JP2001324563A - レーザレーダ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構成の簡単な光源を利用して従来例と同じ距
離分解能を得、信頼性の高いレーザレーダ装置を得る。
また、線幅および周波数変調の精度に対する条件を緩和
し、より簡便な光源が利用できるレーザレーダ装置を得
る。 【解決手段】 レーザパルスを発生するパルスレーザ３
４と、ローカル光を発生するＣＷレーザ４０と、レーザ
パルスを目標に向けて送信し目標からの散乱光の一部を
受信する光送受信系３７と、ローカル光と送受信光学系
で受信された受信光を混合する光混合手段３８と、上混
合光を光ヘテロダイン検波する光検波器３９と、検波信
号から目標の情報を抽出する信号処理装置４２とを有す
るコヒーレントレーザレーダ装置において、パルスレー
ザ３４は、レーザパルスを周波数変調する第１の周波数
変調手段３５を有し、ＣＷレーザ４０は、レーザパルス
と同様の周波数変調を１周期とする繰返し周波数変調を
ローカル光に与える第２の周波数変調手段４１を有す
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、目標の距離、速
度等の物理情報を測定するためのレーザレーダ装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】任意の車両や建築物等の目標（ハードタ
ーゲット）の距離、速度等の物理情報を測定することを
目的とする装置として光波（レーザ）を用いたレーザレ
ーダ装置がある。目標の距離情報を得るレーザレーダ装
置には、パルスレーザ光を送信し目標からの反射散乱光
を受信するまでの時間により目標の距離を得るパルス方
式と、変調したＣＷ（Continuous Wave）レーザ光を送
信する変調ＣＷ方式がある。パルス方式には直接検波方
式とコヒーレント検波方式があり、コヒーレント検波方
式では受信光のドップラーシフトから目標の速度情報を
得ることができる。変調ＣＷ方式としてはＣＷレーザ光
を周波数変調するＦＭＣＷ（Frequency Modulated Cont
inuous Wave）方式がある。

【０００３】パルス方式として、コヒーレント検波方式
の従来例を示す。図５は、Sammy W. Henderson等により
米国特許５、２３７、３３１号に示されたもので、光源
にインジェクションシーディングパルスレーザ装置を用
いたコヒーレントレーザレーダ装置の構成図である。図
５において、１は単一周波数で発振するＣＷレーザ光
源、２は第１の光分岐器、３は周波数シフタ、４はイン
ジェクションシーディングパルスレーザ、５はビームス
プリッタ、６は１／４波長板、７は送受光学系、８は走
査光学系、９は第１の光混合器、１０は第１の光検波
器、１１は第２の光分岐器、１２は第３の光分岐器、１
３は第２の光混合器、１４は第２の光検出器、１５はＡ
Ｄ変換器、１６は信号処理装置、１７はインジェクショ
ンシーディングパルスレーザ４の共振器長の調整機構、
１８は調整機構１７の制御回路、１９はレーザ光源１か
らのレーザ光、２０はシード光、２１はパルスレーザ
光、２２は送受信光の光軸、２３は送信光、２４は受信
光、２５はローカル光、２６は第１の光混合器９による
受信光２４とローカル光２５の混合光である。

【０００４】次に、動作について説明する。単一波長ｆ
₀で発振するレーザ１からのレーザ光１９は、第１の光
分岐器２により２分岐され、一方はローカル光２５に用
いられ、他方は周波数シフタ３により周波数ｆ_IFだけ周
波数増加したレーザ光となり、シード光２０としてイン
ジェクションシーディングパルスレーザ４に供給され
る。インジェクションシーディングパルスレーザ４は、
シード光２０に一番近い周波数を持つ軸モードで単一周
波数（単一波長）のパルス発振を行う。インジェクショ
ンシーディングパルスレーザ４からのパルスレーザ光２
１は、直線偏光しており、ビームスプリッタ５により反
射される。１／４波長板６により円偏光に変換された
後、送受光学系７および走査光学系８を経て、送信光２
３として目標に向けて照射される。

