(57)【要約】【課題】本発明は、望遠鏡の交換をすることなく、視線方向への計測可能範囲を比較的広くすることができるとともに、計測作業の円滑化を図ることができる光波レーダ装置を提供する。【解決手段】第１及び第２コリメータ光学系１０６Ａ，１０６Ｂは、第１及び第２送信光Ａ４，Ａ５のそれぞれを略平行化する。また、第１及び第２コリメータ光学系１０６Ａ，１０６Ｂは、第１及び第２送信光Ａ４，Ａ５のそれぞれのビーム径及び集光距離を調整可能となっている。第１コリメータ光学系１０６Ａ及び第２コリメータ光学系１０６Ｂを経た第１送信光Ａ４及び第２送信光Ａ５は、偏光合成分離手段１０８によって、互いの直交偏光成分が合成される。直交２偏光の送信光は、送受信同軸の望遠鏡１０９によって、大気中の所望の目標へ向けて照射される。【選択図】図１
2010127918.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一周波数でかつ直線偏光の基準光を発振する基準光源部を有し、前記基準光から複数の送信光と複数の局部発振光とを生成する光信号生成部と、
前記複数の送信光のそれぞれの光軸を略平行化するとともに、それらの複数の送信光のそれぞれのビーム径及び集光距離を調整可能な複数のコリメータ光学系と、
前記複数のコリメータ光学系からの前記複数の送信光を合成する光合成手段と、
前記光合成手段から受けた複数の送信光を所望の目標へ向けて照射し、前記目標からの複数の散乱光を複数の受信光として受ける送受信同軸の送受信光学系と、
前記送受信光学系からの前記複数の受信光と、前記信号生成部からの前記複数の局部発振光とを受けて、ヘテロダイン検波により、前記複数の受信光のそれぞれについて、前記局部発振光との差分周波数成分の光強度に応じた電気信号を生成する光ヘテロダイン受信部と、
前記光ヘテロダイン受信部から受けた電気信号に基づいて、前記目標の情報を抽出する信号処理手段と
を備えることを特徴とする光波レーダ装置。
【請求項２】
前記光信号生成部と前記複数のコリメータ光学系との間の光路、前記複数のコリメータ光学系と前記送受信光学系との間の光路、前記送受信光学系と前記光ヘテロダイン受信部との間の光路、及び前記光信号生成部と光ヘテロダイン受信部との間の光路をそれぞれ形成する偏光保持型の光ファイバ
をさらに備え、
前記光信号生成部は、前記複数の送信光のそれぞれの偏光状態を直交関係となる直線偏光として生成するとともに、前記複数の局部発振光のそれぞれの偏光状態を直交関係となる直線偏光として生成する
ことを特徴とする請求項１記載の光波レーダ装置。
【請求項３】
前記複数の受信光の直線偏光成分を偏光合成するための第１偏光合成手段と、
前記複数の局部発振光の直線偏光成分を偏光合成するための第２偏光合成手段と
をさらに備え、
前記光ヘテロダイン受信部は、偏光合成された前記複数の受信光の直線偏光成分について、偏光合成された前記複数の局部発振光の直線偏光成分との差分周波数成分の強度に応じた電気信号を生成する
ことを特徴とする請求項２記載の光波レーダ装置。
【請求項４】
前記光信号生成部は、
前記基準光の周波数及び光強度を変調する周波数強度変調手段と、
前記周波数強度変調手段によって変調された前記基準光を増幅して前記送信光とする第１光ファイバ増幅手段と、
前記第１光ファイバ増幅手段に直列に接続され、前記送信光をさらに増幅する第２光ファイバ増幅手段と、
前記第１及び第２光ファイバ増幅手段間に介在され、前記第１光ファイバ増幅手段からの前記送信光の光路を分岐させて前記複数の送信光とする光路分岐手段と
を有している
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の光波レーダ装置。
【請求項５】
前記複数のコリメータ光学系は、第１コリメータ光学系、第２コリメータ光学系及び第３コリメータ光学系であり、
前記第１コリメータ光学系は、前記複数の送信光のうち一部の送信光のビーム径を前記送受信光学系の対物側有効開口径と一致するように調整し、調整した前記送信光を遠距離計測用の送信光として前記送受信光学系に送り、
前記第２コリメータ光学系は、前記複数の送信光のうち一部の送信光のビーム径を前記送受信光学系の対物側有効開口径よりも小さくなるように調整し、調整した前記送信光を中距離計測用の送信光として前記送受信光学系に送り、
前記第３コリメータ光学系は、前記複数の送信光のうち一部の送信光のビーム径を前記送受信光学系の対物側有効開口径よりも小さくなるように調整し、調整した前記送信光を近距離計測用の送信光として前記送受信光学系に送り、
前記第２及び第３コリメータ光学系は、前記近距離計測用送信光の光軸、及び前記中距離計測用送信光の光軸を、互いに平行で、かつ前記送受信光学系の対物面で重ならないようにずらす
ことを特徴とする請求項１記載の光波レーダ装置。
【請求項６】
前記光信号生成部と前記複数のコリメータ光学系との間の光路、前記複数のコリメータ光学系と前記送受信光学系との間の光路、前記送受信光学系と前記光ヘテロダイン受信部との間の光路、及び前記光信号生成部と光ヘテロダイン受信部との間の光路をそれぞれ形成する偏光保持型の光ファイバ
をさらに備え、
前記光信号生成部は、
前記複数の送信光のそれぞれの偏光状態を直交関係となる直線偏光として生成するとともに、前記複数の局部発振光のそれぞれの偏光状態を直交関係となる直線偏光として生成し、
前記複数の送信光を前記第２コリメータ光学系及び前記第３コリメータ光学系に分岐して送るとともに、前記第２コリメータ光学系及び前記第３コリメータ光学系からの複数の受信光を合成する中近合成分離用光カプラを有しており、
前記光合成手段は、前記第１コリメータ光学系と前記第２及び第３コリメータ光学系とのそれぞれから入力された前記複数の送信光の直線偏光光成分を合成するとともに分離する偏向合成分離手段である
ことを特徴とする請求項５記載の光波レーダ装置。
【請求項７】
単一周波数でかつ直線偏光の基準光をそれぞれ異なる波長で発振する複数の基準光源部と、前記複数の基準光源部からの前記複数の基準光を合成する基準光合成手段と、前記基準光合成手段によって合成された前記基準光を合成種光と合成局部発振光とに分ける光路分岐手段と、前記光路分岐手段を経た前記合成種光を強度変調するとともに増幅する変調増幅手段と、前記変調増幅手段を経た前記合成種光を波長毎に分離して複数の送信光を生成する波長分離手段とを有する光信号生成部と、
前記複数の送信光のそれぞれの光軸を略平行化するとともに、それらの複数の送信光のそれぞれのビーム径及び集光距離を調整可能な複数のコリメータ光学系と、
前記複数のコリメータ光学系からの前記複数の送信光を合成して合成送信光とする光合成手段と、
前記光合成手段からの前記合成送信光を所望の目標へ向けて照射し、前記目標からの複数の散乱光を複数の受信光として受ける送受信同軸の送受信光学系と、
前記送受信光学系からの前記複数の受信光を合成する受信光合成手段と、
前記受信光合成手段によって合成された前記受信光と、前記光路分岐手段を経た前記合成局部発振光とを受けて、ヘテロダイン検波により、前記複数の受信光のそれぞれについて、前記局部発振光との差分周波数成分の強度に応じた電気信号を生成する光ヘテロダイン受信部と、
前記光ヘテロダイン受信部から受けた電気信号に基づいて、前記目標の情報を抽出する信号処理手段と
を備えることを特徴とする光波レーダ装置。
【請求項８】
前記光信号生成部は、
前記第１光ファイバ増幅手段の前段に設けられ、外部から第１駆動信号を受けた場合に、前記第１光ファイバ増幅手段へ前記送信光の周波数及び強度を変調して送る第１周波数強度変調手段と、
前記送信光分岐手段に代えて前記第１及び第２光ファイバ増幅手段間に介在され、０次出力端及び１次出力端を有し、外部から第２駆動信号を受けていない場合に、前記複数のコリメータ光学系のうちの一部に前記第１光ファイバ増幅手段からの前記送信光を前記０次出力端から送り、外部から前記第２駆動信号を受けた場合に、前記複数のコリメータ光学系のうちの残りに前記第１光ファイバ増幅手段からの前記送信光の周波数及び強度を変調して前記１次出力端から送る第２周波数強度変調手段と、
前記第１周波数強度変調手段への前記第１駆動信号を所定周期で生成するとともに、前記第２周波数強度変調手段への前記第２駆動信号を前記所定周期の半分の周期で、前記第１駆動信号に同期して生成する駆動信号生成手段
ことを特徴とする請求項４記載の光波レーダ装置。
【請求項９】
単一周波数でかつ直線偏光の基準光を発振する基準光源部を有し、前記基準光から送信光と局部発振光とを生成する光信号生成部と、
前記光信号生成部から受けた前記送信光を所望の目標へ向けて照射し、前記目標からの散乱光を受信光として受ける送受信同軸の送受信光学系と、
前記送受信光学系からの前記受信光と、前記信号生成部からの前記局部発振光とを受けて、ヘテロダイン検波により、前記受信光について、前記局部発振光との差分周波数成分の強度に応じた電気信号を生成する光ヘテロダイン受信部と、
前記光ヘテロダイン受信部から受けた電気信号に基づいて、前記目標の情報を抽出する信号処理手段と
を備え
前記送受信光学系は、
前記送信光の集光距離を調整するための集光距離調整機構と、
前記送信光のビーム径を調整するためのビーム径調整機構と
を有している
ことを特徴とする光波レーダ装置。
【請求項１０】
前記送受信光学系は、
前記光信号生成部から受けた前記送信光を略平行化するコリメータ光学系と、
第１及び第２凸レンズと、第１及び第２凹レンズとを含み、前記コメリータ光学系から受けた前記送信光を所望の目標へ向けて照射するアフォーカル光学系と
を有しており、
前記コリメータ光学系のレンズ間隔調整により前記送信光の集光距離を調整可能となっており、
前記アフォーカル光学系の前記第１凸レンズの位置調整により前記送信光のビーム径を調整可能となっている
ことを特徴とする請求項９記載の光波レーダ装置。
【請求項１１】
前記信号処理手段は、
ドップラスペクトルの信号対雑音比の計測距離と前記送受信光学系の有効開口径との依存性を前記送受信光学系の集光距離に対して算出した等高線マップを予め記憶しており、
前記等高線マップに基づいて、前記送受信光学系の有効開口径と集光距離とのパラメータの組合せを算出し、前記ビーム径調整機構及び前記集光距離調整機構の駆動を制御する
ことを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の光波レーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーザ光を空間に放出し、空間内のハードターゲットやエアロゾル（大気中に浮遊する微小塵）の移動に伴う散乱光のドップラシフトに基づいて風速を計測する光波レーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
風速の空間分布を遠隔から観測するためのコヒーレントドップラライダ（ＣＤＬ）技術は、気象観測、気象予測、航空・交通安全のための乱気流検出、及び風力利用の適地調査等の多岐の応用観点からニーズがある。また、最大計測距離よりも可搬性が要求される小型ＣＤＬ装置では、光送受信部を光ファイバと光ファイバ部品とから構成される全光ファイバ型ＣＤＬ技術が、装置の小型化及び高信頼性化を図るために用いられる（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３０７５６７号公報
【特許文献２】国際公開２００４／１０６９７１号パンフレット
【特許文献３】特開２００３−２４０８５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、図１４は、特許文献１に示すような従来の光波レーダ装置を示す構成図である。図１４において、従来の光波レーダ装置の一連の光路は、光ファイバ（図の太実線）によって形成されている。また、従来の光波レーダ装置は、基準光源１００１、光カプラ１００２、周波数強度変調器１００３、光ファイバ増幅器１００４、光サーキュレータ１００５、大口径望遠鏡（送受信光学系）１００６、小口径望遠鏡（送受信光学系）１００７、光ヘテロダイン受信機１００８及び信号処理手段１００９を有している。
