせる
ことができ、受信光を上記光ファイバへ高効率で結合さ
せることができる。
【００７０】第７の発明によれば、二次元光検出器アレ
イに結像された像から目標を認識する認識手段を備えた
ので、目標の認識力を向上させることができる。
イに結像された像から目標を認識する認識手段を備えた
ので、目標の認識力を向上させることができる。
【００７１】第８の発明によれば、光ファイバの端面の
位置を送受光学系の光軸に垂直な平面内で移動させる２
軸の位置微調整機構を備えたので、大気揺らぎのティル
ト成分による受信光の集光点の移動に対して上記光ファ
イバの端面を追従させることにより、大気揺らぎのティ
ルト成分を補償することができる。
位置を送受光学系の光軸に垂直な平面内で移動させる２
軸の位置微調整機構を備えたので、大気揺らぎのティル
ト成分による受信光の集光点の移動に対して上記光ファ
イバの端面を追従させることにより、大気揺らぎのティ
ルト成分を補償することができる。
【００７２】第９の発明によれば、送受光学系と光ファ
イバの端面の間に置かれ、上記送受光学系で受光した散
乱光の光軸を微調整する手段を備えたので、大気揺らぎ
のティルト成分による受信光の光軸の角度ずれを補正
し、大気揺らぎのティルト成分を補償することができ
る。
イバの端面の間に置かれ、上記送受光学系で受光した散
乱光の光軸を微調整する手段を備えたので、大気揺らぎ
のティルト成分による受信光の光軸の角度ずれを補正
し、大気揺らぎのティルト成分を補償することができ
る。
【００７３】第１０の発明によれば、光ファイバに結合
する散乱光が最大になるように上記光ファイバの端面の
位置を３軸で調整する位置微調整機構を制御することに
より、大気揺らぎのデフォーカスおよびティルト成分を
補償することができる。
する散乱光が最大になるように上記光ファイバの端面の
位置を３軸で調整する位置微調整機構を制御することに
より、大気揺らぎのデフォーカスおよびティルト成分を
補償することができる。
【００７４】第１１の発明によれば、目標からの散乱光
を受光して透過する場合に、透過する光の波面に空間分
布を持った位相シフトを与える空間位相シフタ素子マト
リクスと、この空間位相シフタ素子マトリクスが透過し
た光を受光し、デフォーカス又はティルトに応じた信号
を出力する波面センサ部と、この波面センサ部により出
力された上記信号から上記空間位相シフタ素子マトリク
スを制御する制御手段を備えたので、大気揺らぎのデフ
ォーカスおよびティルト成分を補償することができる。
を受光して透過する場合に、透過する光の波面に空間分
布を持った位相シフトを与える空間位相シフタ素子マト
リクスと、この空間位相シフタ素子マトリクスが透過し
た光を受光し、デフォーカス又はティルトに応じた信号
を出力する波面センサ部と、この波面センサ部により出
力された上記信号から上記空間位相シフタ素子マトリク
スを制御する制御手段を備えたので、大気揺らぎのデフ
ォーカスおよびティルト成分を補償することができる。
【００７５】第１２の発明によれば、波面センサ部に、
受信光からビームを作るシリンドリカルレンズと、この
シリンドリカルレンズにより作られたビームに基づいて
デフォーカス又はティルトに応じた信号を出力するビー
ム位置検出器とを備えたので、大気揺らぎのデフォーカ
スおよびティルト成分を補償することができる。
受信光からビームを作るシリンドリカルレンズと、この
シリンドリカルレンズにより作られたビームに基づいて
デフォーカス又はティルトに応じた信号を出力するビー
ム位置検出器とを備えたので、大気揺らぎのデフォーカ
スおよびティルト成分を補償することができる。
【００７６】第１３の発明によれば、波面センサ部に、
受信光の波面を分割する多面体プリズムと、この多面体
プリズムにより分割された複数の光からそれぞれビーム
を作る複数のシリンドリカルレンズと、この複数のシリ
ンドリカルレンズにより作られた複数のビームに基づい
て、それぞれデフォーカス又はティルトに応じた信号を
出力する複数のビーム位置検出器とを備えたので、大気
揺らぎのデフォーカスおよびティルト成分を補償するこ
とができる。
受信光の波面を分割する多面体プリズムと、この多面体
プリズムにより分割された複数の光からそれぞれビーム
を作る複数のシリンドリカルレンズと、この複数のシリ
ンドリカルレンズにより作られた複数のビームに基づい
て、それぞれデフォーカス又はティルトに応じた信号を
出力する複数のビーム位置検出器とを備えたので、大気
揺らぎのデフォーカスおよびティルト成分を補償するこ
とができる。
【図１】 実施の形態１のコヒーレントレーザレーダ装
置の構成を示す図である。
置の構成を示す図である。
【図２】 実施の形態１のコヒーレントレーザレーダ装
置における送受光学系の構成を示す図である。
置における送受光学系の構成を示す図である。
【図３】 実施の形態１におけるＣＣＤ素子の画像例を
示す図である。
示す図である。
【図４】 実施の形態２のコヒーレントレーザレーダ装
