(57)【要約】  特に、表面を測定するための地上用あるいは宇宙空間用の望遠鏡アレーのための距離測定装置を開示する。この距離測定装置は、測定される目標の上に電磁放射（ＥＳ）を発射するための少なくとも一つの放射源と、その目標により反射された放射（Ｓ）を受信し距離を得るためのセンサ（１１）を有する受信器と第１のスペクトルフィルタ（４）を備える。本発明によると、反射された放射（Ｓ）の受信の角度の広がりは、少なくとも一つの空間フィルタ（６′）、特に、放射源と受信器としてのファイバレーザーにより制限される。
2007530964.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地球あるいは宇宙での表面計測用途の望遠鏡装置用距離測定装置であって、
調査される目標に電磁放射（ＥＳ）の発射をする放射源と、
上記目標により反射された放射（Ｓ）を受信するセンサ（１１）を有し、受信した放射から距離情報を、特にパルス伝達時間あるいは位相測定方法により取得するための受信ユニットと、
ＩＲフィルタのような第１のスペクトルフィルタ（４）とを、少なくとも備え、
上記反射された放射（Ｓ）の受信の角度範囲が制限されるように形成、配置された少なくとも一つの空間フィルタ（６、６′）を備えることを特徴とする距離測定装置
【請求項２】
上記空間フィルタ（６、６′）は、光ファイバ（６）特に受信方向の上流に配置されたマイクロレンズ（５）を有する光ファイバ（６）であることを特徴とする請求項１記載の距離測定装置。
【請求項３】
上記空間フィルタ（６′）は、マルチモード・シースとアクティブファイバ・コアを有するファイバレーザーであることを特徴とする請求項１あるいは２記載の距離測定装置。
【請求項４】
上記反射された放射（Ｓ）が、ファイバコア（６ａ）とセンサ（１１）との間に光学カバー（６ｂ）を有する上記マルチモード・シースを通過することを特徴とする請求項３記載の距離測定装置。
【請求項５】
上記反射された放射（Ｓ）が、ファイバコア（６ａ）とセンサ（１１）との間に光学スイッチを有する上記アクティブファイバ・コアを通過することを特徴とする請求項３記載の距離測定装置。
【請求項６】
受信方向の、上記第１のスペクトルフィルタ（４）の上流に配置されたＵＶフィルタのように第二のスペクトルフィルタ（１）を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか記載の距離測定装置。
【請求項７】
第１のスペクトルフィルタ（４）とセンサ（１１）の間に、狭帯域の第３のスペクトルフィルタ（７）、特に放射（ＥＳ）の波長が１ｎｍ未満のスペクトル幅を有するスペクトルフィルタを有することを特徴とする請求項１から６のいずれか記載の距離測定装置。
【請求項８】
上記第３のスペクトルフィルタ（７）が、干渉型および・あるいは空間的周期型構造、好ましくはファブリ−・ぺロ干渉計あるいは反射回折格子構造であることを特徴とする請求項７記載の距離測定装置。
【請求項９】
少なくとも二つの空間フィルタ（６、６′）、特に、マルチレンズアレー（２ａ′）を有し、好ましくは該マルチレンズアレー（２ａ′）がＺｎＳｅ板（２′）の構造で形成されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか記載の距離測定装置。
【請求項１０】
上記空間フィルタ（６、６′）と上記マルチレンズアレー（２ａ′）が、特にベリリウムからなる、六角形のハニカム構造により固定されることを特徴とする請求項９記載の距離測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１のはじめの特徴によるスペクトルと空間選択性を特徴とする電子距離測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