【０００５】
基準光源１００１は、単一波長のレーザ光である基準光を発振する。基準光源１００１からの基準光の光路は、光カプラ１００２によって、２つの光路に分岐されている。光カプラ１００２からの２つの光路のうちの一方は、周波数強度変調器１００３に接続されている。また、光カプラ１００２からの２つの光路のうちの他方は、光ヘテロダイン受信機１００８に接続されている。光カプラ１００２の基準光は、局部発振光として光ヘテロダイン受信機１００８に送られる。
【０００６】
周波数強度変調器１００３は、基準光の光強度及び周波数を変調し、変調後の基準光を光ファイバ増幅器１００４へ送る。光ファイバ増幅器１００４は、周波数強度変調器１００３から受けた基準光を増幅し、その増幅後の基準光を送信光として、光サーキュレータ１００５及び光ファイバ終端部１０００ａを介して大口径望遠鏡１００６又は小口径望遠鏡１００７へ送る。
【０００７】
大口径望遠鏡１００６及び小口径望遠鏡１００７は、互いに択一的に光ファイバ終端部１０００ａに接続されている。大口径望遠鏡１００６及び小口径望遠鏡１００７は、光ファイバ終端部１０００ａからの送信光を空中の所望の目標へ向けて出射する。また、大口径望遠鏡１００６及び小口径望遠鏡１００７は、空中へ出射された送信光がエアロゾル等に当たってなる後方散乱光を収集し、その後方散乱光を受信光として受ける。
【０００８】
大口径望遠鏡１００６によって収集された後方散乱光は、光ファイバ終端部１０００ａから、光サーキュレータ１００５を介して、光ヘテロダイン受信機１００８に伝わる。光ヘテロダイン受信機１００８は、光カプラ１００２からの局部発振光と、大口径望遠鏡１００６又は小口径望遠鏡１００７からの受信光とを光学的に合成し、光電変換する。そして、光ヘテロダイン受信機１００８は、後方散乱光と局部発振光との差分周波数成分の光強度に応じた電気信号を、ビート信号として生成する。
【０００９】
信号処理手段１００９は、光ヘテロダイン受信機１００８からのビート信号を受けて、そのビート信号に基づくドップラ周波数シフトやパルス到着時間差等に基づいて、目標の情報（目標までの距離、風速、風向等）を抽出する。
【００１０】
図１４に示すような従来の光波レーダ装置によれば、大口径望遠鏡１００６及び小口径望遠鏡１００７は、送信光の出射点と受信光の集光点とが物理的に一致しているため、原理的に送信光と受信光の光軸調整が不要で、受信光の結合損失を低減するためにも極めて有効である。しかし、送受信同軸の大口径望遠鏡１００６及び小口径望遠鏡１００７においては、送信用開口と受信用開口とが共通であるため、原理的に、送信用開口と受信用開口とを異なる開口径に設定することはできない。これにより生じる問題点を以下に説明する。
【００１１】
上記のような大口径望遠鏡１００６及び小口径望遠鏡１００７等の送受信同軸の望遠鏡を用いた場合の従来の光波レーダ装置により得られる信号対雑音比ＳＮＲは、次の（１）式に示すライダ方程式により表すことができる。
【数１】
2010127918.tif 000003
但し、各パラメータは、λ：送信光波長、Ｅ：送信光１パルスあたりのエネルギー、Ｄｅ：送信ビーム径（１／ｅ２径）、Ｌ：計測距離、β：エアロゾルの後方散乱係数、Ｋ:  大気透過係数、ｈ：Ｐｌａｎｋ定数、ＢＡ：受信帯域幅、η’：システム効率（光学系の損失、光電変換での量子効率等により決定）、ηＦ：Ｆａｒ  Ｆｉｅｌｄ（集光距離）における送受信光学系の結合効率である。
【００１２】
また、（１）式におけるＳＲＦは、受信光学系のデフォーカス及びコヒーレント長さに依存した定数であり、受信光学系の集光距離Ｆ、受信光学系の開口面におけるコヒーレント長さＳｏを用いて、次の（２）式及び（３）式で表される。
【数２】
2010127918.tif 000004
【数３】
2010127918.tif 000005
但し、Ａは、ビームのけられの影響を示す定数（０．７５以下の値）、Ｈは、定数（＝２．９１４３８３）、Ｃｎ２は大気構造定数である。この大気構造定数は、地表付近で１×１０−１４〜３×１０−１３[ｍ−２／３]程度の値をとることが知られている。
【００１３】
従って、（１）式によれば、送信光のビーム径Ｄｅ（受信開口径に一致）を大きくすることにより、信号対雑音比ＳＮＲを増加させることができることがわかる。しかし、（２）式のＳＲＦは、送信光のビーム径Ｄｅが大きいほど集光距離Ｆに対する感度が大きくなる。集光距離Ｆに対する感度の違いの影響は、図１５に示すように表れる。
【００１４】
図１５は、図１４の従来の光波レーダ装置による大口径望遠鏡使用時及び小口径望遠鏡使用時の計測特性を示すグラフである。なお、図１５（ａ）は、大口径望遠鏡（Ｄｅ＝２００ｍｍ）１００６の使用時の信号対雑音比特性を示し、図１５（ｂ）は、小口径望遠鏡（Ｄｅ＝５０ｍｍ）１００７の使用時の信号対雑音比特性について示す。
【００１５】
ここで、開口径以外のパラメータは、いずれも共通とし、集光距離Ｆを３パターン（Ｆ＝０．５ｋｍ，１ｋｍ，２ｋｍ）とする。また、図１５（ａ），（ｂ）の破線Ｖ１，Ｗ１は、集光距離Ｆを０．５ｋｍとした場合の計測特性である。さらに、図１５（ａ），（ｂ）の一点鎖線Ｖ２，Ｗ２は、集光距離Ｆを１ｋｍとした場合の計測特性である。また、図１５（ａ），（ｂ）の二点鎖線Ｖ３，Ｗ３は、集光距離Ｆを２ｋｍとした場合の計測特性である。
【００１６】
まず、大口径望遠鏡１００６の場合では、図１５（ａ）の二点破線Ｖ３に示すように、集光距離Ｆを遠距離（Ｆ＝２ｋｍ）に設定することによって、遠方でも、比較的高い信号対雑音比ＳＮＲを確保することができる。例えば、風速検出可能な信号対雑音比ＳＮＲの限界値（閾値）を、限界値信号対雑音比ＳＮＲｔｈ＝４．５ｄＢとすると、視線方向（望遠鏡の対物側の方向）への計測可能範囲（最大計測距離範囲）が約１．８３ｋｍとなる。
【００１７】
これに対して、小口径望遠鏡１００７の場合では、図１５（ｂ）の二点破線Ｗ３に示すように、集光距離Ｆを遠距離（Ｆ＝２ｋｍ）に設定した場合でも、計測可能範囲は、１．３８ｋｍとなり、大口径望遠鏡１００６の計測可能範囲である１．８３ｋｍよりも小さくなる。
【００１８】
また、小口径望遠鏡１００７の集光距離Ｆを１ｋｍから２ｋｍに変更した場合には、図１５（ｂ）の一点鎖線Ｗ２及び二点破線Ｗ３に示すように、信号対雑音比ＳＮＲの距離に対するプロファイルは平坦になるが、最大計測距離を拡大する効果は表れないことが分かる。従って、同一の送信光エネルギーで最大計測距離を拡大したい場合には、大口径望遠鏡１００６が有効であることが分かる。
【００１９】
ここで、大口径望遠鏡１００６を用いる場合においては、送信光の集光効果により、比較的近距離側の信号対雑音比ＳＮＲが制限される。即ち、集光距離Ｆ＝０．５ｋｍ，１ｋｍ，２ｋｍに対して、風速検出可能な信号対雑音比ＳＮＲの限界値信号対雑音比ＳＮＲｔｈ＝４．５ｄＢ以上の最小計測距離は、それぞれ０．１７ｋｍ、０．３４ｋｍ、０．６９ｋｍとなる。また、最も計測距離が長く取れるＦ＝２ｋｍにおいては、最小計測距離が０．６９ｋｍ以上に制限される。
【００２０】
これに対して、小口径望遠鏡１００７を用いる場合、送信光の集光作用の影響は小さく、集光距離Ｆ＝０．５ｋｍから２ｋｍに変化した場合でも近距離側の信号対雑音比ＳＮＲを、限界値信号対雑音比ＳＮＲｔｈよりも高い値に保持できる。従って、近距離〜中距離（１ｋｍ以下）付近の風速を安定して計測するためには小口径望遠鏡１００７が適した構成であることが分かる。
【００２１】
以上の特性により、従来の光波レーダ装置では、図１４に示すように、計測条件に応じて、大口径望遠鏡１００６と小口径望遠鏡１００７とを交換する必要があった。これに加えて、望遠鏡交換に際して、開口径Ｄｅと集光距離Ｆとを変更して、計測可能範囲の信号対雑音比ＳＮＲが最大となるように設定する必要があった。これらの要因により、計測作業が煩雑化するという問題があった。
【００２２】
ここで、将来的に光波レーダ装置が廉価に得られるようになった場合には、望遠鏡の開口径が異なる複数の光波レーダ装置を組み合わせて、同一空間の風の風速を計測するシステム構成が想定される。この場合、複数の光アンテナの観測視野をμｒａｄオーダで一致させる必要があり、光軸調整の難易度が増すだけではなく、望遠鏡の周囲環境変化（振動、温度）に対して光軸ずれの影響が現れるため、送受信同軸の望遠鏡の利点が失われる。
【００２３】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、望遠鏡の交換をすることなく、視線方向への計測可能範囲を比較的広くすることができるとともに、計測作業の円滑化を図ることができる光波レーダ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
この発明に係る光波レーダ装置は、単一周波数でかつ直線偏光の基準光を発振する基準光源部を有し、基準光から複数の送信光と複数の局部発振光とを生成する光信号生成部と、複数の送信光のそれぞれの光軸を略平行化するとともに、それらの複数の送信光のそれぞれのビーム径及び集光距離を調整可能な複数のコリメータ光学系と、複数のコリメータ光学系からの複数の送信光を合成する光合成手段と、光合成手段から受けた複数の送信光を所望の目標へ向けて照射し、目標からの複数の散乱光を複数の受信光として受ける送受信同軸の送受信光学系と、送受信光学系からの複数の受信光と、信号生成部からの複数の局部発振光とを受けて、ヘテロダイン検波により、複数の受信光のそれぞれについて、局部発振光との差分周波数成分の光強度に応じた電気信号を生成する光ヘテロダイン受信部と、光ヘテロダイン受信部から受けた電気信号に基づいて、目標の情報を抽出する信号処理手段とを備えるものである。
【発明の効果】
【００２５】
この発明の光波レーダ装置によれば、複数のコリメータ光学系によって複数の送信光のそれぞれのビーム径及び集光距離が調整可能となっており、複数のコリメータ光学系からの複数の送信光が光合成手段によって合成されて、送受信光学系から目標へ向けて照射されるので、それぞれ異なるビーム径及び集光距離の複数の送信光が合成されて送受信光学系から目標へ向けて照射されることにより、望遠鏡の交換をすることなく、視線方向への計測可能範囲を比較的広くすることができるとともに、計測作業の円滑化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による光波レーダ装置を示す構成図である。なお、図１では、各ブロックの接続線のうち、太実線は光ファイバによる光路を示し、細実線は電気信号の伝送経路を示し、破線は送信光及び受信光の空間伝搬経路を示す。
図１において、実施の形態１の光波レーダ装置では、偏光保持型シングルモードの光ファイバによって、一連の光路が形成されている。この光ファイバは、第１及び第２光ファイバ終端部１００ａ，１００ｂを有している。第１及び第２光ファイバ終端部１００ａ，１００ｂの開口数（ＮＡ）は、０．１となるように予め設計（設定）されている。
【００２７】
また、実施の形態１の光波レーダ装置は、基準光源（基準光源部）１０１、光ファイバ型の第１及び第２光カプラ（光路分岐手段）１０２Ａ，１０２Ｂ、周波数強度変調器（周波数強度変調手段）１０３、光ファイバ増幅器（光ファイバ増幅手段）１０４、第１及び第２光サーキュレータ１０５Ａ，１０５Ｂ、第１及び第２コリメータ光学系１０６Ａ，１０６Ｂ、第１及び第２偏光９０度回転手段１０７Ａ，１０７Ｂ、偏光合成分離手段（光合成手段）１０８、送受信同軸の望遠鏡（送受信光学系）１０９、第１及び第２光ヘテロダイン受信機（光ヘテロダイン受信部）１１０Ａ，１１０Ｂ、並びに信号処理手段１１１を有している。
【００２８】