【０００５】目標からの散乱光は、送信光とは逆の経路
を経て受信される。受信光２４は１／４波長板６によ
り、パルスレーザ光２１の偏光面とは９０度ずれた直線
偏光になり、ビームスプリッタ５を透過し第１の光混合
器９に導かれる。第１の光混合器９において、受信光２
４とローカル光２５は混合される。混合光２６は第１の
光検出器１０においてコヒーレント検波される。第１の
光検出器１０からの信号はＡＤ変換器１５によりサンプ
リングされ、信号処理装置１６により強度信号の時間波
形から目標の距離が抽出されると共に、ドップラー信号
から目標の速度が抽出される。

【０００６】前述のように、インジェクションシーディ
ングパルスレーザ４は、シード光２０に一番近い周波数
を持つ軸モードで単一周波数のパルス発振を行うので、
正確なドップラー信号を得るためには、パルスレーザ光
２１とローカル光２５の周波数差をモニタする必要があ
る。このため、第２、第３の光分岐器１１、１２により
それぞれパルスレーザ光２１とローカル光２５の一部を
取り出し、第２の光混合器１３で両者を混合した後、第
２の光検出器１４でコヒーレント検波を行う。受信光と
同様にＡＤ変換器１５によりサンプリングし、信号処理
装置１６によりパルスレーザ光２１とローカル光２５の
周波数差等を求める。ローカル光２５の周波数をｆ₀と
すると、シード光、パルスレーザ光、受信光、周波数モ
ニタ信号、受信信号のそれぞれの周波数ｆ_s、ｆ_T、
ｆ_R、ｆ_M、ｆ_sigは次式で表される。

【０００７】

【数１】

【０００８】ここで、ｆ_IFは中間周波数、δｆはパルス
レーザ光とシード光の周波数差、ｆ _dは目標のドップラ
ー周波数であり、受信信号ｆ_sigと周波数モニタ信号ｆ_M
の差を取ることにより得ることができる。

【０００９】パルス方式における距離分解能は、送信レ
ーザパルスのパルス幅により決まり、受信信号のＳＮ比
の強弱や目標のスペックル効果による信号強度の変動を
考慮すると、距離精度も距離分解能程度であると考えら
れる。パルス方式の距離分解能ΔＲは次式で表される。

【００１０】

【数２】

【００１１】ここで、τはレーザパルスのパルス幅、ｃ
は光速度である。

【００１２】数（２）より明かなように、距離分解能Δ
Ｒを小さくし精度の高い測定をするには、送信するレー
ザパルスの幅τを小さくすればよい。距離分解能の値と
して１ｍを得るにはパルス幅τを６.６ｎｓとすること
が必要である。高出力のパルスレーザ発振器には、通
常、共振器のＱを制御してレーザパルスを得るＱスイッ
チパルスレーザ発振器が用いられる。Ｑスイッチパルス
レーザ発振器により、狭パルス幅のレーザパルスを得る
には高利得が必要である。利得が高くとれる四準位系レ
ーザであるＮｄ系（発振波長１μｍ）のレーザにおいて
は数ｎｓのパルス幅も達成されているが、アイセーフ波
長（＞１.４μｍ）で発振するＥｒ系、Ｈｏ系およびｔ
ｍ系のレーザは利得の低い３準位系のレーザであり、数
ｎｓのパルス幅の達成は困難であり、利得を大きくする
ために励起パワーを大きくしたり、励起効率をあげるた
めの工夫をしたりするなどより複雑な構成を必要とす
る。さらに、パルス幅を小さくすると、受信信号の周波
数帯域が広くなるため、同じＳＮ比を確保するためにピ
ークパワーを高くする必要がある。

【００１３】したがって、パルス方式で高い距離分解能
を得るには高利得のＱスイッチパルスレーザ発振器が必
要であるためレーザが複雑な構成となる。また、ピーク
パワーが高くなるため、装置に用いる光学部品に焼けが
生じる可能性が高くなり、信頼性の低下や耐レーザパワ
ー性の高い高価な部品を用いる必要性が生じる問題があ
る。