置における送受光学系の構成を示す図である。
置における送受光学系の構成を示す図である。
【図５】 実施の形態３のコヒーレントレーザレーダ装
置における送受光学系の構成を示す図である。
置における送受光学系の構成を示す図である。
【図６】 実施の形態４のコヒーレントレーザレーダ装
置における送受光学系の構成を示す図である。
置における送受光学系の構成を示す図である。
【図７】 実施の形態５のコヒーレントレーザレーダ装
置における送受光学系の構成を示す図である。
置における送受光学系の構成を示す図である。
【図８】 実施の形態６のコヒーレントレーザレーダ装
置における送受光学系の構成を示す図である。
置における送受光学系の構成を示す図である。
【図９】 実施の形態６における四分割光電素子上のビ
ームパターンを示す図である。
ームパターンを示す図である。
【図１０】 実施の形態６の空間位相シフタ素子マトリ
クスにより与える位相シフトの例を示す図である。
クスにより与える位相シフトの例を示す図である。
【図１１】 実施の形態７のコヒーレントレーザレーダ
装置における送受光学系の構成を示す図である。
装置における送受光学系の構成を示す図である。
【図１２】 実施の形態７の波面センサ部の構成を示す
図である。
図である。
【図１３】 ６×６の空間位相シフタ素子マトリクスを
示す図である。
示す図である。
【図１４】 実施の形態８のコヒーレントレーザレーダ
装置における送受光学系の構成を示す図である。
装置における送受光学系の構成を示す図である。
【図１５】 実施の形態８の光軸微調整機構の構成を示
す図である。
す図である。
【図１６】 実施の形態８の光軸微調整機構の動作を示
す図である。
す図である。
【図１７】 光軸微調整機構における光軸の角度および
位置補正の原理を示す図である。
位置補正の原理を示す図である。
【図１８】 従来のコヒーレントレーザレーダ装置の構
成を示す図である。
成を示す図である。
【図１９】 従来のコヒーレントレーザレーダ装置の送
受光学系の構成を示す図である。
受光学系の構成を示す図である。
１ レーザ、２ レーザ光、３ 部分反射鏡、４ レー
ザ増幅器、５ 増幅レーザ光、６ 偏光子、７ １／４
波長板、８ テレスコープ、９ 送信光、１０目標、１
１ 散乱光、１２ 受信光、１３ 第１の結合光学系、
１４ ローカル光、１５ 第２の結合光学系、１６ 光
結合器、１７ 光受信器、１８ａ，１８ｂ 受信光、１
９ａ〜１９ｃ シングルモード光ファイバ、２０ 送信
レーザ光、２１ 反射鏡、２２ 光学系、２３ 光結合
器、２４ 波長フィルタ、２５テレスコープ、２６ Ｃ
ＣＤ素子、２７ 画像処理装置、２８ フォーカス調整
機構、２９ ＣＣＤ素子、３０ 画像表示装置、３１
２軸の位置微調整機構、３２ 制御回路、３３ 光受信
強度信号、３４ ３軸の位置微調整機構、３５空間位相
シフタ素子マトリクス、３６ シリンドリカルレンズ、
３７ 四分割光電素子、３８ 制御回路、３９ 部分反
射鏡、４０ 空間位相シフタ素子マトリックス、４１
受信光、４２ 四角錐プリズム、４３ａ〜４３ｄ シリ
ンドリカルレンズ、４４ａ〜４４ｄ 四分割光電素子、
４５ 光軸微調整機構、４６制御回路、４７ａ，４８ｂ
ダブルウェッジ、４８ 平行平面板、４９ 光軸、５
０ 光軸、５１ 光軸、１０１ レーザ送信部、１０２
送受光学系、１０３波面センサ部。
ザ増幅器、５ 増幅レーザ光、６ 偏光子、７ １／４
波長板、８ テレスコープ、９ 送信光、１０目標、１
１ 散乱光、１２ 受信光、１３ 第１の結合光学系、
１４ ローカル光、１５ 第２の結合光学系、１６ 光
結合器、１７ 光受信器、１８ａ，１８ｂ 受信光、１
９ａ〜１９ｃ シングルモード光ファイバ、２０ 送信
レーザ光、２１ 反射鏡、２２ 光学系、２３ 光結合
器、２４ 波長フィルタ、２５テレスコープ、２６ Ｃ
ＣＤ素子、２７ 画像処理装置、２８ フォーカス調整
機構、２９ ＣＣＤ素子、３０ 画像表示装置、３１
２軸の位置微調整機構、３２ 制御回路、３３ 光受信
強度信号、３４ ３軸の位置微調整機構、３５空間位相
シフタ素子マトリクス、３６ シリンドリカルレンズ、
３７ 四分割光電素子、３８ 制御回路、３９ 部分反
射鏡、４０ 空間位相シフタ素子マトリックス、４１
受信光、４２ 四角錐プリズム、４３ａ〜４３ｄ シリ
ンドリカルレンズ、４４ａ〜４４ｄ 四分割光電素子、
４５ 光軸微調整機構、４６制御回路、４７ａ，４８ｂ
ダブルウェッジ、４８ 平行平面板、４９ 光軸、５
０ 光軸、５１ 光軸、１０１ レーザ送信部、１０２
送受光学系、１０３波面センサ部。
Claims (13)
- 【請求項１】 レーザ送信光とローカル光を発生するレ
ーザ送信器と、 このレーザ送信器により発生された上記レーザ送信光を
目標に照射し、上記目標からの散乱光を受光する送受光
学系と、 この送受光学系で受光した散乱光が結合される光ファイ
バと、 上記レーザ送信器により発生された上記ローカル光と上
