(57)【要約】   本発明は、レーザ源としての台形のレーザ（１）と、パルスレーザ放射線を発生させるレーザ源コントローラ（６）、標的（ＺＩ）によって反射された前記測定放射線（RS）を受光すると共に評価する評価ユニット（９）を有する検出器（８）、及び、受光システム（７）と、を備えた距離測定の用に供される電子光学距離計（４）に関する。この電子光学距離計（４）は、ガイドされた導波管（２）、及び、台形領域（３）に対する別々の供給部、及び、レーザ放射線を視準に合わせ、かつ、非点収差を補正する透過光学システム（５）を備えている。
2009544022.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
５００ｎｓ未満のパルス持続時間、及び、１Ｗ超のパルスピークパワーを有するパルスレーザ放射線を生成するレーザ源コントロール（６）を備えたレーザ源と、
測量すべき標的（ＺＩ）まで前記レーザ放射線を測定放射線（ＭＳ）として発する透過光学システム（５）と、
距離測定のために、前記標的（ＺＩ）によって反射された前記測定放射線（ＲＳ）を受光すると共に評価する評価ユニット（９）を有する検出器（８、８’）及び受光システム（７）と、
を備えた電子光学距離計（４）であって、
前記レーザ源には、リッジ導波管（２）、及び、テーパー状導波管（３）に対する個々の供給部を有するテーパー状ダイオードレーザ（１）が設けられ、そして、
前記透過光学システム（５）が、前記レーザ放射線の視準、及び、非点収差の補正のために設けられている
ことを特徴とする電子光学距離計。
【請求項２】
前記個々の供給部によって、前記リッジ導波管（２）、及び、テーパー状導波管（３）に対し２つの異なる電流が提供されることを特徴とする請求項１に記載の電子光学距離計。
【請求項３】
前記テーパー状ダイオードレーザ（１）が、前記リッジ導波管（２）に対し連続波駆動機能を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子光学距離計。
【請求項４】
前記テーパー状ダイオードレーザ（１）が、前記リッジ導波管（２）において、長手方向の屈折率プロファイルの周期構造化のような、スペクトル、及び、空間における単一モード性を発生させるスペクトルフィードバックを有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電子光学距離計。
【請求項５】
前記テーパー状ダイオードレーザ（１）が、特に、波長選択的素子を有する部分的に透明なミラーによる前記リッジ導波管（２）のパープリングアウトを通して、スペクトル、及び、空間における単一モード性を発生させる外部スペクトルフィードバックを有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電子光学距離計。
【請求項６】
前記テーパー状ダイオードレーザにエネルギーを供給するために用いられるコンデンサ（１５）を有する前記供給部が、発されたレーザパルスの後、前記コンデンサ（１５）を充電させるために用いられるスイッチ素子（１６）が一時的に低インピーダンス状態に切り替わるように形成され、そして、
前記コンデンサ（１５）が、インダクタンス（２１）によって充電される
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電子光学距離計。
【請求項７】
前記供給部が、前記リッジ導波管（２）に対する直流源（２３）、特に、調節された電流源、又は、電流で調節された電圧源を有していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電子光学距離計。
【請求項８】
前記透過光学システム（５）が、（Ａ）円柱レンズ（２４）とその後方に配されたレンズ（２５）、特に、非球面レンズとの組み合わせ、（Ｂ）２つの円柱レンズ（２６、２７）の組み合わせ、（Ｃ）円柱レンズ（２９）とその前方に配されたレンズ（２８）、特に、非球面レンズとの組み合わせ、及び、（Ｄ）モノリシック構造の、または、多部分の回折素子（３０）のうちいずれか１つを有し、
前記（Ａ）において、前記円柱レンズ（２４）、特に、屈折率分布型円柱レンズ、または、非球面円柱レンズが、前記速軸における分岐を前記遅軸における分岐に適合させるように形成、及び、配置され、かつ、前記レンズ（２５）によって、前記両軸において前記レーザ放射線が平行になり、
前記（Ｂ）において、第１の円柱レンズ（２６）によって、前記速軸における前記レーザ放射線が平行になり、かつ、第２の円柱レンズ（２７）によって、前記遅軸における前記レーザ放射線が平行になり、
前記（Ｃ）において、前記レンズ（２８）によって、前記速軸における前記レーザ放射線が平行になり、かつ、前記円柱レンズ（２９）によって、前記遅軸における前記レーザ放射線が平行になり、そして、
前記（Ｄ）において、前記回折素子（３０）には、前記速軸における分岐を前記遅軸における分岐に適合させる、前記テーパー状ダイオードレーザ（１）の向かい側にある、端面（３０ａ）と、前記両軸における前記レーザ放射線を平行にする、前記テーパー状ダイオードレーザ（１）から離れた側にある、端面（３０ｂ）と、が設けられている
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の電子光学距離計。
【請求項９】
前記透過光学システム（５）により生成される前記レーザ放射線が、実質的に円形、又は、正方形のビーム断面を有していることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の電子光学距離計。
【請求項１０】
前記透過光学システム（５）が、ビームガイドの用に供される単一モードの繊維を有していることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の電子光学距離計。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の電子光学距離計を備えたことを特徴とする、トータルステーション、スタジア測量器、又は、レーザスキャナのような測地測量装置（１６）。
【請求項１２】
測量すべき標的（ＺＩ）に視準を合わせた測定放射線（ＭＳ）としてパルスレーザ放射線を発する透過光学システムを備えたレーザ源を有する距離計（４）において、５００ｎｓ未満のパルス持続時間、及び、１Ｗ超のパルスピークパワーを有するパルスレーザ放射線の生成方法であって、
前記レーザ源が、リッジ導波管（２）、及び、テーパー状導波管（３）が別々に駆動されるテーパー状ダイオードレーザ（１）を有している