【００１４】また、コヒーレント検波方式においては、
パルス幅を小さくして距離分解能を小さくすると速度分
解能が大きくなる問題がある。これは、距離分解能ΔＲ
と速度分解能Δｖの間には次式の関係があるためであ
る。

【００１５】

【数３】

【００１６】ここで、λ：レーザパルスの波長である。

【００１７】次に、変調ＣＷ方式であるＦＭＣＷ方式の
従来例を示す。図６は、Christer J. Karlson等によりA
pplied Optics 誌（Vol. 38, No. １５, pp33766-3386,
１999）に開示されたＦＭＣＷ方式のレーザレーダ装置
を示す構成図である。図６において、２７は半導体レー
ザ（以下、ＬＤと称す）、２８は電源、２９はＦＭ変調
回路、３０は光カプラ、３１は送受信光学系、３２は光
検出器、３３は信号処理装置である。

【００１８】図６に示す構成の動作について説明する。
単一モードで発振するＬＤ２７からのＣＷレーザ光は、
光カプラ３０を経て、送受光学系３１より目標に向けて
照射される。目標からの散乱光の一部は、送受光学系３
１により受光され、光カプラ３０を経て、光検出器３２
に至る。また、送受光学系３１において、送信光の一部
は、例えば光ファイバの出射端におけるフレネル反射に
より反射される。反射された反射光は、ローカル光とし
て受信光と同様に光カプラ３０を経て光検出器３２に至
る。光検出器３２により、受信光とローカル光はヘテロ
ダイン検波される。光検出器３２からの受信信号は、信
号処理装置３３により周波数解析され、目標の距離およ
び速度情報が抽出される。

【００１９】ここで、ＬＤ２７からのＣＷレーザ光は、
ＦＭ変調回路２９により周波数変調される。図７に、周
波数変調の一例を示す。ＣＷレーザ光は、周期ｔｍの２
等辺三角形状の三角波に周波数変調される。このときの
送信光、ローカル光および受信光の周波数変化は図７に
示す通りである。

【００２０】図８に、受信信号から目標の距離、速度を
求める方法を説明するために、受信光、ローカル光およ
び受信信号の１周期分の周波数の時間変化を示す。受信
光の周波数変調は、ローカル光に比べ、目標までのラウ
ンドトリップ時間ｔ_r分遅れる。このため、ローカル光
と受信光の周波数変調関数が同一の傾きである時間にお
いて、受信光とローカル光とのビート信号である受信信
号は一定の周波数ｆ_rを持つ。（固定（静止）目標の
時）一定の周波数ｆ_rが得られる時間は、周波数変調の
１周期時間をｔ_mとすると、変調関数が正の傾きにおい
てｔ_r〜ｔ _m／２、負の傾きにおいてｔ_m／２+ｔ_r〜ｔ_mで
ある。目標が移動目標（装置に対して相対的な速度を持
つ）である場合、ドップラー周波数ｆ_dが受信光の周波
数に加わるため、得られるビート周波数は、変調関数が
正の傾きにおいてｆ_r-ｆ_d、負の傾きにおいてｆ_r+ｆ_dと
なる。正負両者の傾きの時のビート周波数より、ｆ_rお
よびｆ_dを求めることができる。これにより、目標の距
離と速度情報を得ることができる。

【００２１】最大測定距離Ｒ_maxは、理論的にはローカ
ル光と受信光の変調関数が同一の傾きを持つ時間が存在
する条件ｔ_r＝ｔ_m／２で決まる距離となるが、計測時間
が限り無く０に近くなり現実的ではない。ここで、計測
時間が５０％ｄｕｔｙとなる条件を設けると、最大測定
距離Ｒ_maxと周波数ｆ_rおよび距離分解能ΔＲ、周波数分
解能ｄｆ_rは以下のように求まる。

【００２２】

【数４】

【００２３】ここで、Δｆは変調周波数幅、ｆ_m：変調
周波数、ｄｆ：変調関数の傾きである。

【００２４】距離分解能ΔＲは変調周波数幅Δｆによ
り、変調周波数ｆ_mによらない。一方、周波数分解能ｄ
ｆ_rは次式で表されるから、最大測定距離Ｒ_maxが大きく
なると、周波数分解能ｄｆ_rは小さくなる。