距離測定の多くの用途において、特に、ＬＩＤＡＲ（光検出・配列）計測の場合、距離測定の有用な信号は、放射バックグラウンドから得られなければならない。その強度は、この有用な信号の強度の数倍になることもある。しかし、その特性のために、この有用な信号は、スペクトルあるいは空間フィルタによりバックグラウンドから分離可能である。一般に、測定信号は、送信装置の軸に平行か、あるいは、同軸で送信されるので、その信号は、調査される一般に拡散面により送信装置の軸の方向に反射され戻る。さらに、放射光のスペクトル範囲は選択可能なので、広帯域のバックグラウンド放射はスペクトル選択反射あるいは吸収により分離可能である。
【０００３】
大気あるいは宇宙でのＬＩＤＡＲ装置を備える用途のための距離測定装置を使用する分野において、目標物あるいは表面までの距離測定が、さらなるパラメータの記録により、独占的にあるいは同時に有効になり、高い比率の、無関係なあるいは妨害の放射が受信される。
【０００４】
航空体あるいは宇宙飛行体に搭載し使用されるシステムは、一般に厳しい重量制限のため、特別な要求を満たさなければならない。さらに、高い受信放射強度と、例えば、直接の太陽光あるいは高熱表面の放射による熱負荷とによる宇宙での使用の場合に、たとえば火災あるいは金属の溶解などの問題が生じる。このように、周極軌道からＬＩＤＡＲを用いて天体の地形をスキャンする人工衛星は、惑星の昼側と夜側の異なる境界状態を取り扱うことが原則として可能でなければならない。昼側は、使用されるＬＩＤＡＲ信号が得られるべきバックグラウンド放射の極端な比率を与える。例えば、氷、水、砂漠の砂のような強い放射あるいは反射面上の、地球上あるいは大気中での用途の場合にも同様の困難が生じる。
【０００５】
バックグラウンド放射を抑えるか遮断するために、スペクトル広帯域、狭帯域あるいは区分又は空間フィルタを有する多段フィルタの考えが使用される。
【０００６】
フィルタのスペクトル広帯域区分は、紫外線（ＵＶ）域と赤外線（ＩＲ）域で反射する二つの分割フィルタを有する。
【０００７】
ＵＶフィルタは、装置のアパーチャの外側に面している側上の誘電多層コートで構成される。このフィルタは、そのアパ−チャ内のＺｎＳｅ板の上の層として設けられ、６００ｎｍ以下の波長が吸収なしに反射され、それより長い波長は吸収なしに伝送される。このようなフィルタは非常に複雑であるが、スペクトル範囲に限定することで、技術的に実現可能である。
【０００８】
ＩＲフィルタは、ＵＶフィルタの下流に配置され、この波長範囲で吸収しない金の鏡を有している。ＵＶフィルタのＺｎＳｅ担架材料は、二つの鏡の間で吸収無しに放射伝送を確実にする。
【０００９】
空間フィルタは、直接あるいは間接に受信に使用されるセンサの上に放射の焦点を当てられ、そのセンサの表面は視野絞りとして機能する。しかし、絞り効果は、センサの上流に配置されたファイバにより補うこと、あるいは置き換えることが可能である。垂直のシステム、すなわち、表面に対し天底方向で観るシステムの場合、適切な放射はゼロ度で入射する。焦点合わせのため、外側から遠い方に面するＺｎＳｅ板の側は、個別のレンズとして、あるいは、レンズ配列として適切に形成可能である。ＩＲフィルタのゴールドの層はレンズの焦点面内あるいは近くに配置され、協働して、天底方向の外から入射するいかなる放射も反射される。
【００１０】
スペクトル狭帯域フィルタは、ＬＩＤＡＲ波長に対して１ｎｍ未満のバンド幅を有するファブリ−・ぺロ干渉計あるいはファイバ回折格子の形式でコンパクトであり、この範囲で外部からのいかなる放射も天底方向で抑えられる。
【００１１】
入射する放射の多段選択により、ＬＩＤＡＲシステムの有用放射は、装置の加熱が反射により回避され、バックグラウンド放射から分離可能である。特に人工衛星の場合、必要な冷却パワーがエネルギ供給装置から得なければならないので、この熱負荷は最小にする必要のある重要なパラメータである。記録もまた強い発射表面から実施可能であり、例えば、太陽に近い惑星の昼側で、特に冷却装置を有しない場合、約１．３Kgの質量低減を導く。