ここで、基準光源１０１、光ファイバ型の第１及び第２光カプラ１０２Ａ，１０２Ｂ、周波数強度変調器１０３、光ファイバ増幅器１０４、第１及び第２光サーキュレータ１０５Ａ，１０５Ｂ、第１及び第２コリメータ光学系１０６Ａ，１０６Ｂ、並びに第１及び第２偏光９０度回転手段１０７Ａ，１０７Ｂは、複数の送信光と複数の局部発振光とを生成する光信号生成部を構成している。また、第１及び第２光カプラ１０２Ａ，１０２Ｂ、並びに第１及び第２光サーキュレータ１０５Ａ，１０５Ｂには、偏光保持型の素子が用いられている。
【００２９】
基準光源１０１は、単一波長でかつ直線偏光（図１の紙面に対して平行な偏光状態）のレーザ光を基準光Ａ１として発振する。基準光源１０１からの光路は、第１光カプラ１０２Ａによって３つの光路に分岐されている。基準光源１０１からの基準光Ａ１は、第１光カプラ１０２Ａを通過することによって、送信光の種光Ａ１と、第１局部発振光Ａ２と、第２局部発振光Ａ３とに分けられる。
【００３０】
第１光カプラ１０２Ａからの種光Ａ１は、周波数強度変調器１０３に送られる。周波数強度変調器１０３は、種光Ａ１の偏光状態を保持したままで、種光Ａ１の光周波数にオフセット周波数を与えるとともに、パルス光の切り出しを行う。即ち、周波数強度変調器１０３は、種光Ａ１の周波数及び光強度を変調する。ここで、代表的な周波数強度変調器１０３の一例としては、音響光学変調器（Ａｃｏｕｓｔｏ  Ｏｐｔｉｃ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ：ＡＯＭ）がある。
【００３１】
周波数強度変調器１０３による変調後の種光Ａ１は、光ファイバ増幅器１０４に送られる。そして、種光Ａ１は、光ファイバ増幅器１０４よって増幅される。光ファイバ増幅器１０４からの光路は、第２光カプラ１０２Ｂによって、２つの光路に分岐されている。この第２光カプラ１０２Ｂを通過することによって、光ファイバ増幅器１０４からの種光Ａ１は、偏光状態を保持したままで、第１送信光Ａ４と第２送信光Ａ５とに分けられる。
【００３２】
第１送信光Ａ４は、第１光サーキュレータ１０５Ａ及び第１光ファイバ終端部１００ａを介して、第１コリメータ光学系１０６Ａに伝わる。これに対して、第２光カプラ１０２Ｂからの第２送信光Ａ５は、第１偏光９０度回転手段１０７Ａに伝わる。この第１偏光９０度回転手段１０７Ａよって、第２送信光Ａ５の偏光面が９０度回転される。そして、第１偏光９０度回転手段１０７Ａからの第２送信光Ａ５は、第２光サーキュレータ１０５Ｂ及び第２光ファイバ終端部１００ｂを介して、第２コリメータ光学系１０６Ｂに伝わる。
【００３３】
第１及び第２コリメータ光学系１０６Ａ，１０６Ｂは、第１及び第２送信光Ａ４，Ａ５のそれぞれを略平行化する。また、第１及び第２コリメータ光学系１０６Ａ，１０６Ｂは、第１及び第２送信光Ａ４，Ａ５のそれぞれのビーム径及び集光距離を調整可能となっている。
【００３４】
第１コリメータ光学系１０６Ａは、第１送信光Ａ４の集光距離がアフォーカル（無限遠）となり、かつ第１送信光Ａ４のビーム径が比較的大きくなるように、予め設定されている。これに対して、第２コリメータ光学系１０６Ｂは、第２送信光Ａ５の集光距離が比較的近距離となり、かつ第２送信光Ａ５のビーム径が比較的小さくなるように、予め設定されている。つまり、第１送信光Ａ４は、遠距離計測用の送信光として用いられ、第２送信光Ａ５は、近距離計測用の送信光として用いられる。
【００３５】
次に、実施の形態１の光波レーダ装置の第１送信光Ａ４の伝送経路に関連する構成について説明する。第１光ファイバ終端部１００ａの偏光保持シングルモードファイバの開口数（ＮＡ）は、０．１に設定されている。このため、第１コリメータ光学系１０６Ａの焦点距離ｆｃｏｌを設定することにより、略平行化される第１送信光Ａ４のビーム径ｄｃｏｌを次の（４）式のように決めることができる。
【数４】
2010127918.tif 000006
【００３６】
第１コリメータ光学系１０６Ａにより略平行化された第１送信光Ａ４は、偏光合成分離手段１０８を介して、望遠鏡１０９に空間的に伝送（結合）される。ここで、偏光合成分離手段１０８は、紙面に平行な偏光成分が透過し、かつ紙面に垂直な偏光成分が反射するように、予め光軸調整されている。従って、第１コリメータ光学系１０６Ａから出射された第１送信光Ａ４は、偏光合成分離手段１０８を透過（完全透過）して望遠鏡１０９に空間伝搬する。
【００３７】
望遠鏡１０９において、第１送信光Ａ４（入射コリメートビーム）は、そのビーム径を角度倍率Ｍ倍だけ拡大したコリメート光に変換される。なお、望遠鏡１０９の対物側における有効開口径をＤｔｅｌｅとした場合には、コリメート光の望遠鏡１０９によるけられが生じない条件は、ｄｃｏｌ≦Ｄｔｅｌｅ／Ｍとなる。
【００３８】
また、第１送信光Ａ４のビーム径ｄｃｏｌは、遠距離計測用の送信光として最大の有効開口径を確保するため、次の（５）式に示す関係となる。
【数５】
2010127918.tif 000007
なお、実施の形態１では、実効的な第１送信光Ａ４のビーム径ｄｃｏｌは、例えば、２００ｍｍである。
【００３９】
さらに、第１光ファイバ終端部１００ａと第１コリメータ光学系１０６Ａとの間隔が調整されることにより、第１送信光Ａ４の送受信集光距離Ｆが設定される。実施の形態１では、第１送信光Ａ４の送受信集光距離Ｆが遠方（例えば、２ｋｍ）に設定されている。
【００４０】
次に、実施の形態１の光波レーダ装置の第２送信光Ａ５の伝送経路に関連する構成について説明する。第２送信光Ａ５は、第１偏光９０度回転手段１０７Ａによって、伝送する偏光状態を、紙面に垂直な方向に回転された後、第２光サーキュレータ１０５Ｂを介して第２コリメータ光学系１０６Ｂに伝送される。
【００４１】
第２光ファイバ終端部１００ｂの開口数（ＮＡ）は、０．１に設定（設計）されている。従って、第２コリメータ光学系１０６Ｂの第２焦点距離ｆ２を設定することにより、略平行化される第２送信光Ａ５のビーム径ｄｃｏｌ２を、次の（６）式のように決めることができる。
【数６】
2010127918.tif 000008
【００４２】
第２コリメータ光学系１０６Ｂにより略平行化された第２送信光Ａ５は、偏光合成分離手段１０８を介して望遠鏡１０９に空間的に結合させる。ここで、偏光合成分離手段１０８は、紙面に平行な偏光が透過し、かつ紙面に垂直な偏光状態が反射するように予め光軸調整されており、第２コリメータ光学系１０６Ｂを通過した第２送信光Ａ５が紙面に対して垂直な偏光状態となっている。このため、その第２送信光Ａ５が偏光合成分離手段１０８を反射して望遠鏡１０９に空間伝搬される。
【００４３】
望遠鏡１０９において、第２送信光Ａ５（入射コリメートビーム）は、そのビーム径を角度倍率Ｍ倍だけ拡大したコリメート光に変換される。なお、望遠鏡１０９の対物側における有効開口径をＤｔｅｌｅとした場合、望遠鏡１０９による第２送信光Ａ５のけられが生じない条件はｄｃｏｌ２≦Ｄｔｅｌｅ／Ｍとなる。
【００４４】
また、第２送信光Ａ５のビーム径ｄｃｏｌ２は、近距離での信号対雑音比ＳＮＲを確保するため、次の（７）式に示すものとなる。
【数７】
2010127918.tif 000009
なお、実施の形態１における第２送信光Ａ５の実効的なビーム径は、例えば、対物側のビーム径Ｍ×ｄｃｏｌ２換算で５０ｍｍとなる。
【００４５】
さらに、第２光ファイバ終端部１００ｂと第２コリメータ光学系１０６Ｂとの間隔を調整されることにより、第２送信光Ａ５の集光距離が設定される。なお、実施の形態１では、第２送信光Ａ５の送受信集光距離Ｆが１ｋｍに設定されている。
【００４６】
従って、第１コリメータ光学系１０６Ａ及び第２コリメータ光学系１０６Ｂによって、第１送信光Ａ４及び第２送信光Ａ５のそれぞれの集光距離及びビームが調整される。
【００４７】
次に、実施の形態１の光波レーダ装置の望遠鏡１０９の信号送受信に関連する構成について説明する。第１コリメータ光学系１０６Ａ及び第２コリメータ光学系１０６Ｂを経た第１送信光Ａ４及び第２送信光Ａ５は、偏光合成分離手段１０８によって、互いの直交偏光成分が合成される。この結果、第１送信光Ａ４及び第２送信光Ａ５は、直交２偏光の送信光として望遠鏡１０９の接眼側に送られる。そして、直交２偏光の送信光は、望遠鏡１０９によって、大気中の所望の目標へ向けて照射される。
【００４８】
照射された第１及び第２送信光Ａ４，Ａ５は、観測空間における散乱対象（例えば風速と同じ速度で移動するエアロゾル）により後方散乱され、散乱対象の移動速度に応じたドップラ周波数シフトを受ける。第１送信光Ａ４の後方散乱光、及び第２送信光Ａ５の後方散乱光は、望遠鏡１０９によってその接眼側に、それぞれ第１受信光（遠距離用受信光）Ａ６及び第２受信光（近距離用受信光）Ａ７として収集される。望遠鏡１０９の接眼側に収集された第１及び第２受信光Ａ６，Ａ７は、偏光合成分離手段１０８を通過することによって、互いに分離され、互いに異なる光路へ伝送（結合）される。
【００４９】
ここで、散乱対象のエアロゾルによる後方散乱は、等方的に生じ、後方散乱光に対する偏光回転は無視できる。従って、偏光合成分離手段１０８を透過した第１送信光Ａ４の偏光状態と、第１受信光Ａ６（エアロゾルによる後方散乱光）の偏光状態とは、互いに同一である。このため、第１受信光Ａ６も偏光合成分離手段１０８を透過して、再び第１コリメータ光学系１０６Ａを経て、第１光ファイバ終端部１００ａに集光されて、光ファイバ内に伝送される。
【００５０】
そして、第１光ファイバ終端部１００ａから光ファイバ内に伝送された第１受信光Ａ６は、第１光ファイバサーキュレータ１０５Ａを介して、第１光ヘテロダイン受信機１１０Ａに伝送される。また、第１光カプラ１０２Ａからの第１局部発振光Ａ２は、第１光ヘテロダイン受信機１１０Ａに伝送される。第１光ヘテロダイン受信機１１０Ａは、第１受信光Ａ６及び第１局部発振光Ａ２を光学的に合成する。そして、第１光ヘテロダイン受信機１１０Ａは、合成した第１受信光Ａ６及び第１局部発振光Ａ２を光電変換し、合成した第１受信光Ａ６及び第１局部発振光Ａ２の差分周波数成分の光強度に応じたビート信号を生成する。
【００５１】
第２送信光Ａ５及び第２受信光Ａ７についても、第１送信光Ａ４及び第１受信光Ａ６の場合と同様に、偏光合成分離手段１０８を透過した第２送信光Ａ５の偏光状態と、第２受信光Ａ７（エアロゾルによる後方散乱光）の偏光状態とは、互いに同一である。このため、第２受信光Ａ７も、偏光合成分離手段１０８を反射して、再び第２コリメータ光学系１０６Ｂを経て、第２光ファイバ終端部１００ｂに集光されて、光ファイバ内に伝送される。
【００５２】
そして、第２光ファイバ終端部１００ｂから光ファイバ内に伝送された第２受信光Ａ７は、第２光ファイバサーキュレータ５Ｂを介して、第２光ヘテロダイン受信機１１０Ｂに伝送される。また、第１光カプラ１０２Ａからの第２局部発振光Ａ３は、第２光ヘテロダイン受信機１１０Ｂに伝送される。第２光ヘテロダイン受信機１１０Ｂは、第２受信光Ａ７及び第２局部発振光Ａ３を光学的に合成する。そして、第２光ヘテロダイン受信機１１０Ｂは、合成した第２受信光Ａ７及び第２局部発振光Ａ３を光電変換し、合成した第２受信光Ａ７及び第２局部発振光Ａ３の差分周波数成分の光強度に応じたビート信号を生成する。
【００５３】
信号処理手段１１１は、第１光ヘテロダイン受信機１１０Ａによって生成されたビート信号と、第２光ヘテロダイン受信機１１０Ｂによって生成されたビート信号とを受ける。また、信号処理手段１１１は、各ビート信号をそれぞれＡＤ変換して時系列信号を取得する。さらに、信号処理手段１１１は、時間ゲートごとに、取得した時系列信号をフーリエ変換してパワースペクトルを算出する。
【００５４】
また、信号処理手段１１１は、算出した各パワースペクトルのピーク値から、距離ごとの風速を算出する。即ち、信号処理手段１１１は、第１光ヘテロダイン受信機１１０Ａからのビート信号と第２光ヘテロダイン受信機１１０Ｂからのビート信号とに基づいて、目標の情報を抽出する。なお、信号処理手段１１１は、例えばマイコンやコンピュータ等である。
【００５５】