ことを特徴とするパルスレーザ放射線の生成方法。
【請求項１３】
前記リッジ導波管（２）に対し連続波動作を行うことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
スペクトルフィードバックによって、スペクトル、及び、空間における単一モード性を発生させることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記方法が、スイッチ素子（１６）を低インピーダンス状態に一時的に切り替えることを含み、
前記スイッチ素子（１６）を、インピーダンス（２１）を通しての充電に用い、そして、
前記テーパー状ダイオードレーザのほうにエネルギーを供給するためにコンデンサ（１５）を用いる
ことを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求の範囲における請求項１に記載されたような電子光学距離計(electro-optical range finder)、この電子光学距離計を備えた測量装置（surveying apparatus）、及び、請求項１２に記載されたような距離計におけるパルスレーザ放射線(pulsed laser radiation)の生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの測地学的応用(geodetic application)において、レーザ光の発光（emission）は必要とされるか、または、有利である。これは、特に測地における正確さ、又は、精度が求められるような電子光学距離測定に関連する。このような電子光学距離測定は、一般的にミリメータ、または、それより小さい範囲まで行われ、例えば、パルス通過時間(pulse transit time metre）又は位相測定法（phase metre principle）によって得られる。現に知られている距離測定方法及び距離測定装置に関しては、例えば、ＥＰ０７３８８９９Ｂ１又はＷＯ２００４／０７４７７３などを参照することができる。
【０００３】
測地学的応用に必要とされる遠距離測定は、ビーム源に関して高い要求条件を満たさなければならない。正確な距離測定のためには、放射線源(radiation source)が、明確に定められた光学パルス形状（well defined optical pulse shape）を有する放射線を提供するものであることが重要である。通過時間測定法（transit time measuring principle）に基づいて正確な距離測定をするためには、ビーム源はｎｓ範囲のパルス状を有し、高度のパルスピークパワー（pulse peak power）を有し、そして、非常に良質のビーム（例えば、均一で、かつ、曲がっていない発光波面（wavefront））を有しなければならない。
【０００４】
測地装置のレーザ発光に関連した重要な利用分野、又は、用途に起因するこれらの要求条件は、パワー及びモード構造（mode structure）に関する。連続発光（continuous emission）の場合、ｍＷ範囲のパワーが得られるが、（比較的）遠距離測定の場合には、数十Ｗ範囲のパワーを得ることが有利である。このようなパワーは、パルスモード、特に、短いが高エネルギーのパルス（short but high-energy pulse）によって得ることができる。また、小さい構造の解像（resolution）を可能にするためには、ビームの断面（beam cross-section）をできるだけ小さく、かつ、均一にしなければならない。ビームの断面、又は、ビームのプロファイルは、測定しようとする全距離にわたってできるだけ遠くまで一定に維持されなければならず、もし変わるとしてもそれは僅かな程度に留まる必要がある。
【０００５】
従来技術の測地・距離測量においては、レーザ源としてレーザダイオードが広く使われている。しかしながら、これらの半導体レーザは、多重モード（multimode）で発光され、そして、エッジエミッター（edge emitter）として、幾何学的に望まれないビーム断面を有する、といった、欠点を有している。
【０００６】
したがって、レーザのタイプ、所定の動作モード（mode of operation）、及び、ビーム成形手段（beam shaping means）を適切に選択することによって、レーザ源の発光を正確な測地学的応用に対応可能な形態に転換させようとする試みは、従来技術においても往々なされていた。
【０００７】
例えば、ＷＯ０１／８４０７７には、エッジエミッタ（edge-emitting）レーザダイオードの部分ビーム（part-beam）を、下流ビーム（downstream beam）を通して偏向させて、光学システムを形成し、そして、それらの部分ビームを対物レンズの孔にガイドして、それにより、それらの部分ビームが実質的に前記孔を塞ぐように構成した光学距離計について記載されている。しかしながら、レーザダイオードの発光は依然として多重モード（multimode）特徴を有している。
【０００８】
アレイをなす個々のレーザダイオードの発光と、通常のビーム（common beam）とを組み合わせて使うことも考えられる。しかし、こういった場合に、パワーが増大され、そして、コヒーレンス（coherence）が悪くなる、といった、欠点が存在する。
【０００９】
発光面積（emission area）１ｘ３μｍを有する現に市販されている狭いストライプ（narrow-stripe）半導体レーザは、回折が限られた放射線（diffraction-limited radiation）を可能にするが、依然として限られた使用寿命、例えば、５０００時間を有し、かつ、１Ｗ未満のパルスピークパワーのパルス範囲に対してのみ適している。より高度のパルスピーク、又は、ピークパワーは、光学出口ファセット（optical exit facette）に対し不可逆的ダメージ(最悪の光学的ダメージ（catastrophic optical damage, COD）をもたらす。
【００１０】