【００１２】
同時に、配列は、コンパクトな構造を可能に、例えば、二次元の配列も可能にする。このように、ＺｎＳｅ板の内部が、１０ｘ１０のマルチレンズ配列（レンズアレー）の構成であると、短い焦点距離、すなわち、短いデザインが、同じ番号のアパーチャで可能となる。レンズは、受信した放射を下流のファイバの入口オリフィスに導くことができ、これらのファイバは、分離した検出器あるいは共通の検出のどちらにも導かれる。狭帯域フィルタは、ファイバの端部と検出器の間に配置することができる。レンズ配列とファイバの結合と機械的固定は、六角形ハニカム状ベリリウム構造体により実現され、強い構造が低重量で確実となる。
【００１３】
個別のファイバを分離された検出器それぞれに割り当てることで、大きなハードの変更を必要としないで、検出器側のシステム余裕が増大し、個別の光子の検出が可能となる。
【００１４】
しかし、送信、受信部の空間分割は、不利も残っている。コンパクトなデザインは可能な実施例で原則的に実現可能であるが、分割された送信器、受信器は、異なるビームパスと、それらの軸のオフセットを有する。さらに、異なるタイプの部品を一つの配列に一体化する必要があり、大きな技術的複雑さと製造における増大する費用をもたらす。そのうえ、可能な範囲のため、送信器のアパ−チャの数量と範囲の増大が、受信器のアパ−チャの数量と範囲を減少させるので、そ送信器と受信器のパワーが制限される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、特に望遠鏡システムのための、構造が簡単な距離測定装置を提供することである。
【００１６】
さらなる目的は、可能な空間、範囲、重量制限の利用が改善された距離測定装置の提供である。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明において、請求項１の主要件あるいはその従属請求項によりこれらの目的は達成され、あるいは、更に解決方法が検討されている。
【００１８】
本発明は、スペクトルと空間選択性を有する、特に地球あるいは宇宙で使用する望遠鏡装置用の電子距離測定装置に関する。
【００１９】
本発明によると、スペクトル広帯域フィルタの下流に配置されたファイバが、送信器、受信器の共通の部品として使用されるファイバレーザーにより形成される。ここで、光はポンプ用レーザーにより生成され、ファイバレーザーの端面のひとつに入力される。生成されたレーザー放射は、調査のために使用され、受信において、広帯域フィルタを通過した後、ファイバレーザーに今度は他の面から戻り入力され、そのファイバレーザーにより案内される。ポンプ光とレーザー光は異なるスペクトル範囲を有するので、この二つの部品は互いに分離可能である。さらに、レーザー信号の有限伝送時間による時間遅れを考慮した時間識別を取り入れることが可能である。ファイバレーザーを抜けたあと、反射光は狭帯域フィルタを介しセンサに案内される。
【実施例１】
【００２０】
図１において、広帯域フィルタの効果が図示されている。放射Ｓの異なる角度での入射が、その入射した放射ＳのＵＶ成分ＵＶを反射する第二のスペクトルフィルタとしてのＵＶフィルタ１に衝突する。残りの部分がレンズ形構造２ａを有するＺｎＳｅ板２を通り送られる。レンズ２ａは、戻り反射される放射の伝送を改善するための反射防止膜３を備えている。この配置により、放射の赤外成分ＩＲは伝送されるが、第１のスペクトルフィルタとしてのＩＲフィルタ４を通った後、戻り反射されるので、ＺｎＳｅ板２とＵＶフィルタ１を再度通った後、ＩＲ成分ＩＲは再び距離測定装置を出ていく。
【００２１】