【００２５】

【数５】

【００２６】このことは、単に計測時間が長くなるだけ
ではなく、光源の線幅および周波数変調の精度も周波数
分解能以下が必要であるため、影響は大きい。ΔＲ＝１
ｍとすると、測定距離範囲、即ち最大測定距離が１ｋｍ
において、光源の線幅および周波数変調の精度は３００
ｋＨｚ、最大測定距離が１０ｋｍとすると３０ｋＨｚが
必要となる。通常入手可能なＬＤの線幅は１ＭＨｚ程度
であるので、上記の条件では使用することができない。

【００２７】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
パルス方式を用いたレーザレーダ装置では、高い距離分
解能を得るには短パルス幅のパルスが必要である。この
ため、高利得のＱスイッチパルスレーザ発振器が必要と
なり、レーザが複雑な構成となる。また、ピークパワー
が高くなるため、装置に用いる光学部品に焼けが生じる
可能性が高くなり、信頼性の低下や耐レーザパワー性の
高い高価な部品を用いる必要性が生じる問題があった。
さらに、コヒーレント検波を用いたパルス方式において
は、距離分解能ΔＲと速度分解能Δｖの間は逆比例の関
係にあるため、パルス幅を小さくして距離分解能を小さ
くすると速度分解能が大きくなる問題があった。

【００２８】一方、従来のＦＭＣＷ方式では、距離分解
能を小さくすることと測定距離範囲を大きくすることを
両立するには、光源の線幅および周波数変調の精度に高
い条件が必要となり、ＬＤのような安価で変調の容易な
光源が使えなくなるという問題があった。

【００２９】この発明は上述した点に鑑みてなされたも
ので、従来のパルス方式に比べ、同じ距離分解能を得る
のに構成のより簡単な光源が利用でき、信頼性の高いレ
ーザレーダ装置を得ることを目的とする。また、従来の
ＦＭＣＷ方式に比べ線幅および周波数変調の精度に対す
る条件を緩和し、より簡便な光源が利用できるレーザレ
ーダ装置を得ることを目的とする。

【００３０】

【課題を解決するための手段】この発明に係るレーザレ
ーダ装置は、レーザパルスを発生するレーザパルス発生
手段と、ローカル光を発生するローカル光発生手段と、
上記レーザパルス発生手段からのレーザパルスを目標に
向けて送信し、目標からの散乱光の一部を受信する光送
受信手段と、上記ローカル光発生手段からのローカル光
と上記送受信光学手段で受信された受信光を混合する光
混合手段と、上記光混合手段により混合された混合光を
光ヘテロダイン検波する光検波手段と、上記光検波手段
からの信号から目標の情報を抽出する信号処理手段とを
有するコヒーレントレーザレーダ装置において、上記レ
ーザパルス発生手段は、レーザパルスを周波数変調する
第１の周波数変調手段を有し、上記ローカル光発生手段
は、上記レーザパルス発生手段からのレーザパルスと同
様の周波数変調を１周期とする繰返し周波数変調をロー
カル光に与える第２の周波数変調手段を有することを特
徴とするものである。

【００３１】また、上記第１の周波数変調手段は、レー
ザパルス毎に複数の傾きの異なる直線周波数変調で交互
に変調することを特徴とするものである。

【００３２】また、上記レーザパルス発生手段と上記ロ
ーカル光発生手段は、単一モードで発振するＣＷレーザ
と、上記ＣＷレーザからのＣＷレーザ光を周波数変調す
る変調手段と、上記ＣＷレーザ光を２つに分ける光分岐
手段と、上記光分岐手段で分岐された一方のＣＷレーザ
光をパルス光として取出す光スイッチ手段とで構成され
ることを特徴とするものである。