１００〜５００μｍの発光範囲を有するより高度のパワー範囲に適した広いストライプ（broad-stripe）エミッタは、パルスモードにおいて１μsec未満で数十ワット（watt）という最大パルスパワーを負荷可能であるが、放射線特徴（radiation characteristic）の面では非常に悪い。即ち、多重モード動作（multimode operation）を行う。外部の空洞（external cavity）に統合させることによって、または、回折素子(diffractive element）によるビーム成形（beam shaping）は、放射線特徴を満たすものの、そこには相当の手間がかかる。例えば、共鳴装置の調整（resonator adjustment）に関して相当の手間がかかり、または、前述した狭いストライプエミッタ（回折ソリューション）に比べて、実質的に質が限られるなどを指摘することができる。
【００１１】
ＥＰ１５１７４５１、及び、ＷＯ２００５／０２９１１４には、測地装置におけるレーザ放射線の発光特性（emission）を改善するために、多重モード発光レーザダイオード（multimodally emitting laser diode）の放射が、モード選択的構成要素の影響を受けて、レーザ源から発されたレーザ放射線が、単一モード特徴を有するようにしたレーザ源について記載されている。この目的を達成するために、外部の空洞にモード選択的構成要素（例えば、単一モード繊維、または、共鳴装置ミラー）が存在する垂直型（vertical）半導体エミッタ、または、エッジエミッタを動作させることが記載されている。その結果、モード選択的共鳴装置構造を得ることができる。長くなった空洞（lengthened cavity）によって得られたより大きいパルス持続時間を補うために、負分散（negative dispersion）を有する構成要素を用いてパルス圧縮（pulse compression）を行う。
【００１２】
さらに、原則的に、測地装置には、その他のレーザタイプ、例えば、半導体レーザによって励起され、かつ、単一モードで動作するマイクロチップ固体レーザ（microchip solid-state laser）を用いることも可能である。しかしながら、これらは寸法が大きい、エネルギーの消費が大きい、そして、熱によって動作特性（operating characteristic）が悪くなる、といった、様々な欠点を有している。その結果、かかる解決手段の測量への実質的な適合性は大きく制限されてしまう。
【００１３】
ダイオード励起固体レーザ（diode-pumped solid-state layer）は、ビーム質、及び、ピークパワーの関する要求条件を満たしているが、そのコンセプト（作動によって励起されたレーザ、カプリング‐イン（coupling-in）光学システム、増幅媒体、質回路（quality circuit）、共鳴装置）が非常に複雑で、しかもコストも高い。この種のレーザ、概してパルスレート（pulse rate）の柔軟な適応（flexible adaptation）を可能にするが、その理由は、これが、より低い効率、及び、高熱負荷（high thermal load）に起因して、律速因子（limiting factor）だからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】ＥＰ０７３８８９９Ｂ１
【特許文献２】ＷＯ２００４／０７４７７３
【特許文献３】ＷＯ０１／８４０７７
【特許文献４】ＥＰ１５１７４５１
【特許文献５】ＷＯ２００５／０２９１１４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、その発光（emission）が、同じパワーではビーム質が改善され、同じビーム質ではパワーが高められ、または、ビーム質が改善され、かつ、パワーが高められたレーザ源を含む測地装置を提供することである。
【００１６】
本発明の別の目的は、大きさ、複雑さ、エネルギー消費（量）、及び／又は、レーザ源を含む測地装置のデザインに関連した構造的な改善をもたらすことである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
これらの目的は、本発明の請求項１，１１、及び、１２に記載された発明特定事項、及び、それらの従属項に記載された発明特定事項によって達成される。また、それらの解決手段については後述する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る測地装置によれば、その発光（emission）が、同じパワーという条件下でビーム質が改善され、同じビーム質という条件下でパワーが高められ、または、ビーム質が改善され、かつ、パワーが高められたレーザ源を得ることができる。また、本発明によれば、大きさ、複雑さ、エネルギー消費（量）、及び／又は、レーザ源を含む測地装置のデザインに関連した構造的な改善を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】テーパー状ダイオードレーザを含む本発明に係る距離計を概略的に示したダイヤグラムである。
【図２】テーパー状ダイオードにおける電流パルス（current pulse）にわたってのモード分布（mode distribution）の経時変化（time variation）を示したダイヤグラムである。
【図３】スペックルに起因した凸凹した標的の反射性のスペクトル応答を示すダイヤグラムである。
【図４】２つの横位置に対し反射された強度のカーブ及びレーザパルスを示すダイヤグラムである。
【図５】本発明に基づいて、テーパー状ダイオードレーザを別々に供給することをし概略的に示す図面である。
【図６】テーパー状ダイオードレーザを駆動するための従来技術における回路配置を概略的に示したダイヤグラムである。
【図７】テーパー状ダイオードレーザを駆動する回路配置を概略的に示したダイヤグラムである。
【図８】本発明に基づいて、テーパー状ダイオードレーザを駆動するための回路配置を概略的に示したダイヤグラムである。
【図９】本発明の距離計における透過光学システム（transmitting optical system）に係る第１の実施例を概略的に示したダイヤグラムである。
【図１０】本発明の距離計における透過光学システムに係る第２の実施例を概略的に示したダイヤグラムである。
【図１１】本発明の距離計における透過光学システムに係る第３の実施例を概略的に示したダイヤグラムである。