図２は、さらに部品が協働する概略図である。図１で説明した第１のフィルタの後にファイバの形の空間フィルタ６に、残りの放射が衝突する。この効果は、センサ範囲でのストップあるいは制限により、同様に得ることができる。ＩＲフィルタ４は焦点あるいはファイバ入口に移動している。この図は、あくまで概略図であり、ファイバとＩＲフィルタ４の寸法関係は正確ではない。天底方向の外部から入射のどんな放射も、この配置により反射される。空間フィルタ６による方向選択の後、ファブリー・ぺロ干渉計あるいは反射回折格子構造で形成された第三のスペクトルフィルタとしての狭帯域フィルタ７により、更なる選択がなされる。これらの部品の協働により、入射された放射Ｓは、スペクトルと方向部分により選別され、放射の大部分は距離測定装置の加熱を除去あるいは低減するように反射される。簡略化のため、レンズのようなビーム経路の部品はこの概略図より省略される。
【００２２】
図３は、図１、２に示されたフィルタ過程を有する、本発明の第１の実施例の概略図である。入射された放射Ｓは、レンズ構造２ａとＩＲフィルタ４を有するＺｎＳｅ板２のＵＶフィルタを介し、伝送される。このＩＲフィルタ４を通った後、ファイバのマルチモード部（ケースA）あるいは、後置増幅の強度のため、マイクロレンズ５を介しアクティブファイバ・コア６ａ（ケースB）のいずれかに入光される。前者の場合、検出器側に配置されたファイバの端部は、強度ストップ６ｂが設けられるか、ケースBの場合は、Qスイッチのような高速スイッチが設けられる必要がある。ケースBの場合、ファイバレーザーの発射の時間分割とセンサ１１へのスイッチングが有効であり、スイッチが開のとき、ファイバコア６ａは後置増幅器として動作する。
【００２３】
フィルタレーザーは、４ミクロンの直径を有するアクティブファイバ６ａを有し、マルチモード構造は約１００ミクロンの直径を有する。このマルチモード構造において、受信した放射Ｓは、ファイバーレーザーを通過し、第１のレンズ８ａ、ダイクロイック・ビームスプリッタ１０、狭帯域フィルタ７、第２のレンズ８ｂとを介し、センサ１１に向かって通る。本発明に従って、この受信ビーム経路と平行に、測定に使用される測定放射の発射のために、この配置が使用される。その形成のため、ポンプ光源９は、第三のレンズ８ｃにより平行にされ、ビームスプリッタ１０と第１のレンズ８ａを介しファイバレーザーに入力される光を発射する。
【００２４】
受信機の部品、特にセンサ１１へのファイバーレーザーのレーザー発射の悪い影響を避けるため、ファイバレーザーは、アクティブファイバ・コア６ａを光学的に覆う端部品６ｂを受信側に有する。ファイバレーザーにより生成された測定放射ＥＳは、マイクロレンズ５とレンズ構造２ａを有する望遠鏡装置を介し、発射のため好ましいビーム形状に成形される。このように、光ファイバは、前進モードで、発射モードのファイバレーザーとして操作され、後進モードで、受信器の空間フィルタ６′として機能する。この両用により、発射と検出が同じ光学部品により為され、その結果、スペースと重量制限に有利なデザインの簡略化がもたらされる。
【００２５】
本発明による第二の実施例として、複数のファイバの組合せを図４に示す。本発明による第二の実施例を実現するためのファイバ間の関係は、概略で示されている。ＺｎＳｅ板２′は、マルチレンズアレーとして複数のレンズ構造２ａ′を備え、そのレンズのそれぞれに、空間フィルタ６′としてファイバが配置されている。ＩＲフィルタ４は、それぞれのレンズ構造２ａ′と配置されたファイバ入口との間に置かれる。このＩＲフィルタは、連続した構造で形成可能であり、また、それぞれのファイバに対し分割して形成してもよい。概略図を簡略にするため、マイクロレンズ等の部品は、省略されている。測定放射ＥＳは、ファイバレーザーとしてそれぞれのファイバにより生成され、配置されたレンズ構造２ａ′により順々に発射される。
【００２６】
このように、ファイバの下流に配置された部品は、それぞれのファイバに別々に、あるいは、全てのファイバに、あるいは、複数のファイバといっしょに、形成あるいは使用される。個々のセンサは、それぞれの場合に、一つのファイバが配置される。その代わりに、複数のファイバの放射を一つの共通のセンサに送信することも可能である。このように、複数のファイバを、一つの共通の光源でポンプ可能であり、あるいは、図３のように分離されたポンプ光源を有することも可能である。