【００３３】また、上記光分岐手段と上記光送受信手段
との間に、光増幅器を設けたことを特徴とするものであ
る。

【００３４】さらに、上記光増幅器は、光ファイバ増幅
器であることを特徴とするものである。

【００３５】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は、この発明
の実施の形態１に係るレーザレーダ装置を示す構成図で
ある。図１において、３４は単一モードで発振するパル
スレーザ、３５は第１の周波数変調手段、３６は送受信
光分離手段、３７は送受光学系、３８は光混合手段、３
９は光検出器、４０は単一モードで発振するＣＷレー
ザ、４１は第２の周波数変調手段、４２は信号処理装
置、４３は周波数変調制御回路である。

【００３６】次に、図に基づき動作を説明する。パルス
レーザ３４は、単一モードの送信レーザパルスを発振す
る。第１の周波数変調手段３５は、上記レーザパルスを
周波数変調制御回路４３からの制御信号により、パルス
内で上記レーザパルスの光周波数を周波数変調する。変
調する手段としては、パルスレーザ３４の共振器長を変
調する、または励起パワーを変調する、またはレーザパ
ルスを直接変調する手段等が考えられる。送信レーザパ
ルスは、送受信光分離手段３６を経て、送受光学系３７
から目標に向けて照射される。目標からの散乱光の一部
を送受光学系３７により受光し、送受信光分離手段３６
により送信レーザパルスと分離して光混合器３８に受信
光を送る。

【００３７】一方、単一モードで発振するＣＷレーザ４
０は、上記レーザパルスに対し光周波数Δｆｓを持つＣ
Ｗレーザ光を発振する。第２の周波数変調手段４１は、
第１の周波数変調手段３５のレーザパルスに対する周波
数変調と同一の周波数変調を１周期とする繰返し周波数
変調を上記ＣＷレーザ光の光周波数に対して与える。第
２の周波数変調手段４１がＣＷレーザ光を変調する手段
としては、ＣＷレーザ４０の共振器長を変調する、また
は励起パワーを変調する、またはＣＷレーザ光を直接変
調する手段等が考えられる。変調されたＣＷレーザ光
は、ローカル光として光混合器３８に供給される。

【００３８】周波数変調制御回路４３は、パルスレーザ
３４から繰り返し送信される送信レーザパルス光を２種
類以上の異なった傾きを持つ変調関数で交互に切り替え
て周波数変調を行う制御信号を第１の周波数変調手段３
５に送る。また、第１の周波数変調手段３５と同期を取
ってＣＷレーザ光を周波数変調するよう第２の周波数変
調手段４１に制御信号を送る。光混合器３８は、受信光
とローカル光を混合して、光検出器３９に送る。光検出
器３９では、光ヘテロダイン検波を行い、その受信信号
を信号処理装置４２に送る。信号処理装置４２では、受
信信号の時間および周波数解析を行い、目標の距離およ
び速度情報を求める。

【００３９】この発明による方式は、送信レーザ光を１
周期分のパルス光としたＦＭＣＷ方式であるＦＭパルス
方式である。図２に、ＦＭＣＷ方式とＦＭパルス方式の
送信光とローカル光の強度と周波数の時間概念図を示
す。ＦＭＣＷ方式は、送信光およびローカル光が強度一
定で周波数が三角波の変調がかけられたＣＷ光であるの
に対し、ＦＭパルス方式は、送信光がＦＭＣＷ方式にお
ける三角波の周波数変調の１周期分を斜辺毎に分割した
２つのパルスとなっていることが特徴である。ローカル
光は、各々の送信光パルスに対し、同期しかつ送信光と
同一の周波数波形の繰り返しである鋸歯状の周波数変調
光である。通常のパルス方式における距離分解能はパル
ス幅程度であるが、ＦＭＣＷ方式の手法を用いることに
より距離分解能を向上させることができる。

【００４０】第１パルスと第２パルスの対応するタイム
ゲート（レンジビン）の信号の周波数からレンジビン内
の目標の距離に対応した周波数ｆｒまたはｆｒ'が求ま
る。さらに、ドップラー周波数ｄｆも同時に求まるの
で、目標の速度情報も得ることができる。図３に、第１
パルスの受信信号とタイムゲートの関係を示す。ｄｔの
値により信号の周波数の値、時間形状が異なるが、少な
くともτ／２の間は周波数一定の区間が存在することが
分かる。τ／２毎にタイムゲートを切り、信号処理を行
うことにより、上記周波数を求めることができる。この
周波数と第２パルスの同一のタイムゲートから求まる周
波数からレンジビン内の目標の距離に対応した周波数ｆ
ｒまたはｆｒ’およびドップラー周波数ｄｆを求めるこ
とができる。