次に、実施の形態１の光波レーダ装置の計測特性について説明する。図２は、図１の光波レーダ装置の計測特性を示すグラフである。なお、図２では、ＳＮＲ＝４．５ｄＢを、限界値信号対雑音比ＳＮＲｔｈとして示す（図５以降のグラフも同様）。図２において、遠距離計測用の第１送信光Ａ４についての計測距離と、信号対雑音比ＳＮＲとの関係は一点鎖線Ｘ１及び実線Ｘ２のようになる。
【００５６】
図２の一点鎖線Ｘ１及び実線Ｘ２よれば、第１送信光Ａ４についての限界値信号対雑音比ＳＮＲｔｈ=４．５ｄＢ以上の信号対雑音比ＳＮＲとなる計測可能範囲は、０．６９ｋｍから１．８３ｋｍまでとなる。従って、実施の形態１の遠距離側の計測可能範囲は、図１４に示す従来の光波レーダ装置の大口径望遠鏡１００６によって遠距離集光した状態（図１５（ａ））と同様となる。
【００５７】
また、図２において、近距離計測用の第２送信光Ａ５についての計測距離と、信号対雑音比ＳＮＲとの関係は、破線Ｙ１及び実線Ｙ２に示すようになる。図２の破線Ｙ１及び実線Ｙ２によれば、第２送信光Ａ５についての限界値信号対雑音比ＳＮＲｔｈ＝４．５ｄＢ以上の信号対雑音比ＳＮＲとなる計測可能範囲は、０ｋｍから１．３８ｋｍまでとなる。従って、実施の形態１の近距離側の計測可能範囲は、図１４に示す従来の光波レーダ装置の小口径望遠鏡１００７によって近距離集光した状態（図１５（ｂ））と同様になる。
【００５８】
従って、信号処理手段１１１では、第１光ヘテロダイン受信機１１０Ａにより得られた計測結果と、第２光ヘテロダイン受信機１１０Ｂにより得られた計測結果とを合成することにより、図２の実線Ｘ２及び実線Ｙ２に示すような計測距離−信号対雑音比特性が得られる。つまり、実施の形態１の光波レーダ装置の計測可能範囲は、０ｋｍから１．８３ｋｍまでとなる。
【００５９】
ここで、図１４に示すような従来の光波レーダ装置のような望遠鏡１００６，１００７の交換及び集光距離調整を併用する方法では、１回の計測の際の設定で、比較的広い計測可能範囲を同時に得ることは困難であった。また、例えば、図１４に示すような従来の光波レーダ装置に、望遠鏡の集光距離を計測更新時間以内に高速に設定できる装置を付加した場合でも、望遠鏡１００６，１００７を交換する必要があった。
【００６０】
これに対して、実施の形態１の光波レーダ装置では、第１及び第２コリメータ光学系１０６Ａ，１０６Ｂによって、第１送信光Ａ４及び第２送信光Ａ５のそれぞれのビーム径及び集光距離が調整可能となっている。また、第１及び第２コリメータ光学系１０６Ａ，１０６Ｂからの第１及び第２送信光Ａ４，Ａ５が、偏光合成分離手段１０８によって、互いに合成されて、望遠鏡１０９から目標へ向けて照射される。この構成により、互いに異なるビーム径及び集光距離の第１及び第２送信光Ａ４，Ａ５が合成されて望遠鏡１０９から目標へ向けて照射されることにより、望遠鏡の交換をすることなく、視線方向への計測可能範囲を比較的広くすることができるとともに、計測作業の円滑化を図ることができる。
【００６１】
ここで、図１における偏光合成分離手段１０８の代わりに５０:５０の光分岐カプラを用いた光波レーダ装置について簡単に説明する。５０:５０の光分岐カプラを用いた光波レーダ装置では、直交する２つの直線偏光光（Ｐ偏光、Ｓ偏光）を入力すると、Ｐ偏光成分及びＳ偏光成分は、ともに光分岐カプラの透過ポートと反射ポートとに、５０：５０の割合で分岐される。このため、Ｐ偏光成分を第１光ファイバ終端部１００ａから出力させ、Ｓ偏光成分を第２光ファイバ終端部１００ｂから出力させるときに、送受信望遠鏡１０９には、直交する２つの直線偏光光をその入力パワーの５０％しか伝送できない。なお、この現象は、３ｄＢ分の分岐損失に相当する。
【００６２】
これに対して、実施の形態１の光波レーダ装置では、理想的な偏光合成分離手段１０８を用いる場合、直交する２つの直線偏光光（Ｐ偏光、Ｓ偏光）のうちＰ偏光を偏光合成分離手段１０８の偏光主軸に一致させて入力すると、Ｐ偏光成分は偏光合成分離手段１０８の透過ポートに、Ｓ偏光成分は偏光合成分離手段１０８の反射ポートに各々損失無く出力される。この結果、Ｐ偏光成分を第１光ファイバ終端部１００ａから出力させることが可能になるとともに、Ｓ偏光成分を第２光ファイバ終端部１００ｂから出力させることが可能となる。これにより、送受信望遠鏡１０９に損失無く、直交する２つの直線偏光光を伝送することができる。
【００６３】
従って、実施の形態１の光波レーダ装置では、第１及び第２送信光Ａ４，Ａ５には、互いに直交関係を持つ直線偏光成分が用いられ、これらの第１及び第２送信光Ａ４，Ａ５が偏光合成分離手段１０８によって合成・分離される。この構成により、送受信同軸の望遠鏡１０９の接眼側で送受信の際の光路分岐の損失を、５０:５０の光カプラを用いる場合に比較して３ｄＢ改善できる（送信光及び受信光のそれぞれに対して３ｄＢ改善できる）。よって、比較的高感度に後方散乱光を受信することができる。
【００６４】
なお、実施の形態１では、周波数強度変調器１０３の一例として音響光学変調器を示した。しかしながら、周波数強度変調器１０３は、音響光学変調器に限定するものではなく、光周波数のシフトと光強度変調とを実現できるものであればよい。
【００６５】
実施の形態２．
実施の形態１では、遠距離計測用の第１受信光Ａ６と近距離計測用の第２受信光Ａ７とのそれぞれの検波に、互いに独立した第１及び第２光ヘテロダイン受信機１１０Ａ，１１０Ｂを用いた。これに対して、実施の形態２では、第１受信光Ａ６及び第２受信光Ａ７の偏光状態が互いに直交している特徴を利用して、単一の光ヘテロダイン受信機２１０で、第１受信光Ａ６及び第２受信光Ａ７を検波する。
【００６６】
図３は、この発明の実施の形態２による光波レーダ装置を示す構成図である。図３において、各ブロックの接続線は、図１と同様に、太実線は偏光保持光ファイバを示し、細実線は電気信号を示し、破線は空間伝搬光を示す。また、偏光保持光ファイバ内に伝送される光の偏光状態を図３の吹き出し内の矢印の向きで示す。具体的には、図３の上下の矢印は、紙面に対して平行な偏光状態を示し、図３の左右の矢印は、紙面に対して垂直な偏光状態を示す（図４以降も同様）。さらに、実施の形態２以降の図において、先の実施の形態と同一の符号については、先の実施の形態と同一の構成を示す。
【００６７】
図３において、実施の形態２の光波レーダ装置は、第１偏光合成手段２０８Ａと、第１偏光合成手段２０８Ａとをさらに有している。第１偏光合成手段２０８Ａは、第１光カプラ１０２Ａからの第１局部発振光Ａ２と、第１偏光９０度回転手段１０７Ｂからの第２局部発振光Ａ３とを受ける。また、第１偏光合成手段２０８Ａは、受けた第１局部発振光Ａ２及び第２局部発振光Ａ３のそれぞれの直線偏光成分を合成（反射・透過によって光学的に合成）し、直交２偏光の合成局部発振光Ａ２１とする。
【００６８】
第２偏光合成手段２０８Ｂは、第１光サーキュレータ１０５Ａから第１受信光Ａ６と、第２光サーキュレータ１０５Ｂから第２受信光Ａ７とを受ける。また、第２偏光合成手段２０８Ｂは、第１受信光Ａ６及び第２受信光Ａ７のそれぞれの直線偏光成分を合成（反射・透過によって光学的に合成）し、直交２偏光の合成受信光Ａ２２とする。
【００６９】
また、実施の形態２の光波レーダ装置は、実施の形態１における第１光ヘテロダイン受信機１１０Ａ及び第２光ヘテロダイン受信機１１０Ｂに代えて、１つの光ヘテロダイン受信機２１０を有している。光ヘテロダイン受信機２１０は、第１偏光合成手段２０８Ａから合成局部発振光Ａ２１を受ける。また、光ヘテロダイン受信機２１０は、第２偏光合成手段２０８Ｂから合成受信光Ａ２２を受ける。
【００７０】
ここで、光ヘテロダイン受信機２１０と第１偏光合成手段２０８Ａとの間の光路、及び光ヘテロダイン受信機２１０と第２偏光合成手段２０８Ｂとの間の光路は、それぞれ偏光保持光ファイバによって形成されている。この偏光保持光ファイバによって、合成局部発振光Ａ２１及び合成受信光Ａ２２は、それぞれの偏光状態が保持された状態で、光ヘテロダイン受信機２１０に伝わる。
【００７１】
光ヘテロダイン受信機２１０は、合成局部発振光Ａ２１に含まれている第１及び第２局部発振光Ａ２，Ａ３のそれぞれと、合成受信光Ａ２２に含まれている第１及び第２受信光Ａ６，Ａ７のそれぞれとを、インコヒーレント（不干渉）に光電変換する。また、光ヘテロダイン受信機２１０は、第１及び第２受信光Ａ６，Ａ７のそれぞれについて、ヘテロダイン検波によって、第１及び第２局部発振光Ａ２，Ａ３のそれぞれとの差分周波数成分を算出する。
【００７２】
そして、光ヘテロダイン受信機２１０は、算出した差分周波数成分に基づいて、第１及び第２受信光Ａ６，Ａ７のそれぞれについて、ビート信号を生成し、そのビート信号を信号処理手段１１１に送る。信号処理手段１１１は、実施の形態１の場合と同様に、光ヘテロダイン受信機２１０からのビート信号について、ＡＤ変換、時系列毎のフーリエ変換、及びスペクトルピーク検出を実行して、距離毎の風速を算出する。他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００７３】
これにより、実施の形態２の光波レーダ装置でも、先の図２に示すような計測特性を得ることができ、近距離から遠距離までの比較的広い範囲で限界値信号対雑音比ＳＮＲｔｈ以上の風速計測が実現することができる。
【００７４】
上記のような光波レーダ装置によれば、実施の形態１と同様に、比較的広い範囲に渡って、単一の光ヘテロダイン受信機２１０により風速検出を実現可能となる。このため、実施の形態１のものに比較して、第１及び第２偏光合成手段２０８Ａ，２０８Ｂを追加する必要があるものの、第２光ヘテロダイン受信機１１０Ｂが省略される。ここで、第１及び第２偏光合成手段２０８Ａ，２０８Ｂには、電力供給が不要である。従って、実施の形態２の光波レーダ装置では、電力供給を要する第２光ヘテロダイン受信機１１０Ｂを省略したことによって、実施の形態１のものに比べて、電力供給経路及び電気信号伝達経路が簡素化される。この結果、実施の形態２の光波レーダ装置では、実施の形態１のものに比べて、製造コストを低減させることができる。
【００７５】
また、第１及び第２受信光Ａ６，Ａ７の検波に、単一の光ヘテロダイン受信機２１０を用いているので、実施の形態１における第１及び第２光ヘテロダイン受信機１１０Ａ，１１０Ｂ間の感度ばらつき、帯域のちがい、及び雑音特性の違い等を校正する必要がない。このため、製造時や運用時での校正作業や調整作業を軽減させることができ、これによっても、高信頼性化を図ることができる。
【００７６】
実施の形態３．
実施の形態１，２では、種光Ａ１が光ファイバ増幅器１０４によって増幅されて、第１及び第２送信光Ａ４，Ａ５とされた。即ち、第１及び第２送信光Ａ４，Ａ５の増幅率が互いに同一であった。これに対して、実施の形態３では、第１及び第２送信光Ａ４，Ａ５の増幅率が互いに異なっている。
【００７７】
図４は、この発明の実施の形態３による光波レーダ装置を示す構成図である。図４において、実施の形態３の光波レーダ装置は、先の光ファイバ増幅器１０４に代えて、第１及び第２光ファイバ増幅器（光ファイバ増幅手段）３０４Ａ，３０４Ｂを有している。第１及び第２光ファイバ増幅器３０４Ａ，３０４Ｂは、互いに直列に接続されている。ここで、実施の形態３の第２光カプラ１０２Ｂは、第１光ファイバ増幅器３０４Ａと第２光ファイバ増幅器３０４Ｂとの間に介在されている。
【００７８】
第１光ファイバ増幅器３０４Ａは、第１光カプラ１０２Ａから種光Ａ１を受ける。また、第１光ファイバ増幅器３０４Ａは、種光Ａ１を増幅して、第２光カプラ１０２Ｂに送る。増幅後の種光Ａ１の光路は、第２光カプラ１０２Ｂによって、２つの光路に分岐される。第２光カプラ１０２Ｂによって２つに分けられた種光Ａ１は、互いに別々の光路を通って、第２光ファイバ増幅器３０４Ｂと、第１偏光９０度回転手段１０７Ａとに送られる。
【００７９】
第２光ファイバ増幅器３０４Ｂは、第１光ファイバ増幅器３０４Ａによって増幅された種光Ａ１をさらに増幅し、第１送信光Ａ４とする。即ち、第１送信光Ａ４は、第１及び第２光ファイバ増幅器３０４Ａ，３０４Ｂによって、２段階で増幅される。第２光ファイバ増幅器３０４Ａからの第１送信光Ａ４は、第１光サーキュレータ１０５Ａを介して、第１コリメータ光学系１０６Ａへ送られ、実施の形態１，２と同様に扱われる。