【００２７】
それぞれのファイバを受信器と送信器として形成することにより、装置のいろいろなアパーチャの標準化が可能となり、送信器と受信器の同軸配列のように、製造上と動作上の両方の利点がもたらされ、可能なスペースあるいは範囲と重量の最適な使用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】広帯域フィルタの効果の概略図を示す。
【図２】各種部品の協働の概略図を示す。
【図３】本発明による第１の実施例の概略図を示す。
【図４】本発明による第２の実施例を実現するための装置間の関係の概略図を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年7月3日(2006.7.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地球あるいは宇宙での表面計測用途の望遠鏡装置用距離測定装置であって、
調査される目標に電磁放射（ＥＳ）の発射をする放射源と、
上記目標により反射された放射（Ｓ）を受信するセンサ（１１）を有し、受信した放射から距離情報を、特にパルス伝達時間あるいは位相測定方法により取得するための受信ユニットと、
上記反射された放射（Ｓ）の受信の角度範囲が制限されるように形成、配置された少なくとも一つの空間フィルタ（６、６′）とを、少なくとも備え、
受信方向に上記空間フィルタの上流に配置され、赤外の範囲で反射する第１のスペクトルフィルタ（４）を備えることを特徴とする距離測定装置
【請求項２】
上記空間フィルタ（６、６′）は、光ファイバ（６）特に、受信方向の上流に配置されたマイクロレンズ（５）を有する光ファイバ（６）であることを特徴とする請求項１記載の距離測定装置。
【請求項３】
上記空間フィルタ（６′）は、マルチモード・シースとアクティブファイバ・コアを有するファイバレーザーであることを特徴とする請求項１あるいは２記載の距離測定装置。
【請求項４】
上記反射された放射（Ｓ）が、ファイバコア（６ａ）と上記センサ（１１）との間に光学カバー（６ｂ）を有する上記マルチモード・シースを通過することを特徴とする請求項３記載の距離測定装置。
【請求項５】
上記反射された放射（Ｓ）が、ファイバコア（６ａ）とセンサ（１１）との間に光スイッチを有する上記アクティブファイバ・コアを通過することを特徴とする請求項３記載の距離測定装置。
【請求項６】
受信方向の、上記第１のスペクトルフィルタ（４）の上流に配置され、ＵＶ範囲で反射するフィルタのように第二のスペクトルフィルタ（１）を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか記載の距離測定装置。
【請求項７】
第１のスペクトルフィルタ（４）とセンサ（１１）の間に、狭帯域の第３のスペクトルフィルタ（７）、特に放射（ＥＳ）の波長が１ｎｍ未満のスペクトル幅を有するスペクトルフィルタを有することを特徴とする請求項１から６のいずれか記載の距離測定装置。
【請求項８】
上記第３のスペクトルフィルタ（７）が、干渉型および・あるいは空間的周期型構造、好ましくはファブリ−・ぺロ干渉計あるいは反射回折格子構造であることを特徴とする請求項７記載の距離測定装置。
【請求項９】
少なくとも二つの空間フィルタ（６、６′）、特に、マルチレンズアレー（２ａ′）を有し、好ましくは該マルチレンズアレー（２ａ′）がＺｎＳｅ板（２′）の構造で形成されていることを特徴とする請求項１から８のいずれか記載の距離測定装置。
【請求項１０】
上記空間フィルタ（６、６′）と上記マルチレンズアレー（２ａ′）が、特にベリリウムからなる、六角形のハニカム構造により固定されることを特徴とする請求項９記載の距離測定装置。
【国際調査報告】
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