【図１２】本発明の距離計における透過光学システムに係る第４の実施例を概略的に示したダイヤグラムである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明は、テーパー状ダイオードレーザ（tapered diode laser）を測地距離計に組み込んだものである。テーパー状ダイオードレーザ、または、単一モード単一エミッタ半導体レーザ（single-mode single-emitter semiconductor laser）は、前述の通り、例えば、ＤＥ１９７１７５７１、または、ＷＯ９８／４９７５９に記載されている。この種のレーザは、数ワットの範囲内で作動するｃｗレーザとして市販されている。この種のレーザは、リッジ導波管（ridge waveguide）を有している。そのリッジ導波管は、狭いストライプエミッタに類似した非常に優れたビーム質を有し、かつ、テーパー状導波管に結合されている。このテーパー状導波管は、実際には、アウトプットモードをピックアップし、それを内部において増幅する。したがって、Ｍ2<１．５という事実上回折制限されたビーム質と共に、数ワットｃｗという理論上のアウトプットパワーが得られる。
【００２１】
要するに、問題は、テーパー状ダイオードレーザを測地装置に組み込むことにある。通常１ｘ２００μｍの発光領域は、広いストライプエミッタに匹敵するものであるが、その発光は非常に強い非点収差（astigmatism）を有する。ビームウエスト（beam waist）は、迅速に分岐する軸（rapidly divergent axis）、または、速軸（fast axis）に存在する一方で、広いストライプエミッタとは対照的に、見かけ発光点（apparent emission point）は、遅軸（slow axis）におけるエミッタ表面、または、その近傍に存在しておらず、リッジ導波管とテーパー状導波管との間にある移行部（transition）に存在する。強い非点収差構造に起因して、テーパー状ダイオードレーザは、テーパー部分の長さ２ｍｍにおいて約６００μｍという非常に高い非点収差を有する。
【００２２】
測地装置に使用するためには、前記非点収差を補うための特殊な光学システム、及び、（一般的に必要とされる）遠距離にある標的を測量するための同時視準（simultaneous collimation）が必要とされる。この場合、ビーム断面の並列（平行）対称化（parallel symmetrization）を採用することが特に有利である。２軸における発光点（emission point）の分岐（divergence）は光学システム１によって修正または補正されなければならず、そして、標的照射（target illumination）は、比較的遠距離まで可能でなければならない。放射線源としてテーパー状ダイオードレーザを用いる際に必要とされるこのような非点収差の補正によって、この手法は、狭いストライプエミッタの場合におけるビームが影響を与える一般的な測定方法（usual beam-influencing measure）とは異なるものとなるが、それは、後者の場合、非点収差が二けた程度より小さいため、補正は不要だからである。
【００２３】
光学システムの適切な設計において、単一モード繊維（monomodal fibre）への効果的なカップリング（coupling）が可能となり、それにより、テーパー状ダイオードレーザ、及び、パルス駆動電子機器（pulsed actuating electronics）の位置調整（positioning）が光学システムとは独立的に可能となる。測地距離計においてテーパー状ダイオードレーザを動作させるために、通過時間測定に用いられる測定速度（measuring speed）、及び、解像度（resolution）に基づいて、１MHz以下の繰り返し率（repetition rate）において１nsないし数十nsのパルス長（pulse length）を提供する電機パルス回路（electrical pulse circuit）を制御手段として用いることができる。テーパー状レーザダイオードの比較的大きい発光面（emission surface）に起因して、関連製品の使用寿命（product-relevant lifetime）と共に、パルス長５〜１０nsにおいて２５W超のアウトプットパワーが実現できる。したがって、このパルスパワーは、広いストライプエミッタに匹敵するものであるが、ビーム密度の面では、約２２倍に相当する。
【００２４】
非協力的標的(non cooperative target)までの距離を測定する際に、例えば、自然に凸凹した表面を測量する場合、精度又は正確さに影響を及ぼすような問題が、テーパー状ダイオードレーザのパルス化動作（pulsed operation）を通して発生する。正確な測地・測量には、概して、サブミリ単位までの正確な距離測定、及び、所定の入射点（special point of incidence）、または、物質の表面とは可能な限り独立した高度の再現性（repeatability）が必要となる。
【００２５】
テーパー状ダイオードレーザがパルスモードにおいて電機により駆動されるものであれば、レーザの長手方向のモードにわたってのエネルギー分布（distribution）は、リッジ導波管に過渡現象（transient phenomenon）が起きている間に変化する。その結果、スペクトルの分布（spectral distribution）は、パルスの持続時間において変化していく。言い換えれば、スペクトルは時間依存的である。この依存性は、凸凹した表面の場合に、かかるスペックル（speckle）に起因して、測定における正確さ、または、再現性に影響を及ぼし得る。凸凹した表面は、観察機（observation plane）におけるスペックルの発生に起因した強いスペクトル依存性（spectral dependence）を示し得る。その結果、スペクトル的に異なる反応が得られる。パルスの速い部分（early part）、または、遅い部分（later part）は、スペクトル依存的反射性（spectrally dependent reflectivity）に起因して、各々の場合に特異的に（preferentially）反射されるので、その結果、時間の関数としての位置におけるパルスの検出可能なピークが変わる。したがって、測定は、標的上の横位置（lateral position）、または、表面に依存することになる。したがって、テーパー状導波管またはリッジ導波管を別々に供給することによって、テーパー状ダイオードレーザの駆動をさらに最適化することできる。この場合、ダイオードのドライバーは、異なる駆動を可能にする、特に、異なる電流を供給する、２つの領域からなり得る。リッジ導波管には、連続波動作が保持されるので、テーパー状導波管だけがパルスモードで動作する。
【００２６】
ｃｗモードを採用した場合（数ワット程度）に対して、パルスモードのテーパー状ダイオードレーザの数ｍＷ程度の非常に低い平均熱負荷（average thermal loading）に起因して、テーパー状導波管においてビームの質に悪影響を与える一般的な熱レンズ形成（thermal lens formation）は無視することができる。