【００８０】
また、第１偏光９０度回転手段１０７Ａは、第２光カプラ１０２Ｂからの種光Ａ１の偏光面を９０度回転させて、第２送信光Ａ５とする。即ち、第２送信光Ａ５は、第１光ファイバ増幅器３０４Ａのみによって増幅される。第１偏光９０度回転手段１０７Ａからの第２送信光Ａ５は、第２光サーキュレータ１０５Ｂを介して、第２コリメータ光学系１０６Ｂへ送られ、実施の形態１，２と同様に扱われる。
【００８１】
従って、第１及び第２送信光Ａ４，Ａ５の増幅率が互いに異なっており、第１及び第２送信光Ａ４，Ａ５に出力パワー差が設定されている。なお、第１及び第２送信光Ａ４，Ａ５のそれぞれの出力パワーの一例として、遠距離計測用の第１送信光Ａ４のピークパワーが１０Ｗであり、近距離計測用の第２送信光Ａ５のピークパワーが２Ｗである。他の構成は、実施の形態２と同様である。
【００８２】
次に、実施の形態３の光波レーダ装置の計測特性について説明する。図５は、図４の光波レーダ装置の計測特性を示すグラフである。図５において、遠距離計測用の第１送信光Ａ４についての計測距離と信号対雑音比ＳＮＲとの関係は、一点鎖線Ｘ３及び実線Ｘ４のようになる。図５の一点鎖線Ｘ３及び実線Ｘ４によれば、第１送信光Ａ４の信号対雑音比ＳＮＲの計測距離依存特性は、実施の形態１の第１送信光Ａ４の信号対雑音比ＳＮＲの計測距離依存特性と同様になる。
【００８３】
これに対して、近距離計測用の第２送信光Ａ５についての計測距離と信号対雑音比ＳＮＲとの関係は、実線Ｙ３及び破線Ｙ４のようになる。図５の実線Ｙ３及び破線Ｙ４によれば、第２送信光Ａ５の信号対雑音比ＳＮＲの計測距離依存特性は、実施の形態１の第２送信光Ａ５の信号対雑音比ＳＮＲの計測距離依存特性に比べて、全体的に７ｄＢ低下する。
【００８４】
従って、実施の形態３の光波レーダ装置の計測距離−信号対雑音比特性は、図５の実線Ｙ３及び実線Ｘ４を合成した特性となる。これにより、実施の形態３の光波レーダ装置では、近距離側での信号対雑音比ＳＮＲマージンは減少するものの、実施の形態１，２で得られる計測距離範囲と同等の計測範囲が得られることが分かる。
【００８５】
上記のような光波レーダ装置では、第１及び第２光ファイバ増幅器３０４Ａ，３０４Ｂが互いに直列に接続されており、第１及び第２光ファイバ増幅器３０４Ａ，３０４Ｂ間に第２光カプラ１０２Ｂが配置されている。この構成により、近距離計測を行うための第２送信光Ａ５のパワーを小さく、遠距離計測を行うための第１送信光Ａ４のパワーを大きく設定することが可能となる。また、計測可能範囲全体に渡って、ＳＮＲマージンを平坦にとることができ、実質的な送信パワーや消費電力を低減させることができる。
【００８６】
さらに、第２光カプラ１０２Ｂが第２光ファイバ増幅器３０４Ｂの前段に配置されている。この構成により、第２光カプラ１０２Ｂに入力される光パワーが低減される。この結果、第２光カプラ１０２Ｂの発熱に伴う損傷や、高ピークパワーの光入力による第２光カプラ１０２Ｂの光学コーティング膜の損傷を回避することができる。第２光カプラ１０２Ｂの損傷を回避することができることにより、光波レーダ装置の故障率を比較的低減させることができ、信頼性を比較的高めることができる。
【００８７】
なお、実施の形態３では、実施の形態２と同様に、第１及び第２受信光Ａ６，Ａ７を単一の光ヘテロダイン受信機２１０を用いて検波している。しかしながら、実施の形態１と同様に、第１及び第２光ヘテロダイン受信機１１０Ａ，１１０Ｂを用いて、第１及び第２受信光Ａ６，Ａ７を、互いに独立して検波してもよい。
【００８８】
また、実施の形態３では、第１及び第２光ファイバ増幅器３０４Ａ，３０４Ｂがそれぞれ１段ずつの増幅器構成であったが、第１及び第２光ファイバ増幅器３０４Ａ，３０４Ｂがそれぞれ複数段の増幅器構成であってもよい。つまり、種光Ａ１を３段以上増幅して第１送信光Ａ４としてもよく、また、種光Ａ１を２段以上増幅して第２送信光Ａ５としてもよい。
【００８９】
実施の形態４．
実施の形態１〜３では、第１及び第２送信光Ａ４，Ａ５の２種類のビームを風速計測に用いた。これに対して、実施の形態４では、第１送信光Ａ４、第２送信光Ａ４１及び第３送信光Ａ４３の３種類のビームを風速計測に用いる。
【００９０】
図６は、この発明の実施の形態４による光波レーダ装置を示す構成図である。図６において、実施の形態４の光波レーダ装置は、実施の形態１〜３の第１及び第２光カプラ１０２Ａ，１０２Ｂに加えて、中近合成分離用光カプラとしての第３光カプラ（光路分岐合成カプラ）４０２Ｃをさらに有している。第３光カプラ４０２Ｃは、偏光合成分離手段１０８と第２光サーキュレータ１０５Ｂとの間の光路を２つの光路に分岐するとともに合成する。
【００９１】
また、実施の形態４の光波レーダ装置の光ファイバは、実施の形態１〜３の第１及び第２光ファイバ終端部１００ａ，１００ｂに加えて、第３光ファイバ終端部１００ｃをさらに有している。第２及び第３光ファイバ終端部１００ｂ，ｃは、それぞれ第３光カプラ４０２Ｃによって２つに分岐された光路の終端部を構成している。
【００９２】
さらに、実施の形態４の光波レーダ装置には、実施の形態１〜３の第２コリメータ光学系１０６Ｂに代えて、第２コリメータ光学系４０６Ｂが用いられている。また、光波レーダ装置は、実施の形態１〜３の第１及び第２コリメータ光学系１０６Ａ，４０６Ｂに加えて、第３コリメータ光学系４０６Ｃをさらに有している。第２コリメータ光学系４０６Ｂは、第２光ファイバ終端部１００ｂと偏光合成分離手段１０８との間に配置されている。第３コリメータ光学系４０６Ｃは、第３光ファイバ終端部１００ｃと偏光合成分離手段１０８との間に配置されている。
【００９３】
ここで、実施の形態４の第１偏光９０度回転手段１０７Ａ及び第２光サーキュレータ１０５Ｂを経た光信号（実施の形態１〜３の第２送信光Ａ５）は、第３光カプラ４０２Ｃによって、第２送信光Ａ４１と第３送信光Ａ４２との２つの送信光に分けられる。
【００９４】
第２送信光Ａ４１は、中距離計測用の送信光である。また、第２送信光Ａ４１は、第３光カプラ４０２Ｃから、第２光ファイバ終端部１００ｂ及び第２コリメータ光学系４０６Ｂを経て偏光合成分離手段１０８へ送られる。第３送信光Ａ４２は、近距離計測用の送信光である。また、第３送信光Ａ４２は、第３光カプラ４０２Ｃから、第３光ファイバ終端部１００ｃ及び第３コリメータ光学系４０６Ｃを経て偏光合成分離手段１０８へ送られる。
【００９５】
ここで、望遠鏡１０９における第１送信光Ａ４の光軸は、実施の形態１〜３における第１送信光Ａ４の光軸と同様である。これに対して、第２及び第３送信光Ａ４１，Ａ４２のそれぞれの光軸は、互いに平行で、かつ望遠鏡１０９の対物面で互いに重ならないように配置されている。即ち、第２及び第３送信光Ａ４１，Ａ４２のそれぞれの光軸が互いに平行で、かつ望遠鏡１０９の対物面で互いに重ならないように、第２及び第３光ファイバ終端部１００ｂ，１００ｃ並びに第２及び第３コリメータ光学系４０６Ｂ，４０６Ｃのそれぞれの向きが予め調整されている。
【００９６】
次に、図６の光波レーダ装置の第２及び第３送信光Ａ４１，Ａ４２の伝送経路に関する構成について説明する。第２コリメータ光学系４０６Ｂは、第２送信光Ａ４１を略平行化するとともに、第２送信光Ａ４１のビーム径及び集光距離を設定する。具体的には、第２光ファイバ終端部１００ｂと第２コリメータ光学系４０６Ｂとの間の間隔を調整することにより、中距離計測用の第２送信光Ａ４１の集光距離が設定される。なお、第２送信光Ａ４１の集光距離の一例としては、０．８ｋｍである。
【００９７】
また、第２送信光Ａ４１のビーム径ｄｃｏｌ３は、次の（８）式で表すように設定される。なお、第３送信光Ａ４２のビーム径ｄｃｏｌ３の一例としては、１００ｍｍである。
【数８】
2010127918.tif 000010
但し、Ｄｔｅｌｅは、望遠鏡１０９の対物側における有効開口径を示し、Ｍは、望遠鏡１０９の角度倍率を示す。
【００９８】
第３コリメータ光学系４０６Ｃは、第３送信光Ａ４２を略平行化するとともに、第３送信光Ａ４２のビーム径及び集光距離を調整する。具体的には、第３光ファイバ終端部１００ｃと第３コリメータ光学系４０６Ｃの間の間隔を調整することにより、近距離計測用の第３送信光Ａ４２の集光距離が設定される。なお、第３送信光Ａ４２の集光距離の一例としては、０．５ｋｍである。
【００９９】
また、近距離計測用の第３送信光Ａ４２のビーム径ｄｃｏｌ４を、次の（９）式で表されるように設定する。なお、第３送信光Ａ４２のビーム径ｄｃｏｌ４の一例としては、実施の形態１と同様に、５０ｍｍである。
【数９】
2010127918.tif 000011
【０１００】
ここで、第２光カプラ１０２Ｂと第３光カプラ４０２Ｃとの分岐比（分配比）を設定することにより、遠距離計測用の第１送信光Ａ４、中距離計測用の第２送信光Ａ４１、及び近距離計測用の第３送信光Ａ４２のそれぞれのパワーを調整することができる。例えば、実施の形態４では、第１送信光Ａ４のピークパワーを１０Ｗとし、第２及び第３送信光Ａ４１，Ａ４２のピークパワーを各２Ｗとする。これらのパワーは、設置環境や製品仕様等に応じて適宜変更可能である。他の構成は、実施の形態１，２と同様である。
【０１０１】
次に、図６の光波レーダ装置の計測特性について説明する。図７は、図６の光波レーダ装置の計測特性を示すグラフである。図７において、遠距離計測用の第１送信光Ａ４についての計測距離と信号対雑音比ＳＮＲとの関係は、一点鎖線Ｘ５及び実線Ｘ６のようになる。図７の一点鎖線Ｘ５及び実線Ｘ６によれば、第１送信光Ａ４の信号対雑音比ＳＮＲの計測距離依存特性は、実施の形態１，３の第１送信光Ａ４の信号対雑音比ＳＮＲの計測距離依存特性と同様になる。
【０１０２】
また、中距離計測用の第２送信光Ａ４１についての計測距離と信号対雑音比ＳＮＲとの関係は、図７の二点破線Ｙ５、実線Ｙ６及び二点破線Ｙ７のようになる。図７の二点破線Ｙ５、実線Ｙ６及び二点破線Ｙ７によれば、第２送信光Ａ４１の信号対雑音比ＳＮＲの計測距離依存特性は、計測距離０．７ｋｍ付近で信号対雑音比ＳＮＲのピークが生じていることが分かる。
【０１０３】
さらに、近距離計測用の第３送信光Ａ４２についての計測距離と信号対雑音比ＳＮＲとの関係は、図７の実線Ｚ１及び破線Ｚ２のようになる。図７の実線Ｚ１及び破線Ｚ２によれば、第３送信光Ａ４２の信号対雑音比ＳＮＲの計測距離依存特性は、図５に示す実施の形態３の第２送信光Ａ５の信号対雑音比ＳＮＲの計測距離依存特性と同様になる。
【０１０４】
従って、実施の形態４の光波レーダ装置の計測距離−信号対雑音比特性は、図７の実線Ｚ１、実線Ｙ６及び実線Ｘ６を合成した特性となる。これにより、実施の形態４の光波レーダ装置では、実施の形態３の光波レーダ装置の計測距離−信号対雑音比特性に比べて、計測距離０．７ｋｍ付近における信号対雑音比ＳＮＲの低下が改善されている。この結果、実施の形態４の光波レーダ装置では、実施の形態１〜３の光波レーダ装置と同等の計測範囲が得られるとともに、全体としてより平坦な距離信号対雑音比ＳＮＲ特性が実現できていることが分かる。
【０１０５】
上記のような光波レーダ装置では、遠距離計測用の第１送信光Ａ４と近距離計測用の第３送信光Ａ４２とに加えて、中距離計測用の第２送信光Ａ４１が用いられている。この構成により、近距離から遠距離に渡って、平坦な信号対雑音比ＳＮＲマージンをもった風速計測を実現することができる。このため、図１４に示すような従来の光波レーダ装置の小口径望遠鏡１００７の近距離集光時に存在した過剰な信号対雑音比ＳＮＲマージン（図１５（ｂ））や、大口径望遠鏡１００６の遠距離集光時の近距離側での信号対雑音比ＳＮＲマージン不足（図１５（ａ））を改善することができる。この結果、同一の送信パワーにおいて、図１４に示すような従来の光波レーダ装置よりも、計測可能範囲を広げることができ、消費電力を低減させることができる。