【００４１】ｆｒおよびｆｒ'とレンジビン内の目標の
距離Ｒ’の関係は次式で表される。

【数６】

【００４２】ここで、ｆｍは変調周波数、ｃは光速度で
ある。

【００４３】周波数分解能ｄｆ_rと距離分解能ΔＲの関
係は次式で表される。

【００４４】

【数７】

【００４５】また、周波数分解能ｄｆ_rと装置の受信機
帯域Ｂは等しくとることから、次式となる。

【００４６】

【数８】

【００４７】よって、次式が得られる。

【数９】

【００４８】この発明であるＦＭパルス方式を用いれ
ば、例えば、最大測定距離１０ｋｍ、距離分解能ΔＲ＝
１ｍとしたとき、送信レーザパルス幅τ＝１μs、周波
数分解能ｄｆ_r＝２ＭＨｚで装置を構築することが可能
である。これは、パルス方式がパルス幅τ＝６.７ｎｓ
が必要であることに比べて、レーザパルスのピークパワ
ーおよびパルス幅の条件を緩和し、パルスレーザにより
簡単な構成のパルスレーザを用いることができる。ま
た、必要な周波数分解能はパルス幅と距離分解能により
決まる。このため、最大測定距離に係わらず上記の条件
では周波数分解能ｄｆ_r＝２ＭＨｚと変わらない。よっ
て、ＦＭＣＷ方式と比較した場合、光源の線幅および周
波数変調の精度の条件が緩くなり、より簡便な光源が利
用できる。即ち、ＬＤのような安価で変調の容易な光源
が使える可能性がある。

【００４９】この発明によるＦＭパルス方式において
は、送信レーザパルスを周波数変調し、ローカル光を送
信レーザパルスに与えた周波数変調を１周期とする繰返
し周波数変調を行うようにしたので、従来のパルス方式
に比べ、同じ距離分解能を得るのにピークパワーを小さ
いかつパルス幅の広い光源が利用できるので、より簡単
な構成のパルスレーザが利用でき、装置の信頼性も向上
できる効果がある。また、従来のＦＭＣＷ方式に比べた
場合、最大測定距離が大きくなっても光源に要求される
線幅および周波数変調の精度は厳しくならないため、よ
り簡便な光源が利用できる効果があり、ＬＤのような安
価で変調の容易な光源が使える可能性がある。さらに、
送信レーザパルス光を２種類以上の異なった傾きを持つ
変調関数で交互に切り替えて周波数変調を行うようにし
たので、目標の距離だけでなく、速度情報も得られる効
果がある。

【００５０】実施の形態２．図４は、この発明の実施の
形態２に係るレーザレーダ装置を示す構成図である。図
４において、図１に示す実施の形態１と同一部分は同一
符号を付してその説明は省略する。新たな符号として、
４４は、周波数変調手段を有し、単一モードの周波数変
調ＣＷレーザ光を出力する基準光源、４５は、光分岐器
である光カプラ、４６は、光スイッチ、４７は、光ファ
イバ増幅器である。

【００５１】次に、図に基づき動作について説明する。
基本的な動作は、実施の形態１に等しい。基準光源４
４、光カプラ４５および光スイッチ４６により、実施の
形態１におけるパルスレーザ３４、ＣＷレーザ４０およ
び第１、２の周波数変調手段３５，４１の機能を実現し
ている。基準光源４４は、周波数変調制御回路４３によ
り、図２に示したローカル光のような周波数変調された
ＣＷレーザ光を出力する。即ち、２つ以上の異なった傾
きを持つ周期τの鋸歯状の周波数変調の組み合わせで繰
返し変調されたＣＷレーザ光である。基準光源４４から
のＣＷレーザ光は、光カプラ４５により２つに分けられ
る。分岐された一方のＣＷレーザ光は、ローカル光とし
て光混合器３８に送られる。光スイッチ４６は、周波数
変調制御回路４３による制御信号により、他方の分岐さ
れたＣＷレーザ光から鋸歯状の周波数変調の１周期分を
レーザパルスとして切り出す。切り出されたレーザパル
スは、送信レーザ光として、光ファイバ増幅器４７によ
り増幅され、送受信光分離手段３６を経て、送受光学系
３７から目標に向けて照射される。