【００２７】
リッジ導波管に格子（grating） 構造、例えば、DFB（distributed feedback; 分布帰還型）を組み込むことで、空間における単一モード性（monomodality）が実現できるだけでなく、凸凹の非協力的標的の測量を円滑に遂行することができるスペクトル単一モード性（単一周波数）も実現できるようになる。それは、単一周波数動作（single-frequency operation）がスペックルパターンにいかなる変動（このような変動は、距離情報を変造させてしまう。）をももたらさないからである。
【００２８】
相当する駆動、任意的に、テーパー状ダイオードレーザの特徴を考慮して光学システム及びレーザダイオードの適合化によって補完されたかかる駆動を使用することで、テーパー状レーザは測地装置において使用することができるか、または、前記レーザは、距離測定、及び、横方向測定における正確さ（精度）、範囲、及び、測定速度に関して、その機能が増大され、または、これらパラメータに関して、手間（effort）、及び、複雑さが減少されるように改良される。
【００２９】
本発明の電子光学距離計、及び、測地測量装置、並びに、この目的に適した本発明のレーザ源についての詳細は、添付した図面に基づいて、実施例といった形で後述するが、この実施例はあくまで例示のために提供するものである。
【００３０】
図１は、テーパー状ダイオードレーザ１を含む距離計４を概略的に示したダイヤグラムである。この距離計は、レーザ放射線を発する透過光学システム５のレーザ源としてのテーパー状ダイオードレーザ１と、レーザ源コントロール６と、を備えている。測定放射線としてのレーザ放射線は、測量されるべき標的ＺＩのほうに発され、かつ、受光システム（receiving optical system）７、及び、検出器８によって、反射された測定放射線ＲＳとしてそこから部分的に受光される。ここで、受光システム７および検出器８の信号は、標的ＺＩまでの距離に関して評価ユニット（evaluation unit）によって評価される。本発明によれば、透過光学システム５は、速軸及び遅軸においてテーパー状ダイオードレーザの放射線の異なる発光位置（emission location）に起因した影響を同時に補正できるように形成されている。したがって、透過光学システム５は、レーザ放射線の視準（collimation）と非点収差の補正に対し同時に影響を及ぼすことができる。
【００３１】
テーパー状ダイオードレーザ１は、その遅軸像（slow axis view）において、エミッタ表面に隣接したテーパー状導波管３、及び、リッジ導波管２を有している。リッジ導波管２は、スペクトル、及び、空間における単一モード性、特に、長手方向の屈折率（longitudinal refractive index）プロファイルの周期構造化（periodic structuring）を発生させるスペクトルフィードバック（spectral feedback）を有し得る。あるいは、テーパー状ダイオードレーザ１は、（特に、波長選択的素子を有する部分的に透明なミラーによるリッジ導波管２のカープリングアウト（coupling out）を通じて）スペクトル及び空間における単一モード性を発生させる外部のスペクトルフィードバックを有し得る。
【００３２】
レーザ源コントロール６は、５００ns未満のパルス持続時間（pulse duration）、及び、１W超のパルスピークパワーを有するパルスレーザ放射線を発生させるパルス回路の形態をなす。ここで、テーパー状ダイオードレーザ１は、リッジ導波管、及び、テーパー状導波管に対して別々に供給される（つまり、テーパー状ダイオードレーザ１は、リッジ導波管、及び、テーパー状導波管に対しそれぞれの供給部を有する。）。その結果、２つの異なる駆動タイプ（actuation type）（例えば、リッジ導波管、及び、テーパー状導波管に対し別々の電流を有する。）を提供することができるため、テーパー状ダイオードレーザは、リッジ導波管２に対しては連続波駆動（continuous wave actuation）で動作され得る。
【００３３】
図２は、時間の関数として、テーパー状ダイオードレーザにおける電流パルスJ（t）にわたるモード分布（mode distribution）における変化を示すダイヤグラムである。テーパー状ダイオードレーザがパルスモードで電気駆動されるものであれば、レーザの長手方向のモードにわたるエネルギーの分布は、リッジ導波管の過渡現象の持続時間（duration）にわたって変化する。これは、図２の下部にある９６０nmないし９８０nmの波長範囲において時間−依存的スペクトル構成要素によって表されている。この結果、長波領域（long-wave region）のスペクトル分布は、例えば、それぞれのレーザパルスのパルス持続時間にわたって、短波部（short-wave part）に向かって移動する。
【００３４】
通常の非協力的標的は、スペクトル反射性において急坂（steep gradient）を示さないものの、その表面の粗さ（roughness）は、図３に示すように、観測機におけるスペックルの発生に起因して、波長に強く依存する傾向を示し得る。スペックルによって生じた、凸凹した標的の反射性におけるスペクトル的に異なる反応は、同じ距離にある２つの異なる横位置において見られる。
【００３５】
測定の際における２つの横位置に対する反射強度の変化、及び、レーザパルスの効果が図４に示されている。凸凹した表面にわたって測地装置の測定ビームを横方向に移動させる場合に、レーザパルス内のスペクトル変化に基づいて、解釈された距離（interpreted distance）における実質的な変化が起こり得る。短波スペクトルにおけるより強い信号（考慮されたパルスの開始部において大半を占める。）に起因して、破線部は、パルスの開始に対する時間に関して、重力の中心を移動させる。それによって、実線で示した第２のケースとは異なる通過時間、及び、距離測定値が得られる。したがって、パルススペクトルにおける時間の変化を、受光されたスペックルパターン（speckled pattern）のスペクトル依存性を用いて、測定された距離の変化に変換することができる。測量すべき標的の凸凹した表面、または、非協力的標的の場合に、パルスが変化する間におけるスペクトルの変化は、１つの同じ距離に対して（異なる横位置に対して測定され、または、例えば、標的が横方向に移動するのであれば） 異なる測定結果をもたらし得る。