記光ファイバに結合された散乱光とを合波する合波手段
とを備えたレーザレーダ装置において、 上記送受光学系からの像が結像される二次元光検出器ア
レイと、 この二次元光検出器アレイに結像された像に基づいて上
記送受光学系のフォーカスを調整するオートフォーカス
機構とを備えたことを特徴とするレーザレーダ装置。 - 【請求項２】 上記二次元光検出器アレイはＣＣＤ（Ch
arge Coupled Device）であることを特徴とする請求項
１記載のレーザレーダ装置。 - 【請求項３】 上記送受光学系が受光した光を分離し、
分離した光の一方を上記光ファイバに結像し、他方を上
記ＣＣＤ上に結像する波長分離フィルタを備えたことを
特徴とする請求項２記載のレーザレーダ装置。 - 【請求項４】 上記二次元光検出器アレイはフォトダイ
オードマトリクスであることを特徴とする請求項１記載
のレーザレーダ装置。 - 【請求項５】 上記送受光学系が受光した光を分離し、
分離した光の一方を上記光ファイバに結像し、他方を上
記フォトダイオードマトリクス上に結像する部分反射鏡
を備えたことを特徴とする請求項４記載のレーザレーダ
装置。 - 【請求項６】 上記二次元光検出器アレイの面上に上記
光ファイバの端面を配したことを特徴とする請求項１記
載のレーザレーダ装置。 - 【請求項７】 上記二次元光検出器アレイに結像された
像から目標を認識する認識手段を備えたことを特徴とす
る請求項１記載のレーザレーダ装置。 - 【請求項８】 上記光ファイバの端面の位置を上記送受
光学系の光軸に垂直な平面内で移動させる２軸の位置微
調整機構を備えたことを特徴とする請求項１記載のレー
ザレーダ装置。 - 【請求項９】 上記送受光学系と上記光ファイバの端面
の間に置かれ、上記送受光学系で受光した散乱光の光軸
を微調整する手段を備えたことを特徴とする請求項１記
載のレーザレーダ装置。 - 【請求項１０】 レーザ送信光とローカル光を発生する
レーザ送信器と、 このレーザ送信器により発生された上記レーザ送信光を
目標に照射し、上記目標からの散乱光を受光する送受光
学系と、 この送受光学系で受光した散乱光が結合される光ファイ
バと、 上記レーザ送信器により発生された上記ローカル光と上
記光ファイバに結合された散乱光とを合波する合波手段
とを備えたレーザレーダ装置において、 上記光ファイバの端面の位置を３軸で調整する位置微調
整機構と、 上記光ファイバに結合する散乱光が最大になるように上
記位置微調整機構を制御する制御手段とを備えたことを
特徴とするレーザレーダ装置。 - 【請求項１１】 レーザ送信光とローカル光を発生する
レーザ送信器と、 このレーザ送信器により発生された上記レーザ送信光を
目標に照射し、上記目標からの散乱光を受光する送受光
学系と、 この送受光学系で受光した散乱光が結合される光ファイ
バと、 上記レーザ送信器により発生された上記ローカル光と上
記光ファイバに結合された散乱光とを合波する合波手段
とを備えたレーザレーダ装置において、 上記目標からの散乱光を受光して透過する場合に、透過
する光の波面に空間分布を持った位相シフトを与える空
間位相シフタ素子マトリクスと、 この空間位相シフタ素子マトリクスが透過した光を受光
し、デフォーカス又はティルトに応じた信号を出力する
波面センサ部と、 この波面センサ部により出力された上記信号から上記空
間位相シフタ素子マトリクスを制御する制御手段を備え
たことを特徴とするレーザレーダ装置。 - 【請求項１２】 上記波面センサ部は、上記受信光から
ビームを作るシリンドリカルレンズと、 このシリンドリカルレンズにより作られたビームに基づ
いてデフォーカス又はティルトに応じた信号を出力する
ビーム位置検出器とを備えたことを特徴とする請求項１
１記載のレーザレーダ装置。 - 【請求項１３】 上記波面センサ部は、上記受信光の波
面を分割する多面体プリズムと、 この多面体プリズムにより分割された複数の光からそれ
ぞれビームを作る複数のシリンドリカルレンズと、 この複数のシリンドリカルレンズにより作られた複数の
ビームに基づいて、それぞれデフォーカス又はティルト
に応じた信号を出力する複数のビーム位置検出器とを備
えたことを特徴とする請求項１１記載のレーザレーダ装
置
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23053596A JP3286893B2 (ja) | 1996-08-30 | 1996-08-30 | レーザレーダ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23053596A JP3286893B2 (ja) | 1996-08-30 | 1996-08-30 | レーザレーダ装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1073661A true JPH1073661A (ja) | 1998-03-17 |