【０１０６】
ここで、偏光合成分離手段１０８による偏光合成では、異なる口径のビームを２系統までしか合成できない。このため、３種類以上のビーム径を組み合わせて同一の望遠鏡１０９で空間照射するために第３光カプラ４０２Ｃ（光路分岐合成カプラ）を用いて合成するが、この第３カプラ４０２Ｃの光波合成の際に余剰損失が発生する（例えば５０：５０カプラを用いる際、シングルパスで３ｄＢ）。これにより、実施の形態４の光波レーダ装置では、ＳＮＲ確保の観点から、より大きな出力パワーが必要な遠距離測定には光波合成による余剰損失が発生しない偏光合成分離手段１０８を用いて光路分岐合成を行い、比較的低パワーでＳＮＲを確保できる中距離計測及び近距離計測には第３光路分岐合成カプラ４０２Ｃを用いて光路分岐合成を行う。
【０１０７】
従って、実施の形態４の光波レーダ装置では、遠距離計測に比べて所要送信パワーの小さな中距離計測及び近距離計測のための送信光の分岐には、遠距離計測に比べてＳＮＲマージンに余裕があることにより、第３光カプラ４０２Ｃ（通常の光分岐カプラ）が用いられる。また、中距離計測及び近距離計測に比べて大きな所要送信パワーが必要となる遠距離計測用の送信光との分岐には偏光合成分離手段１０８が用いられる。これによって、実質的な送信パワーを比較的低減させることが可能となり、低消費電力化に寄与する
【０１０８】
なお、実施の形態４では、光ファイバ増幅器１０４の１段構成によって、種光Ａ１を増幅していた。しかしながら、この例に限定するものではなく、実施の形態３のように、光ファイバ増幅器を複数用いて、種光を多段増幅させてもよい。
【０１０９】
また、光ファイバ増幅器を複数用いる場合において、互いに直列に接続されている光ファイバ増幅器同士の間（中継部分）に、第２光カプラ１０２Ｂを設けてもよい。つまり、初段の光ファイバ増幅器によって増幅された種光を、第２光カプラ１０２Ｂによって、遠距離測定用の第１送信光Ａ４と中距離・近距離測定用の第２及び第３送信光Ａ４１，Ａ４２とに分けてもよい。この場合、遠距離計測用の送信パワーと中距離・近距離計測用の送信パワーとの差を大きく設定することができる。この結果、計測可能範囲をより広くすることができる。
【０１１０】
実施の形態５．
実施の形態４では、単一波長で発振された基準光Ａ１から３種類の第１〜第３送信光Ａ４，Ａ４１，Ａ４２が生成された。これに対して、実施の形態５では、異なる波長の第１〜第３基準光Ａ５１，Ａ５２，Ａ５３から、それぞれ第１〜第３送信光Ａ５６，Ａ５７，Ａ５８が生成される。
【０１１１】
図８は、この発明の実施の形態５による光波レーダ装置を示す構成図である。図８において、実施の形態５の光波レーダ装置は、実施の形態１〜４の基準光源１０１に代えて、第１〜第３基準光源（複数の基準光源部）５０１Ａ〜５０１Ｃを有している。第１〜第３基準光源５０１Ａ〜５０１Ｃは、それぞれ波長の異なる基準光Ａ５１〜Ａ５３を生成する。第１〜第３基準光Ａ５１〜Ａ５３の波長は、それぞれλ１〜λ３である。
【０１１２】
また、実施の形態５の光波レーダ装置は、第１波長合成手段（基準光合成手段）５１２Ａ、及び第２波長合成手段（受信光合成手段）５１２Ｂをさらに有している。第１及び第２波長合成手段５１２Ａ，５１２Ｂは、波長の異なる複数の光信号を合成して１つの光信号とする。さらに、実施の形態５の光波レーダ装置は、実施の形態１〜４の第１光カプラ１０２Ａに代えて、光カプラ（光路分岐手段）５０２を有している。光カプラ５０２は、実施の形態１〜４の第１光カプラ１０２Ａと同様に、１つの光路を複数の光路に分岐する。
【０１１３】
さらに、実施の形態５の光波レーダ装置は、実施の形態１〜４の偏光合成分離手段１０８に代えて、波長合成分離手段（光合成手段）５０８を有している。波長合成分離手段５０８には、波長λ１の光信号のみが透過し波長λ２及び波長λ３の光信号が反射するように予め光軸調整された波長フィルタが用いられる。
【０１１４】
また、実施の形態５の光波レーダ装置は、実施の形態１〜４の第２光カプラ１０２Ｂに代えて、波長分離手段５１３を有している。波長分離手段５１３は、入力された光信号を、その光信号に含まれる波長毎に分離する。
【０１１５】
さらに、実施の形態５の光波レーダ装置は、実施の形態１〜４の第１及び第２光サーキュレータ１０５Ａ，１０５Ｂに加えて、第３光サーキュレータ５０５Ｃを有している。第３光サーキュレータ５０５Ｃの機能は、実施の形態１〜４の第１及び第２光サーキュレータ１０５Ａ，１０５Ｂの機能と同様である。なお、実施の形態５の光波レーダ装置の周波数強度変調器１０３及び光ファイバ増幅器１０４は、変調増幅手段を構成している。他の構成は、実施の形態１，２，４と同様である。
【０１１６】
ここで、基準光Ａ５１〜Ａ５３の波長λ１〜λ３は、光ファイバ増幅器１０４の増幅波長帯域内に設定されている。光ファイバ増幅器１０４には、例えば、Ｅｒｂｉｕｍ添加光ファイバ増幅器が用いられる。このＥｒｂｉｕｍ添加光ファイバ増幅器の増幅帯域は、１．５３μｍ〜１．５６μｍ帯（標準波長１．５５μｍ帯）である。従って、この増幅帯域の範囲内で、波長λ１〜λ３をそれぞれ異なる値に設定することによって、全ての波長の光信号が同時に増幅される。
【０１１７】
次に、図８の光波レーダ装置の各光信号の送受信について説明する。基準光Ａ５１〜Ａ５３は、第１波長合成手段５１２Ａによって合成される。合成された基準光Ａ５１〜Ａ５３は、光カプラ５０２によって、合成種光Ａ５４と、合成局部発振光Ａ５５とに分けられる。
【０１１８】
光カプラ１０２Ａからの合成種光Ａ５４は、周波数強度変調器１０３による周波数及び光強度変調を受けて、光ファイバ増幅器１０４によって増幅され、波長分離手段５１３に送られる。そして、合成種光Ａ５４は、波長分離手段５１３によって、遠距離測定用の第１送信光Ａ５６と、中距離測定用の第２送信光Ａ５７と、近距離測定用の第３送信光Ａ５６〜Ａ５８とに分けられる。
【０１１９】
第１送信光Ａ５６は、第１光サーキュレータ１０５Ａ及び第１光ファイバ終端部１００ａを介して、第１コリメータ光学系１０６Ａに伝送される。そして、第１送信光Ａ５６は、第１コリメータ光学系１０６Ａによって、略平行化される。これとともに、第１送信光Ａ５６は、実施の形態１，２のように、第１コリメータ光学系１０６Ａによって、ビーム径及び集光距離が調整される。なお、調整後の第１送信光Ａ５６のビーム径の一例は、２００ｍｍであり、調整後の第１送信光Ａ５６の集光距離の一例は、２ｋｍである。そして、第１コリメータ光学系１０６Ａを経た第１送信光Ａ５６は、波長合成分離手段５０８に入射される。
【０１２０】
一方、第２送信光Ａ５７は、第２光サーキュレータ１０５Ｂ及び第２光ファイバ終端部１００ｂを介して、第２コリメータ光学系４０６Ｂに伝送される。そして、第２送信光Ａ５７は、第２コリメータ光学系４０６Ｂによって、略平行化される。これとともに、第２送信光Ａ５７は、実施の形態１，２と同様に、第２コリメータ光学系４０６Ｂによって、ビーム径及び集光距離が調整される。なお、調整後の第２送信光Ａ５７のビーム径の一例は、１００ｍｍであり、調整後の第２送信光Ａ５７の集光距離の一例は、０．８ｋｍである。そして、第２コリメータ光学系４０６Ｂを経た第２送信光Ａ５７は、波長合成分離手段５０８に入射される。
【０１２１】
他方、第３送信光Ａ５８は、第３光サーキュレータ５０５Ｃ及び第３光ファイバ終端部１００ｃを介して、第３コリメータ光学系４０６Ｃに伝送される。そして、第３送信光Ａ５８は、第３コリメータ光学系４０６Ｃによって、略平行化される。これとともに、第３送信光Ａ５８は、実施の形態４を同様に、第３コリメータ光学系４０６Ｃによって、ビーム径及び集光距離が調整される。なお、調整後の第３送信光Ａ５８のビーム径の一例は、５０ｍｍであり、調整後の第３送信光Ａ５８の集光距離の一例は、０．５ｋｍである。そして、第３コリメータ光学系４０６Ｃを経た第３送信光Ａ５８は、波長合成分離手段５０８に入射される。
【０１２２】
波長合成分離手段５０８に入射された第１〜第３送信光Ａ５６〜Ａ５８は、波長合成分離手段５０８によって、１つの送信光に合成されて、望遠鏡１０９の接眼側に送られる。そして、合成された送信光Ａ５６〜Ａ５８は、望遠鏡１０９から大気中の所望の目標へ向けて照射される。
【０１２３】
望遠鏡１０９から大気中に照射された第１〜第３送信光Ａ５６〜Ａ５８は、実施の形態１，２，４と同様に、観測空間における散乱対象（たとえば風速と同じ速度で移動するエアロゾル）により後方散乱され、散乱対象の移動速度に応じたドップラ周波数シフトを受ける。そして、大気中の散乱対象からの後方散乱光は、望遠鏡１０９により収集され、波長合成分離手段５０８へと導かれる。波長合成分離手段５０８へ導かれた後方散乱光波、波長合成分離手段５０８によって、波長成分毎に分離され、第１〜第３受信光Ａ５９〜Ａ６１とされる。
【０１２４】
ここで、エアロゾルによる後方散乱は、等方的に生じる。また、後方散乱光におけるエアロゾルの移動に伴うドップラシフトは、波長変化に換算すると無視できる程度に小さい。例えば、波長１．５５μｍを用いてドップラシフトを観測する場合には、１０ｍ／ｓの移動速度に対するドップラシフトは、約１３ＭＨｚである。この値を、波長変化の長さに換算すると、約０．１ｐｍである。これに対して、λ１，λ２，λ３の波長間隔は、ドップラシフトによる波長変化の長さよりも十分大きな波長間隔となるように設定されている。なお、λ１，λ２，λ３の波長間隔の一例は、１０ｎｍ等である。
【０１２５】
従って、後方散乱光におけるエアロゾルの移動に伴うドップラシフトが波長変化に換算すると無視できる程度に小さいため、後方散乱光による第１〜第３受信光Ａ５９〜Ａ６１の波長と、第１〜第３送信光Ａ５６〜Ａ５８の波長とはほぼ同一である。この結果、第１〜第３受信光Ａ５９〜Ａ６１は、それぞれ第１〜第３送信光Ａ５６〜Ａ５８と同一の光路を通る。
【０１２６】
そして、第１〜第３受信光Ａ５９〜Ａ６１は、それぞれ第１〜第３光サーキュレータ１０５Ａ，１０５Ｂ，５０５Ｃによって、第２波長合成手段５１２Ｂへ導かれる。第２波長合成手段５１２Ｂへ導かれた第１〜第３受信光Ａ５９〜Ａ６１は、第２波長合成手段５１２Ｂによって合成されて、合成受信光Ａ６２とされ、光ヘテロダイン受信機２１０へ送られる。
【０１２７】
また、光ヘテロダイン受信機２１０は、光カプラ５０２からの合成局部発振光Ａ５５を受けて、合成受信光Ａ６２と合成局部発振光Ａ５５とを混合（ミキシング）して光電変換する。さらに、光ヘテロダイン受信機２１０は、合成受信光Ａ６２の波長λ１，λ２，λ３毎に、差分周波数成分を算出する。そして、光ヘテロダイン受信機２１０は、算出した差分周波数成分に基づいて、合成受信光Ａ６２の波長λ１，λ２，λ３毎に、ビート信号を生成し、そのビート信号を信号処理手段１１１に送る。信号処理手段１１１による信号処理については、実施の形態４と同様である。以上によって、実施の形態５の光波レーダ装置では、実施の形態４の光波レーダ装置と同様に、図７に示すような計測特性が得られる。
【０１２８】
ここで、実施の形態４の光波レーダ装置では、中距離と近距離との光路分岐に第３光カプラ４０２Ｃを用いる構成としていたため、例えば、第３光カプラ４０２Ｃに５０：５０の偏光保持分岐カプラを用いる場合には、第１偏光９０度回転手段１０７Ａを経た種光Ａ１のパワーは各々１／２ずつ分配される。一方、第２及び第３コリメータ光学系４０６Ｂ，４０６Ｃからのそれぞれの受信光は、第３光カプラ４０２Ｃによって１／２に減衰される。これに対して、実施の形態５では、波長合成分離手段５０８の各波長に対する透過又は反射により、第１〜第３送信光Ａ５６〜Ａ５８が合成されるとともに、第１〜第３受信光Ａ５９〜Ａ６１が分離される。このため、理想的には、光路損失は無視できる。従って、光路損失を低減することができ、高感度化及び低消費電力化を図ることができる。
【０１２９】
また、実施の形態４の光波レーダ装置では、第１〜第３送信光Ａ５６〜Ａ５８が合成されて望遠鏡１０９から所望の目標へ照射されるので、実施の形態１の光波レーダ装置と同様に、望遠鏡の交換をすることなく、視線方向への計測可能範囲を比較的広くすることができるとともに、計測作業の円滑化を図ることができる。