【００３６】
図５は、本発明に基づいて、テーパー状ダイオードレーザを別々に供給することを概略的に示したダイヤグラムである。測定の精度又は正確さに悪影響を与えるこのような挙動（behavior）を回避するために、テーパー状導波管領域３、及び、リッジ導波管領域２の駆動及び供給を別々に行う。測定の精度又は正確さをより高めることが常に求められる測地分野への適用に関しては、リッジ導波管２の連続波動作は、ここでは好都合である。なぜならば、これが導波管を安定化させるからである。そのような連続波駆動の場合、長手方向のレーザモードにおけるスペクトルの分布は、テーパー状導波管３のパルス増幅の際に、時間の関数として一定に保たれる。数アンペアでのパルス動作はテーパー状導波管３に限られる。
【００３７】
相当する駆動回路には、例えば、リッジ導波管２に対する直流部１２と、テーパー状導波管３に対するパルスドライバーとを有する供給部（supply）１１が設けられている。ここで、共通電極１４はアース（earth）として用いられる。
【００３８】
リッジ導波管２のスペクトル及び空間における単一モード性（spectral and spatial monomodality）を発生させるためのスペクトル分布の更なる安定化は、この領域におけるスペクトルフィードバック（spectral feedback）、特に、長手方向の屈折率プロファイルの周期構造化（periodic structuring）を介して得ることができる。これは、例えば、リッジ導波管に沿った長手方向の屈折率プロファイルを構造化することによって可能となるが、ここにいう構造化は、ＤＦＢ（分布帰還型；distributed feedback）レーザ、又は、ＤＢＲ（分布ブラッグ反射鏡；distributed Bragg reflector）レーザの場合に典型的なものである。
【００３９】
また、外部フィードバック（external feedback）は、波長選択的素子（wavelength-selective element）、例えば、格子（grating）、又は、プリズムを有する部分的に透明なミラーによって、リッジ導波管２のカップリングアウト（coupling-out）を介して実現され得る。
【００４０】
図６は、テーパー状ダイオードレーザを駆動させるための従来技術における回路配置を概略的に示す図面である。スイッチ素子（switching element）１６は、光学素子（optical element）としてのテーパー状ダイオードレーザ４を介して高電圧で充電された（即ち、通常２０Ｖ〜２００Ｖ）コンデンサ１５をショートさせる。あるいは、この光学素子は、電流がレーザダイオード、ＬＥＤ，又は、懐中電灯（flashlight）などを通じて流れる際に、発光するその他の構成要素であっても良い。このエネルギーの大半は光パルスとして出力される。そのように光パルスが発生されると、コンデンサ１５は充電素子（charging element）１８を介して再び充電される。
【００４１】
電界効果トランジスタ（fast field effect transistor; FET）、電崩トランジスタ（avalanche transistor）、バイポーラ・トランジスタ（bipolar transistor）、又は、低インピーダンス状態と高インピーダンス状態間の切り替え（change）を可能にするその他の素子は、スイッチ素子１６として用いることができる。スイッチ素子を駆動させるために、ドライバー１７を用いることができる。このようなドライバー１７を、分離した構造、又は、集積回路として構成することができる。
【００４２】
抵抗は、通常コンデンサ１５を充電するための充電素子１８として用いられる。また、例えば、トランジスタを充電した後、再び高インピーダンス状態となるスイッチ素子を用いることも可能である。第１のダイオード１９は２つの主要機能を有している。まず、第１のダイオード１９は、コンデンサ１５の充電電流（charging current）を放電する機能をし、また、光学素子４のパルス電流に対し自由ダイオード（free-wheeling diode）として機能する。第１のダイオード１９は、光学素子４、コンデンサ１５、及び、スイッチ素子１６によって形成された回路の振動（oscillation）を抑えると共に、光学素子４を介して印加される正電圧（positive voltage）を防ぐ。
【００４３】
選択的な消失（解散）素子（optional dissipation element）２０は、光学素子４のパルス電流のより迅速な消失を可能にする。消失素子２０はより速い電流に対する抵抗であることが必要となる。通常、数オームの抵抗が用いられる。消失素子２０は、特に低インピーダンスレーザダイオードが高電流の環境下で用いられるときに必要とされる。
【００４４】
前述した従来型回路配置を用いることに伴う不利な点をいくつか挙げると、コンデンサ１５に伝達されるエネルギーの５０％が充電素子１８において消失されてしまうということである。それに加えて、高電圧が必要となる。
【００４５】
図７には、光学素子４としてのテーパー状ダイオードレーザを駆動させるための変形、かつ、簡易化した回路配置が示されている。ここでは、より短く（即ち、光学素子４に基づいて、数百ｐｓないし数ｎｓ）、かつ、より強力な（即ち、数百ｍＡから１００Ａ以上まで）電流パルスが発生される。この回路配置において、スイッチ素子１６はインダクタンス２１と共に用いられて、高電圧を発生させる。この基礎をなす原則は、より大きいパルスが発生した後に、スイッチ素子１６がすぐに再び高インピーダンスとなるのではなく、一定の時間（certain time spin）だけ低インピーダンス状態を保持する（即ち、一時的に低インピーダンスに切り替わる。）という事実に基づく。この際に、入力電圧から第２のダイオード２２、及び、スイッチ素子１６における電圧を差し引いた電圧がインダクタンス２１を介して適用される（即ち、印加される）。結果的に、電流は、この際にインダクタンス２１において増加されて、エネルギーはインダクタンス２１に保存、又は、蓄積される（store）ようになる。スイッチ素子１６が再び高インピーダンス状態になるにつれて、電流はコンデンサ１５、第１のダイオード１９、及び、消失素子２０によって定められた経路を介してのみ流れる。それは、インダクタンス２１に残存する電流のためである。したがって、エネルギーはインダクタンス２１からコンデンサ１５のほうに伝達される。第２のダイオード２２は、エネルギーがコンデンサ１５からインダクタンス２１のほうに逆流することを防ぐ。