| JP3286893B2 JP3286893B2 (ja) | 2002-05-27 |
Family
ID=16909281
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23053596A Expired - Fee Related JP3286893B2 (ja) | 1996-08-30 | 1996-08-30 | レーザレーダ装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3286893B2 (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002093193A1 (fr) * | 2001-05-11 | 2002-11-21 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Dispositif radar a laser coherent |
| JP2014219330A (ja) * | 2013-05-09 | 2014-11-20 | 国立大学法人東京大学 | 計測システム |
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| CN110187358A (zh) * | 2019-06-14 | 2019-08-30 | 中国科学技术大学 | 收发同轴式激光雷达的偏振隔离去噪系统 |
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| EP2188805B1 (en) * | 2007-08-14 | 2021-11-17 | Raytheon Company | Sensor for eye-safe and body-fixed semi-active laser guidance |
| JP2022512717A (ja) * | 2018-10-22 | 2022-02-07 | ディーアールエス ネットワーク アンド イメージング システムズ、リミテッド ライアビリティー カンパニー | リモートセンシング用の集積光学量子弱測定増幅センサ |
| CN114152930A (zh) * | 2021-11-11 | 2022-03-08 | 武汉大学 | 光散射接收元件及其在激光雷达系统中的应用 |
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| US12018944B2 (en) | 2020-10-27 | 2024-06-25 | Drs Network & Imaging Systems, Llc | Optical gyroscope with weak measurement amplification readout |
-
1996
- 1996-08-30 JP JP23053596A patent/JP3286893B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPWO2002093193A1 (ja) * | 2001-05-11 | 2004-09-02 | 三菱電機株式会社 | コヒーレントレーザレーダ装置 |
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| JP2024007551A (ja) * | 2018-10-22 | 2024-01-18 | ディーアールエス ネットワーク アンド イメージング システムズ、リミテッド ライアビリティー カンパニー | リモートセンシング用の集積光学量子弱測定増幅センサ |
| CN110187358A (zh) * | 2019-06-14 | 2019-08-30 | 中国科学技术大学 | 收发同轴式激光雷达的偏振隔离去噪系统 |
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| US12018944B2 (en) | 2020-10-27 | 2024-06-25 | Drs Network & Imaging Systems, Llc | Optical gyroscope with weak measurement amplification readout |
| CN114152930A (zh) * | 2021-11-11 | 2022-03-08 | 武汉大学 | 光散射接收元件及其在激光雷达系统中的应用 |
| CN116299559A (zh) * | 2023-02-06 | 2023-06-23 | 北京理工大学 | 用于扫描探测的激光雷达回波探测系统 |
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|---|---|
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