【００５２】上記のように、パルスレーザ、ＣＷレーザ
および第１、２の周波数変調手段の機能を、基準光源４
４、光カプラ４５および光スイッチ４６により構成した
ので、レーザ光源および周波数変調手段を一つにするこ
とができ、実施の形態１で記述した効果をより単純な構
成で実現できる効果がある。さらに、光増幅器を用いて
送信レーザ光を増幅しているので、基準光源に必要とさ
れる出力を低減でき、低出力な光源を利用できる効果が
ある。これにより、基準光源には、安価で周波数変調が
注入電流で容易にできるＬＤを利用できる効果がある。
次いで、光増幅器を光ファイバ増幅器で構成したことに
より、上記の効果を用意に達成できるばかりでなく、装
置内の光の取り回しを光ファイバで構成することがで
き、装置の組み立てや部品配置を容易に行え、振動等の
環境条件にも強い装置を構成できる効果がある。

【００５３】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、ＦＭ
パルス方式においては、送信レーザパルスを周波数変調
し、ローカル光に送信レーザパルスに与えた周波数変調
を１周期とする繰返し周波数変調を行うようにしたの
で、従来のパルス方式に比べ、同じ距離分解能を得るの
にピークパワーが小さく、かつパルス幅の広い光源が利
用できるので、より簡単な構成のパルスレーザが利用で
き、装置の信頼性も向上できる効果がある。また、従来
のＦＭＣＷ方式に比べた場合、最大測定距離が大きくな
っても光源に要求される線幅および周波数変調の精度は
厳しくならないため、より簡便な光源が利用できる効果
があり、ＬＤのような安価で変調の容易な光源が使える
可能性がある。

【００５４】また、送信レーザパルス光を複数の異なっ
た傾きの直線周波数変調で交互に切り替えて周波数変調
を行うようにしたので、目標の距離だけでなく、速度情
報も得られる効果がある。

【００５５】また、パルスレーザ、ＣＷレーザおよび第
１、２の周波数変調手段の機能を、ＣＷレーザ、変調手
段および光スイッチ手段により構成したので、レーザ光
源および周波数変調手段を一つにすることができ、より
単純な構成で実現できる効果がある。

【００５６】また、光増幅器を用いて送信レーザ光を増
幅しているので、ＣＷレーザに必要とされる出力を低減
でき、低出力な光源を利用できる効果がある。これによ
り、ＣＷレーザには、安価で周波数変調が注入電流で容
易にできるＬＤを利用できる効果がある。

【００５７】さらに、光増幅器を光ファイバ増幅器で構
成したことにより、上記の効果を用意に達成できるばか
りでなく、装置内の光の取り回しを光ファイバで構成す
ることができ、装置の組み立てや部品配置を容易に行
え、振動等の環境条件にも強い装置を構成できる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１に係るレーザレーダ
装置を示す構成図である。

【図２】 ＦＭＣＷ方式とＦＭパルス方式の送信光とロ
ーカル光の強度と周波数の時間概念図である。

【図３】 受信信号とタイム（レンジ）ゲートの関係を
示す説明図である。

【図４】 この発明の実施の形態２に係るレーザレーダ
装置を示す構成図である。

【図５】 Sammy W. Henderson等により米国特許５、２
３７、３３１号に示されたもので、光源にインジェクシ
ョンシーディングパルスレーザ装置を用いたコヒーレン
トレーザレーダ装置の構成図である。