コンデンサ１５は、充電され、そして、光パルスは、図６に示した回路配置のように、出力され得る。したがって、インダクタンス２１は、エネルギーの一時的な貯蔵手段（蓄積手段）として用いられる。そのインダクタンス値（inductance value）を通じて、所定の時間においてどれだけ多くのエネルギーが蓄積（貯蔵）されるか、そして、そのエネルギーがどれだけ速くコンデンサ１５のほうに消失（解散）されるか（dissipate）といったことを確立することができる。したがって、テーパー状ダイオードレーザの供給部（supply）は、発されたレーザパルスの後、コンデンサ１５を充電させるために用いられるスイッチ素子１６が一時的に低インピーダンス状態に切り替わるように形成されている。ここで、コンデンサ１５はインダクタンス２１を介して充電される。図６に示した従来技術に係る回路配置に対して、本願発明に係る回路配置を用いる場合にもたらされる有利な点としては、外部高電圧（external high voltage）が不要となる点、コンデンサ１５が、パワーの実質的な損失をもたらすことなくインダクタンス２１によって充電される点、及び、パルスのパワーを、充電期間を通して何ら問題を伴わずに、変えることができる点などを挙げることができる。共鳴操作（resonant operation）の場合には、回路配置において第２のダイオード２２を省略しても良い。
【００４６】
図８は、本発明に基づいて、テーパー状ダイオードレーザを駆動させるための回路配置に係る変形例である。この回路配置は、テーパー状ダイオードレーザの２つの領域に対し供給又は駆動を別々に行うものである。そのようなテーパー状ダイオードレーザは、２つのアノード（anode）接続部、又は、２つのカソード（cathode）接続部、パルス接続部４ａ、及び、直流接続部（direct current connection）４ｂを有する。ここで、回路配置は、パルス接続部４ａに接続されている一方で、通常、調節された電流源（regulated current source）、又は、電流で調節された電圧源（current-regulated voltage source）の形態をしている直流源（direct current source）２３は、直流接続部４ｂに接続されている。したがって、かかる供給部は、リッジ導波管に対する直流源２３を有するため、連続波動作状態を保持することができる。
【００４７】
図６〜８に示した回路配置は、原則的に、パルスモードで動作される別の素子の駆動及び供給にも適しており、そして、テーパー状ダイオードレーザ、又は、距離計といった用途とは独立したその他の用途にも適している。特に、これらの回路配置は、それ以外のタイプのレーザダイオード、又は、発光素子（light-emitting component）に用いることができる。
【００４８】
透過光学システム（transmitting optical system）に係る第１の実施例において、テーパー状ダイオードレーザに対する非点収差の補正、及び、それに平行する前記レーザ放射線の視準（collimation） は、図９に示されている。図９には、速軸（fast axis）、及び、遅軸（slow axis）、又は、ビーム経路が重ねられた概略的なダイヤグラムが示されている。テーパー状導波管３から発された放射線は、円柱レンズ（cylindrical lens）２４によって、速軸ビーム経路ＦＡにおいて、遅軸ビーム経路ＳＡの分岐（divergence）に適合される。（好ましくは）非球形表面を有し得る次のレンズ（subsequent lens）２５は、両軸におけるレーザ放射線を平行にする（即ち、一直線にする）と共に、このレーザ放射線を測定放射線として測量すべき標的に向かって発する。かかる発光ステップは、更なる光学素子によって行われても良い。光学パラメータにつき、第１の実施例においては、以下のように説明することができる。速軸においては、円柱レンズ２４は直径２５０μｍ、及び、ｆ＝１７０μｍを有する屈折率分布型円柱レンズ（gradient index cylindrical lens）であり得る。また、円柱レンズ２４は、エミッタ表面から約２０μｍ離れて配置されている。レンズ２５は、焦点距離１９ｍｍ、及び、直径６ｍｍを有する非球面レンズで、円柱レンズ２４の後方に約１７ｍｍ離れて配置されている。円柱レンズ２４は、残存分岐（residual divergence）７°を許容できるように、視準位置から数μｍ外れた位置を有している。これは、遅軸における分岐に匹敵するものである。したがって、円柱レンズ２４は、若干調整範囲から外れており、速軸の視準は、円柱レンズ２４と非球面レンズ２５との所定の組み合わせによって生じる。対称ビーム（symmetrical beam）の直径は、円柱レンズの焦点距離の選択によって定められる。その後、非球面レンズが、光線束（pencil of ray）の視準を形成する。ビームの直径は、４．５ｍｍであり、回折限界（diffraction-limited）は０．１ｍｒａｄである。
【００４９】
図１０は、本発明の距離計に対する透過光学システムに係る第２の実施例を概略的に示した図面である。ここにもまた、速軸及び遅軸像、又は、ビーム経路が重ねられたダイヤグラムが示されている。この実施例では、２つの円柱レンズが組み合わせられている。これらの円柱レンズは、第１の円柱レンズ２６が速軸ビーム経路ＦＡを平行にし、そして、第２の円柱レンズ２７が遅軸ビーム経路ＳＡを平行にするように形成、かつ、配置されている。このようなレンズの組み合わせは、透過光学システムとして用いられる。したがって、遅軸、及び、速軸におけるビーム経路は、互いに独立した形で平行とされるが、それにより、テーパー状ダイオードレーザにおける発光位置（emission location）、又は、その非点収差を異ならせることを軸特異的に（axis-specific manner）考慮することが可能となる。
【００５０】