【０１３０】
なお、実施の形態５では、基準光の波長が波長λ１〜λ３の３種類であったが、基準光の波長は、光ファイバ増幅器の利得帯域の範囲内であれば、４種類以上であってもよい。この場合、各波長に対してビーム径、焦点距離を段階的に設定することによって、より平坦な距離信号対雑音比ＳＮＲ特性を実現することが可能となる。この結果、より広範囲の計測可能距離を平坦な計測特性で計測することが可能となる。
【０１３１】
また、実施の形態５では、波長合成分離手段５０８には、波長λ１のみが透過し、波長λ２及び波長λ３が反射するように予め光軸調整された波長フィルタが用いられた。しかしながら、波長合成分離手段５０８として、波長λ１のみが反射し、波長λ２及び波長λ３がそれぞれ透過する波長フィルタを用いてもよい。
【０１３２】
実施の形態６．
実施の形態３では、直列に接続された第１及び第２光ファイバ増幅器３０４Ａ，３０４Ｂ間に第２光カプラ１０２Ｂが介在され、近距離計測用の送信パワーと遠距離計測用の送信パワーとの間に出力差が設定された。これに対して、実施の形態６では、第１及び第２光ファイバ増幅器３０４Ａ，３０４Ｂ間に第２周波数強度変調器６０３Ｂが介在されており、第２周波数強度変調器６０３Ｂが、入力されたトリガ信号に応じて、種光Ａ１の出力先を第１及び第２光信号Ａ４，Ａ５の一方に切り替える。
【０１３３】
図９は、この発明の実施の形態６による光波レーダ装置を示す構成図である。図９において、実施の形態６の光波レーダ装置は、実施の形態１〜４の周波数強度変調器１０３及び第２光カプラ１０２Ｂに代えて、第１及び第２周波数強度変調器６０３Ａ，６０３Ｂを有している。また、実施の形態６の光波レーダ装置は、駆動信号としてのトリガ信号を発生（生成）するトリガ信号発生器（駆動信号生成手段）６１４をさらに有している。
【０１３４】
第１周波数強度変調器６０３Ａは、トリガ信号発生器６１４からのトリガ信号のパルス波が入力されたことに応じて、入力された種光を変調して、第１光ファイバ増幅器３０４Ａへ送る。第２周波数強度変調器６０３Ｂは、第１及び第２光ファイバ増幅器３０４Ａ，３０４Ｂ間に介在されている。
【０１３５】
また、第２周波数強度変調器６０３Ｂは、例えば、音響光学素子（ＡＯＭ）である。さらに、第２周波数強度変調器６０３Ｂは、０次出力ポートと１次出力ポート（１次回折ポート）とを有している。第２周波数強度変調器６０３Ｂの０次出力ポートは、第１偏光９０度回転手段１０７Ａへの光路に接続されている。第２周波数強度変調器６０３Ｂの１次出力ポートは、第２光ファイバ増幅器３０４Ｂへの光路に接続されている。
【０１３６】
第２周波数強度変調器６０３Ｂは、トリガ信号発生器６１４からのトリガ信号のパルス波が入力されたことに応じて、入力された種光を変調して、第２光ファイバ増幅器３０４Ｂへ送る（１次出力ポートから変調後の種光を出力する）。一方、第２周波数強度変調器６０３Ｂは、トリガ信号発生器６１４からのトリガ信号のパルス波が入力されていないときには、入力された種光を変調せずに、第１偏光９０度回転手段１０７Ａへ送る（０次出力ポートから種光を出力する）。
【０１３７】
ここで、第１周波数強度変調器６０３Ａに対するトリガ信号のパルス波と、第２周波数強度変調器６０３Ｂに対するトリガ信号のパルス波とは、互いに同期し、かつ互いに周期が異なっている。第１周波数強度変調器６０３Ａが繰り返し周波数Ｆのパルス波で駆動される場合、第２周波数強度変調器６０３Ｂが繰り返し周波数Ｆ／２のパルス波で駆動される。他の構成は、実施の形態１〜３と同様である。
【０１３８】
図１０は、図９の各機器の信号出力タイミングを示す波形図である。図１０（ａ）は、第１光ファイバ増幅器３０４Ａの出力パワーの時間変化を示す。図１０（ｂ）は、第２周波数強度変調器６０３Ｂの０次光出力の時間変化を示す。図１０（ｃ）は、第２周波数強度変調器６０３Ｂの１次光出力の時間変化を示す。図１０（ｄ）は、第２光ファイバ増幅器３０４Ｂの出力パワーの時間変化を示す。図１０（ｅ）は、第２光ヘテロダイン受信機１１０Ｂの出力信号の時間変化を示す。図１０（ｆ）は、第１光ヘテロダイン受信機１１０Ａの出力信号の時間変化を示す。
【０１３９】
図１０において、第２光ファイバ増幅器３０４Ｂは、図１０（ｃ）に示すパルスＯＮの時間に対応する入力光を増幅して、図１０（ｄ）に示す出力信号となる。この第２光ファイバ増幅器３０４Ｂの出力信号が、遠距離計測用の第１送信光となる。
【０１４０】
一方、第２周波数強度変調器６０３Ｂの１次光と０次光とは相補的な出力となるため、図１０（ｂ），（ｃ）に示すように、１次光出力のパルスＯＦＦ期間が０次光出力のＯＮ期間となる。従って、図１０（ｂ）に示すような１次光出力と同じ周期で半周期ずれたパルス出力となる。この第２周波数強度変調器６０３Ｂの０次光出力が近距離計測用の第２送信光となる。
【０１４１】
第１光ヘテロダイン受信機１１０Ａでは、図１０（ｆ）に示すように、図１０（ｄ）の送信光のパルス波の発生と同時刻に、望遠鏡１０９の内面反射光成分と局部発振光とのビート信号が比較的大きなレベルで出力される。これに続いて、第１光ヘテロダイン受信機１１０Ａでは、大気からの後方散乱光成分のエコー（即ち受信光）と局部発振光とのビート信号が出力される。
【０１４２】
この大気エコー信号を信号処理手段１１１が周波数解析することによって風速検出が行われる。また、送信光のパルス波が発生してから、所望の目標である大気エコー成分までの遅延時間が大きくなるほど遠方からの信号を意味する。即ち、パルス波の繰り返し周期が長いほど、信号処理できる風速計測距離の範囲が大きくなる。従って、実施の形態６では、第１光ヘテロダイン受信機１１０Ａが、第１光ファイバ増幅器３０４Ａの出力光の繰り返し周期の２倍の周期で観測することになるため、信号処理可能な風速計測距離の範囲を、実施の形態３の光波レーダ装置に比べて、２倍に拡大することができる。
【０１４３】
第２光ヘテロダイン受信機１１０Ｂでは、図１０（ｅ）に示すように、図１０（ｂ）の送信光のパルス波の発生と同時刻に、望遠鏡１０９の内面反射光成分と局部発振光とのビート信号が比較的大きなレベルで出力される。これに続いて、第２光ヘテロダイン受信機１１０Ｂでは、大気からの後方散乱光成分のエコー（即ち受信光）と局部発振光とのビート信号が出力される。従って、第２光ヘテロダイン受信機１１０Ｂの信号処理可能な風速計測距離の範囲は、第１光ヘテロダイン受信機１１０Ａと同等となる。
【０１４４】
上記のような光波レーダ装置では、第１光ファイバ増幅器３０４ＡのパルスＯＦＦ期間に発生した自然放出光成分を第２周波数強度変調器６０３Ｂにより抑圧することが可能となる。この結果、第１光ファイバ増幅器３０４Ａの自然放出光成分が第２光ファイバ増幅器３０４Ｂの入力される前に遮断される。このため、第２光ファイバ増幅器３０４Ｂの励起エネルギーが第１光ファイバ増幅器３０４Ａの自然放出光の増幅のために奪われることなく、自然放出光による増幅効率の低下を抑えることができる。従って、自然放出光による雑音成分を抑制することができる。
【０１４５】
なお、実施の形態６では、実施の形態１と同様に、第１及び第２光ヘテロダイン受信機１１０Ａ，１１０Ｂを用いて検波していたが、実施の形態２のように単一の光ヘテロダイン受信機２１０を用いて検波してもよい。
【０１４６】
実施の形態７．
実施の形態１〜６の光波レーダ装置は、図１４に示すような従来の光波レーダ装置よりも、測定可能範囲を拡大させるものであった。これに対して、実施の形態７の光波レーダ装置は、測定可能範囲を所望の範囲に変化させるものである。
【０１４７】
図１１は、この発明の実施の形態７による光波レーダ装置を示す構成図である。この図１１において、実施の形態７の光波レーダ装置の一連の光路は、光ファイバ（図の太実線）によって形成されている。この光ファイバは、光ファイバ終端部７００ａを有している。また、実施の形態７の光波レーダ装置は、基準光源（基準光源部）７０１、光カプラ（光路分岐手段）７０２、周波数強度変調器（増幅変調手段）７０３、光ファイバ増幅器（光ファイバ増幅手段）７０４、光サーキュレータ７０５、望遠鏡（送受信光学系）７０６、光ヘテロダイン受信機（光ヘテロダイン受信部）７０７及び信号処理手段７０８を有している。
【０１４８】
基準光源７０１は、単一波長のレーザ光である基準光を発振する。基準光源７０１からの基準光の光路は、光カプラ７０２によって、２つの光路に分岐されている。光カプラ７０２からの２つの光路のうちの一方は、周波数強度変調器７０３に接続されている。また、光カプラ７０２からの２つの光路のうちの他方は、光ヘテロダイン受信機７０７に接続されている。光カプラ７０２からの基準光は、局部発振光として光ヘテロダイン受信機７０７に送られる。
【０１４９】
また、光カプラ７０２からの基準光は、種光として周波数強度変調器７０３に送られる。周波数強度変調器７０３は、種光の光強度及び周波数を変調し、変調後の種光を光ファイバ増幅器７０４へ送る。光ファイバ増幅器７０４は、周波数強度変調器７０３から受けた種光を所定のピークパワーまで光増幅する。そして、光ファイバ増幅器７０４は、その増幅後の種光を送信光として、光サーキュレータ７０５及び光ファイバ終端部７００ａを介して望遠鏡７０６へ送る。
【０１５０】
ここで、光ファイバに偏光保持シングルモードファイバを用いて、送信光の高ピーク出力をさせる場合には、ファイバ内で誘導ブリルアン散乱（以下、ＳＢＳ）による後方散乱が誘起される。このため、光ファイバ増幅器７０４による出力ピークパワーは、ＳＢＳが発生する閾値以下に設定する。一般的に、風計測光波レーダ装置に使用する０．１〜１μｓｅｃのパルス幅に対してＳＢＳが発生する閾値は、１０〜２０Ｗ程度である。
【０１５１】
望遠鏡７０６は、光ファイバ終端部７００ａに接続されている。また、望遠鏡７０６は、送信光の集光距離と出射ビーム口径とを独立して調整可能となっており、かつ送受信同軸となっている。さらに、望遠鏡７０６は、光ファイバ終端部７００ａからの送信光を空中の所望の目標へ向けて照射する。また、望遠鏡７０６は、空中へ照射された送信光がエアロゾル等に当たってなる後方散乱光を収集し、その後方散乱光を受信光として受ける。
【０１５２】
望遠鏡７０６によって収集された後方散乱光は、光ファイバ終端部７００ａから、光サーキュレータ７０５を介して、光ヘテロダイン受信機７０７に伝わる。光ヘテロダイン受信機７０７は、光カプラ７０２からの局部発振光と、望遠鏡７０６からの受信光とを光学的に合成し、光電変換する。そして、光ヘテロダイン受信機７０７は、後方散乱光と局部発振光との差分周波数成分の光強度に応じた電気信号を、ビート信号として生成する。
【０１５３】
信号処理手段７０８は、光ヘテロダイン受信機７０７からの差分周波数のビート信号を受けて、そのビート信号をＡＤ変換して時系列信号を取得する。そして、信号処理手段７０８は、その時系列信号を、時間ゲート毎にフーリエ変換して、パワースペクトルを算出し、そのパワースペクトルに基づいて、所望の目標の風速等を計測する。
【０１５４】
ここで、望遠鏡７０６は、送信光の集光距離を調整するための集光距離駆動機構７１０と、送信光の出射ビーム口径を調整するためのビーム径調整機構７１１とを有している。集光距離駆動機構７１０及びビーム径調整機構７１１は、それぞれ駆動部（例えばモータ、電磁石等のアクチュエータ）を含んでいる。集光距離駆動機構７１０の駆動部は、信号処理手段７０８からの制御信号の制御指令値に応じて、送信光の集光距離を調整する。集光距離駆動機構７１０及びビーム径調整機構７１１の駆動部は、信号処理手段７０８からの制御信号の制御指令値に応じて、送信光の出射ビーム口径を調整する。
【０１５５】
次に、実施の形態７の望遠鏡７０６について具体的に説明する。図１２は、図１１の望遠鏡７０６を具体的に示す構成図である。図１２（ａ）は、小口径・アフォーカル状態の望遠鏡７０６を示す。また、図１２（ｂ）は、大口径・アフォーカル状態の望遠鏡７０６を示す。図１２（ｃ）は、大口径・集光状態の望遠鏡７０６を示す。