【図６】 Christer J. Karlson等によりApplied Optic
s 誌（Vol. 38, No.１５, pp33766-3386, １999）に開
示されたＦＭＣＷ方式のレーザレーダ装置を示す構成図
である。

【図７】 周波数変調の一例を示す説明図である。

【図８】 受信信号から目標の距離、速度を求める方法
を説明するために、受信光、ローカル光および受信信号
の１周期分の周波数の時間変化を示す説明図である。

【符号の説明】

１ ＣＷレーザ光源、２ 第１の光分岐器、３ 周波数
シフタ、４ インジェクションシーディングパルスレー
ザ、５ ビームスプリッタ、６ １／４波長板、７ 送
受光学系、８ 走査光学系、９ 第１の光混合器、１０
第１の光検波器、１１ 第２の光分岐器、１２ 第３
の光分岐器、１３ 第２の光混合器、１４ 第２の光検
出器、１５ ＡＤ変換器、１６ 信号処理装置、１７
インジェクションシーディングパルスレーザ４の共振器
長の調整機構、１８ 調整機構１７の制御回路、１９
レーザ光源１からのレーザ光、２０ シード光、２１
パルスレーザ光、２２ 送受信光の光軸、２３ 送信
光、２４ 受信光、２５ ローカル光、２６ 第１の光
混合器９による受信光２４とローカル光２５の混合光、
２７ 半導体レーザ（ＬＤ）、２８ 電源、２９ ＦＭ
変調回路、３０ 光カプラ、３１ 送受信光学系、３２
光検出器、３３ 信号処理装置、３４ パルスレー
ザ、３５ 第１の周波数変調手段、３６ 送受信光分離
手段、３７ 送受信系、３８ 光混合手段、３９ 光検
出器、４０ 単一モードで発信するＣＷレーザ、４１
第２の周波数変調手段、４２ 信号処理装置、４３ 周
波数変調回路、４４ 基準光源、４５ 光カプラ、４６
光スイッチ、４７ 光ファイバ増幅器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柳澤 隆行 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5J084 AA05 AA07 BA03 BB16 BB31 CA03 CA08 EA04

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザパルスを発生するレーザパルス発
   生手段と、 ローカル光を発生するローカル光発生手段と、 上記レーザパルス発生手段からのレーザパルスを目標に
   向けて送信し、目標からの散乱光の一部を受信する光送
   受信手段と、 上記ローカル光発生手段からのローカル光と上記送受信
   光学手段で受信された受信光を混合する光混合手段と、 上記光混合手段により混合された混合光を光ヘテロダイ
   ン検波する光検波手段と、 上記光検波手段からの信号から目標の情報を抽出する信
   号処理手段とを有するコヒーレントレーザレーダ装置に
   おいて、 上記レーザパルス発生手段は、レーザパルスを周波数変
   調する第１の周波数変調手段を有し、 上記ローカル光発生手段は、上記レーザパルス発生手段
   からのレーザパルスと同様の周波数変調を１周期とする
   繰返し周波数変調をローカル光に与える第２の周波数変
   調手段を有することを特徴とするレーザレーダ装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のレーザレーダ装置にお
   いて、 上記第１の周波数変調手段は、レーザパルス毎に複数の
   傾きの異なる直線周波数変調で交互に変調制御すること
   を特徴とするレーザレーダ装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載のレーザレーダ
   装置において、 上記レーザパルス発生手段と上記ローカル光発生手段
   は、 単一モードで発振するＣＷレーザと、 上記ＣＷレーザからのＣＷレーザ光を周波数変調する変
   調手段と、 上記ＣＷレーザ光を２つに分ける光分岐手段と、 上記光分岐手段で分岐された一方のＣＷレーザ光をパル
   ス光として取出す光スイッチ手段とで構成されることを
   特徴とするレーザレーダ装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載のレーザレーダ装置にお
   いて、 上記光分岐手段と上記光送受信手段との間に、光増幅器
   を設けたことを特徴とするレーザレーダ装置。
5. 【請求項５】 請求項４に記載のレーザレーダ装置にお
   いて、 上記光増幅器は、光ファイバ増幅器であることを特徴と
   するレーザレーダ装置。