本発明の距離計に対する透過光学システムに係る第３の実施例は、図１１に示されている。この光学システムを採用した場合、球面レンズ２８、又は、速軸の高分岐（high divergence）に基づいて、非球面、及び、円柱レンズ２９が用いられる。レンズ２８の焦点距離は、速軸ビーム経路ＦＡの既知の分岐において、所定の直径（これは、測地用途については、数ｍｍ程度である。）がこの軸の視準位置において得られるように、選択される。これが球面レンズであるために、屈折力（refractive power）はまた遅軸に影響を及ぼし、かつ、中間像（intermediate image）を形成させる。円柱レンズ２９（このレンズは、より小さい分岐に起因して、一般的に非球面デザインを有しなくても良い。）の屈折力は、速軸ビーム経路ＦＡのビーム直径が、遅軸ビーム経路ＳＡのビーム直径に対応して（correspond）、対称ビーム断面が得られるように、選択される。ここで、遅軸の中間像は円柱レンズ２９の焦点面（focal plane）に存在する。円柱レンズと、前述した、特に、非球面レンズ２８との組み合わせは、発光（emission）を変形し、その結果、レンズ２８は速軸におけるレーザ放射線を平行にし、そして、円柱レンズ２９は遅軸におけるレーザ放射線を平行にする。
【００５１】
図１２には、速軸及び遅軸像、及び、ビーム経路が重ねられて示された透過光学システムに係る第４の実施例が示されている。この実施例において、２つのレンズの順番は、単一回折素子（single diffractive element）３０によって置き換えられる。ここで、端面（end face）３０ａはテーパー状ダイオードレーザと向かい合っているか、または、前面（front）は、速軸ビーム経路ＦＡの分岐が、遅軸ビーム経路ＳＡの分岐に適合され、そして、テーパー状ダイオードレーザから離れている端面３０ｂ又は裏側（back）が両軸におけるレーザ放射線を平行にするように、形成されている。あるいは、第２の実施例におけるビーム経路が、単一素子（single element）によって実現されることもあり得る。したがって、前述の通り統合された光学システムは、第１の端面３０ａに対し、速軸を平行にさせる機能をする円柱レンズ、又は、分岐順応性（divergence-adapting）円柱レンズの効果をもたせ、そして、回折素子３０の第２の端面３０ｂに対しては、第２の円柱レンズ、又は、回転対称性レンズの効果をもたせたものであるので、ビーム成形（beam shaping）には１つの光学素子だけが必要となる。
【００５２】
図９〜１２に示した光学システムは、原則的に、別々の供給により駆動されるテーパー状ダイオードレーザに関連した用途とは独立して用いる琴ができる。特に、これらの透過光学システムは、非点収差の補正及び視準の用に供される別のタイプのテーパー状ダイオードレーザにも使用され得る。
【００５３】
図１３は、本発明の測地測量装置３１に係る一つの例としてスタジア測量器（tacheometer）を概略的に示した図面である。このスタジア測量器は、電子光学距離計（electro-optical range finder）を含むが、この実施例によれば、この電子光学距離計をなす構成要素、及び、その機能（functionality）は、測量装置３１に配置され、それにより、構造的に統合されている（constructionally integrated）。
【００５４】
この距離計の透過素子（transmitting component）４’（つまり、透過光学システム及びレーザ源コントロールを備えたレーザ源）、並びに、測量すべき標的を検出するための検出器８’、及び、光学システム３２は、測量装置３１のハウジング内に構成要素として存在する。
【００５５】
レーザ放射線は、放射線を生成するテーパー状ダイオードレーザ、及び、下流透過光学システム（downstream transmitting optical system）によって発光され（発され）、かつ、ビーム偏向素子３３を介して測量装置３１の光学システム３２にカップリングされる。標的を検出・測量するための光学システム３２は、対物レンズ３２ａ、及び、接眼ユニット３２ｂを有する。これらの構成要素の間には、合集部材（focussing member）３２ｃ、及び、偏向手段３２ｄが存在している。これらの合集部材及び偏向手段によって、透過素子４’から発生し、かつ、光学システム３２のビーム経路にカップリングされた放射線が、対物レンズ３２ａを介して発されることになる。標的から逆反射された放射線は、その後対物レンズ３２ａによってピックアップされ、そして、その放射線の一部が、屈折偏向手段（reflective deflection means）３２ｄによって検出器８’に向かってガイドされる。
【００５６】
このような配置において、透過素子４’の放射線は、標的までの距離測定の際に、検出器８’と相まって用いられる。ここに示した実施例は、本発明に係る測地測量装置のうち一つの例を挙げたものに過ぎない。
【００５７】
同様に、これらの図面も、可能な実施例のうち一部の例を概略的に示したのに過ぎない。したがって、用いられる構成要素、または、部品は、それ以外の構成、及び、順番で用いられることも可能である。また、当業者は、例えば、回折効果を有するその他の光学素子を使用することができ、そして、レーザ物理学又はレーザ技術において一般的に用いられているものに相当する、または、それに類似した効果、又は、機能を有する構成要素を用いることも可能である。
【００５８】
この明細書において、用語『平行にする』、及び、『視準を合わせる』（どちらも、“collimate”を訳したものである。）は、互換的に使用された。
【符号の説明】
【００５９】
１    テーパー状ダイオードレーザ
２    リッジ導波管
３    テーパー状導波管
４    距離計
５    透過光学システム
６    レーザ源コントロール
７    受光システム
８    検出器
１５  コンデンサ
１６  スイッチ素子
２１  インダクタンス
ＺＩ  標的
ＦＡ  速軸ビーム経路
ＳＡ  遅軸ビーム経路
【図１】
2009544022.tif 000003
【図２】
2009544022.tif 000004
【図３】
2009544022.tif 000005
【図４】
2009544022.tif 000006
【図５】
2009544022.tif 000007
【図６】
2009544022.tif 000008
【図７】
2009544022.tif 000009
【図８】
2009544022.tif 000010
【図９】
2009544022.tif 000011
【図１０】
2009544022.tif 000012
【図１１】
2009544022.tif 000013
【図１２】
2009544022.tif 000014
【図１３】
2009544022.tif 000015
【国際調査報告】
2009544022.tif 000016
2009544022.tif 000017
2009544022.tif 000018
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