【０１５６】
図１２において、望遠鏡７０６は、コリメータ光学系７２０、第１凹レンズ７２１、第１凸レンズ７２２、第２凹レンズ７２３及び第２凸レンズ７２４を有している。コリメータ光学系７２０は、光ファイバ終端部７００ａに接続されている。第１凹レンズ７２１、第１凸レンズ７２２、第２凹レンズ７２３及び第２凸レンズ７２４は、アフォーカル光学系を構成している。なお、図１２における符号７２５は、望遠鏡７０６の対物側、即ち第２凸レンズ７２４の対物側から平行光が入射された場合の集光点を示す。
【０１５７】
光ファイバ終端部７００ａから出力された送信光は、点基準光源として扱うことができ、この点基準光源と集光点７２５とが結像関係となるように、コリメータ光学系７２０と第１凹レンズ７２１と第１凸レンズ７２２との光学配置が調整される。
【０１５８】
いま、第１凸レンズ７２２の焦点距離をＦ'とし、光ファイバ終端部７００ａから集光点７２５までの距離をＬ０としたとき、第１凸レンズ７２２の集光点７２５からの距離を（１０）式及び（１１）式で示すＬｆａｒ，Ｌｎｅａｒの値に設定した場合に結像関係を満足する。
【数１０】
2010127918.tif 000012
【数１１】
2010127918.tif 000013
【０１５９】
また、上記の（１０）式に対応する結像倍率Ｍｆａｒは、幾何光学により、次の（１２）式で与えられる。
【数１２】
2010127918.tif 000014
【０１６０】
さらに、上記の（１１）式に対応する結像倍率Ｍｎｅａｒは、幾何光学により、次の（１３）式で与えられる。
【数１３】
2010127918.tif 000015
【０１６１】
ここで、例えば、Ｌ０＝１００ｍｍの結像距離を焦点距離Ｆ'＝２２．２ｍｍの第１凸レンズ７２２で実現する場合、第１凸レンズ７２２の集光点７２５からの距離を（１０）式で表されるＬｆａｒ＝６６．６７ｍｍに調整した際には、結像倍率は、（１２）式より、Ｍｆａｒ＝２となる。
【０１６２】
また、Ｌ０＝１００ｍｍの結像距離を同じ焦点距離Ｆ'＝２２．２ｍｍの第１凸レンズ７２２で実現する場合、第１凸レンズ７２２の集光点７２５からの距離を（１１）式で表されるＬｎｅａｒ＝３３．３３ｍｍの位置に調整した際には、結像倍率は、（１３）式により、Ｍｎｅａｒ＝０．５となる。
【０１６３】
いま、第２凹レンズ７２３と第２凸レンズ７２４とによって決まる結像倍率をＭ０＝１０となるように設計した場合のアフォーカル光学系の合成倍率は、第１凸レンズ７２２の集光点７２５からの距離をＬｆａｒ＝６６．６７ｍｍに調整した際には、Ｍ０×Ｍｆａｒ＝１０×２＝２０となる。一方、第１凸レンズ７２２の集光点７２５からの距離をＬｎｅａｒ＝３３．３３ｍｍに調整した場合のアフォーカル光学系の合成倍率はＭ０×Ｍｎｅａｒ＝１０×０．５＝５となる。
【０１６４】
従って、コリメータ光学系７２０の焦点距離を選択することにより、コリメータ光学系７２０の出射開口で、例えばビーム径を１０ｍｍで略平行化する場合には、第１凸レンズ７２２の位置調整をすることによって、望遠鏡７０６の出射開口での送信光のビーム径を変化させることができる。
【０１６５】
具体的に、図１２（ｂ）に示すように、第１凸レンズ７２２の集光点７２５からの距離をＬｆａｒ＝６６．６７ｍｍに調整した場合には、ビーム径を２００ｍｍに設定でき、遠距離計測用のビーム径として用いることができる。
【０１６６】
これに対して、図１２（ａ）に示すように、第１凸レンズ７２２の集光点７２５からの距離をＬｎｅａｒ＝３３．３３ｍｍに調整した場合には、ビーム径を５０ｍｍに設定でき、近距離計測用のビーム径として用いることができる。
【０１６７】
また、図１２（ｃ）に示すように、光ファイバ終端部７００ａとコリメータ光学系７２０との間の間隔を、完全コリメート状態（集光距離無限大）のときの間隔から広げることより、送信光の集光距離を近傍（望遠鏡７０６側）へずらすことができる。
【０１６８】
従って、実施の形態７の光波レーダ装置では、図１２に示す望遠鏡７０６の内部構造を用いて、第１凸レンズ７２２の位置調整と、光ファイバ終端部７００ａ及びコリメータ光学系７２０間の間隔調整により、送受信光学系を交換することなく送信光のビーム径及び集光距離を、所望の距離範囲（計測したい距離範囲）に応じて変化させることができる。
【０１６９】
次に、信号処理手段７０８に予め登録されている等高線マップについて説明する。図１３は、図１２の信号処理手段７０８に登録されている等高線マップの一例を示す説明図である。図１３の等高線マップは、風速計測における信号対雑音比ＳＮＲの計測距離及び有効開口径依存性を、先の（１）式に基づいて算出されたものである。また、図１３の等高線マップは、信号対雑音比ＳＮＲ閾値以上をとる計測距離が広いほど計測可能範囲が広いことを示している。
【０１７０】
図１３（ａ）は、集光距離０．５ｋｍの場合の等高線マップを示し、図１３（ｂ）は、集光距離１ｋｍの場合の等高線マップを示す。例えば、０ｋｍから１ｋｍまでの計測距離を計測可能範囲とし、比較的高い信号対雑音比ＳＮＲのマージンで計測したい場合には、図１３（ａ）に示すように、集光距離０．５ｋｍ及び有効開口径（ビーム径）６０ｍｍの組み合わせが最適であることがわかる。これに対して、０ｋｍから１．４ｋｍまでの計測距離を計測可能範囲とし、比較的広範囲に渡って計測したい場合には、図１３（ｂ）に示すように、集光距離１ｋｍ及び有効開口径（ビーム径）１００ｍｍの組み合わせが最適であることがわかる。
【０１７１】
従って、図１３に示すような等高線マップを複数の集光距離に対して予め計算し、参照データとして信号処理手段７０８に予め登録しておくことによって、集光距離と有効開口径（ビーム径）との最適な組み合わせを高速（即時的）に集光距離駆動機構７１０及びビーム径調整機構７１１の駆動部に出力して、送信光の集光距離及び有効開口径（ビーム径）を調整することができる。
【０１７２】
以上の方法で得られた集光距離と有効開口径（ビーム径）との最適値を信号処理手段７０８から、集光距離駆動機構７１０とビーム径調整機構７１１とに出力して制御することにより、計測したい風速の最大計測距離に応じて計測可能範囲を最大にすることができ、最適な望遠鏡７０６のセッティングで計測を行うことができる。
【０１７３】
上記のような光波レーダ装置では、図１４に示すような従来の光波レーダ装置のような望遠鏡１００６，１００７を交換することなく、最適な望遠鏡７０６のセッティングで計測を行うことができる。このため、望遠鏡１００６，１００７の交換の手間がなくなるだけでなく、交換用の望遠鏡１００６，１００７を準備する必要がなくなり、システム全体の低価格化、及び軽量化を図ることができる。
【０１７４】
さらに、図１４に示すような従来の光波レーダ装置のような望遠鏡１００６，１００７の交換に伴う観測空間への指向の再調整の時間が不要になる。従って、送信光の集光距離及び有効開口径（ビーム径）の調整を経ることによって、望遠鏡の交換をすることなく、視線方向への計測可能範囲を比較的広くすることができるとともに、計測作業の円滑化を図ることができる。
【０１７５】
なお、実施の形態７では、送受信光学系の調整を集光距離駆動機構７１０とビーム径調整機構７１１とで電気的に制御することを前提として説明したが、設定変更に高速性が要求されない場合には、上記の２種類の調整点を、図１３で算出した等高線マップを参照して手動で調整してもよい。この場合、集光距離駆動機構７１０とビーム径調整機構７１１とが不要となり、機器構成の簡素化による低価格化、軽量化を図ることができる。
【０１７６】
また、実施の形態７では、ビーム径の調整のための光学系の調整点として第１凸レンズ７２２の位置のみとしたため、２種類のビーム径の設定となっている。しかしながら、第１凸レンズ７２２の位置に加えて、第１凹レンズ７２１の位置も同時に調整することにより、送信光のビーム径を３種類以上のビーム径に設定可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１７７】
【図１】この発明の実施の形態１による光波レーダ装置を示す構成図である。
【図２】図１の光波レーダ装置の計測特性を示すグラフである。
【図３】この発明の実施の形態２による光波レーダ装置を示す構成図である。
【図４】この発明の実施の形態３による光波レーダ装置を示す構成図である。
【図５】図４の光波レーダ装置の計測特性を示すグラフである。
【図６】この発明の実施の形態４による光波レーダ装置を示す構成図である。
【図７】図６の光波レーダ装置の計測特性を示すグラフである。
【図８】この発明の実施の形態５による光波レーダ装置を示す構成図である。
【図９】この発明の実施の形態６による光波レーダ装置を示す構成図である。
【図１０】図９の各機器の信号出力タイミングを示す波形図である。
【図１１】この発明の実施の形態７による光波レーダ装置を示す構成図である。
【図１２】図１１の望遠鏡を具体的に示す構成図である。
【図１３】図１２の信号処理手段に登録された等高線マップの一例を示す説明図である。
【図１４】特許文献１に示すような従来の光波レーダ装置を示す構成図である。
【図１５】図１４の従来の光波レーダ装置による大口径望遠鏡使用時及び小口径望遠鏡使用時の計測特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１７８】
１０１  基準光源（基準光源部）、１０２Ａ  第１光カプラ（光路分岐手段）、１０２Ｂ  第２光カプラ（光路分岐手段）、１０３  周波数強度変調器（周波数強度変調手段）、１０４  光ファイバ増幅器（光ファイバ増幅手段）、１０５Ａ  第１光サーキュレータ、１０５Ｂ  第２光サーキュレータ、１０６Ａ  第１コリメータ光学系、１０６Ｂ  第２コリメータ光学系、１０７Ａ  第１偏光９０度回転手段、１０７Ｂ  第２偏光９０度回転手段、１０８  偏光合成分離手段（光合成手段）、１０９  望遠鏡（送受信光学系）、１１０Ａ  第１光ヘテロダイン受信機（光ヘテロダイン受信部）、１１０Ｂ  第２光ヘテロダイン受信機（光ヘテロダイン受信部）、１１１  信号処理手段、２０８Ａ  第１偏光合成手段、２０８Ｂ  第２偏光合成手段、２１０  光ヘテロダイン受信機（光ヘテロダイン受信部）、３０４Ａ  第１光ファイバ増幅器（第１光ファイバ増幅手段）、３０４Ｂ  第２光ファイバ増幅器（第２光ファイバ増幅手段）、４０２Ｃ  第３光カプラ（中近合成分離用光カプラ）、４０６Ｂ  第２コリメータ光学系、４０６Ｃ  第３コリメータ光学系、５０１Ａ  第１基準光源（基準光源部）、５０１Ｂ  第２基準光源（基準光源部）、５０１Ｃ  第３基準光源（基準光源部）、５０２  光カプラ（光路分岐手段）、５０５Ｃ  第３光サーキュレータ、５０８  波長合成分離手段、５１２Ａ  第１波長合成手段（基準光合成手段）、５１２Ｂ  第２波長合成手段（受信光合成手段）、５１３  波長分離手段、６０３Ａ  第１周波数強度変調器（第１周波数強度変調手段）、６０３Ｂ  第２周波数強度変調器（第２周波数強度変調手段）、６１４  トリガ信号発生器（駆動信号生成手段）、７０１  基準光源、７０２  光カプラ（光路分岐手段）、７０３  周波数強度変調器（周波数強度変調手段）、７０４  光ファイバ増幅器（光ファイバ増幅手段）、７０５  光サーキュレータ、７０６  望遠鏡（送受信光学系）、７０７  光ヘテロダイン受信機（光ヘテロダイン受信部）、７０８  号処理手段、７１０  集光距離駆動機構、７１１  ビーム径調整機構、７２０  コリメータ光学系、７２１  第１凹レンズ、７２２  第１凸レンズ、７２３  第２凹レンズ、７２４  第２凹レンズ。
【図１】
2010127918.tif 000016
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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