(57)【要約】      （修正有）【課題】放出されるレーザ光の波長が典型的にはレーザデバイスの温度に依存し、またその波長が長期間にわたってドリフトを呈する可能性がある。【解決手段】レーザビームの移動時間を測定するための測定構成であって、周囲環境に向かってあるレーザ波長を有するレーザ光を放出するように構成されたレーザデバイス２４と、入射レーザ光を、周囲環境内の物体から測定構成に向かって反射し戻された後に吸収するように構成された１つまたは複数の光検出器２３とを備える、測定構成。測定構成はまた、第１の波長範囲内のみのレーザ光を透過させるように構成されたオーダーソーティングフィルタ２２と、空洞共振波長範囲内のみのレーザ光を透過するように構成された走査型ファブリペロー干渉計とをも備える。第１の波長範囲は空洞共振波長範囲よりも広く、制御ユニットが、レーザデバイスの温度が変化したときに空洞共振波長範囲の中心をシフトするように構成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームの移動時間を測定するための測定構成であって、
周囲環境に向かってあるレーザ波長を有するレーザ光を放出するように構成されたレーザデバイスと、
入射レーザ光を、前記周囲環境内の物体から前記測定構成に向かって反射し戻された後に吸収するように構成された１つまたは複数の光検出器と、
前記レーザデバイスにおける逐次レーザパルスの放出時刻および前記１つまたは複数の光検出器における各レーザパルスの吸収時刻を記録することによって、または連続波レーザ光の放出と吸収との間の位相シフトを決定することによって前記移動時間を計算するように構成されている制御ユニットと
を備える測定構成において、
前記測定構成がまた、前記周囲環境内の前記物体から前記１つまたは複数の光検出器までの光路上に、第１の波長範囲内のみのレーザ光を透過させるように構成されたオーダーソーティングフィルタと、空洞共振波長範囲内のみのレーザ光を透過するように構成された走査型ファブリペロー干渉計とをも備え、前記第１の波長範囲は前記空洞共振波長範囲よりも広いこと、および
前記測定構成がまた、前記走査型ファブリペロー干渉計に接続された電圧源をも備え、結果、前記空洞共振波長範囲は、前記走査型ファブリペロー干渉計に印加される電圧を変えることによって変更することができること、および
前記制御ユニットが、センサから前記レーザ波長に関する測定データを取り出し、前記走査型ファブリペロー干渉計に印加される電圧を変えることによって、前記取り出された測定データに基づいて前記空洞共振波長範囲の中心をシフトするように構成されることを特徴とする、測定構成。
【請求項２】
前記センサが前記１つまたは複数の光検出器のうちの１つであり、前記測定データが光強度値を含み、前記制御ユニットが、
前記光検出器から一連の光強度値を取り出し、各光強度値は、前記レーザデバイスから放出されるレーザ光に対応し、
最新の光強度値が先行する光強度値よりも大きく、かつ前記最新の光強度値が、前記先行する光強度値が測定された波長より大きい波長において測定された場合、前記空洞共振波長範囲の中心をより大きな値にシフトし、
前記最新の光強度値が前記先行する光強度値よりも小さく、かつ前記最新の光強度値が、前記先行する光強度値が測定された波長より小さい波長において測定された場合、前記空洞共振波長範囲の中心をより大きな値にシフトし、
前記最新の光強度値が前記先行する光強度値よりも大きく、かつ前記最新の光強度値が、前記先行する光強度値が測定された波長より小さい波長において測定された場合、前記空洞共振波長範囲の中心をより小さい値にシフトし、
前記最新の光強度値が前記先行する光強度値よりも小さく、かつ前記最新の光強度値が、前記先行する光強度値が測定された波長より大きい波長において測定された場合、前記空洞共振波長範囲の中心をより小さい値にシフトするように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の測定構成。
【請求項３】
前記センサが前記１つまたは複数の光検出器のうちの１つであり、前記測定データが光強度値を含み、前記制御ユニットが、
前記光検出器から一連の光強度値を取り出し、各光強度値は、前記レーザデバイスから放出されるレーザ光に対応し、
取り出された各光強度値を１つまたは複数の先行する光強度値と比較することによって光強度を監視し、
前記取り出された光強度値が前記１つまたは複数の先行する光強度値からの所定のマージン内にある場合は前記空洞共振波長範囲の中心を不変に保ち、
前記取り出された光強度値が前記１つまたは複数の先行する光強度値からの所定のマージン外にある場合、新たに取り出される光強度値が前記１つまたは複数の先行する光強度値からの所定のマージン内に入るまで、前記空洞共振波長範囲の中心をシフトするように構成されることを特徴とする、請求項１に記載の測定構成。
【請求項４】
前記１つまたは複数の光検出器が、前記吸収時刻を測定するための第１の光検出器と、光強度を監視するための第２の光検出器とを含むことを特徴とする、請求項２〜３のいずれか一項に記載の測定構成。
【請求項５】
前記１つまたは複数の光検出器が、前記移動時間を測定するとともに、光強度を監視するための１つのみの第１の光検出器を含むことを特徴とする、請求項２〜３のいずれか一項に記載の測定構成。
【請求項６】
前記センサが前記レーザデバイスの温度を測定するように構成された温度センサであり、前記測定データが温度値を含み、前記制御ユニットが、
前記温度センサから温度値を取り出し、記憶されている較正データから、前記取り出されている温度値に対応する表形式レーザ波長値を取り出し、
前記空洞共振波長範囲の中心を前記表形式レーザ波長値にシフトするように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の測定構成。
【請求項７】
前記周囲環境内の物体から前記１つまたは複数の光検出器への光路が、前記第１の走査反射器における反射を含むことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の測定構成。
【請求項８】
パルスレーザビームの移動時間を測定するための方法であって、
レーザデバイスが、周囲環境に向かってあるレーザ波長を有するレーザ光を放出し、
１つまたは複数の光検出器が、入射レーザ光を、前記周囲環境内の物体から前記測定構成に向かって反射し戻された後に吸収し、
制御ユニットが、前記レーザデバイスにおける逐次レーザパルスの放出時刻および前記１つまたは複数の光検出器における各レーザパルスの吸収時刻を記録することによって、または連続波レーザ光の放出と吸収との間の位相シフトを決定することによって移動時間を計算する、パルスレーザビームの移動時間を測定するための方法において、
前記測定構成がまた、前記周囲環境内の物体から前記１つまたは複数の光検出器までの光路上に、最初に、第１の波長範囲内のみのレーザ光を透過させるように構成されたオーダーソーティングフィルタをも備え、次に、前記空洞共振波長範囲内のみのレーザ光を透過するように構成された走査型ファブリペロー干渉計をも備え、前記第１の波長範囲は前記空洞共振波長範囲よりも広いこと、および
前記測定構成がまた、前記走査型ファブリペロー干渉計に接続された電圧源をも備え、結果、前記空洞共振波長範囲は、前記走査型ファブリペロー干渉計に印加される電圧を変えることによって変更することができること、および
前記制御ユニットが、センサから前記レーザ波長に関する測定データを取り出し、前記走査型ファブリペロー干渉計に印加される電圧を変えることによって、前記取り出された測定データに基づいて前記空洞共振波長範囲の中心をシフトすることを特徴とする、方法。
【請求項９】
前記センサが前記１つまたは複数の光検出器のうちの１つであり、前記測定データが光強度値を含み、前記制御ユニットが、
前記光検出器から一連の光強度値を取り出し、各光強度値は、前記レーザデバイスから放出されるレーザ光に対応し、
最新の光強度値が先行する光強度値よりも大きく、かつ前記最新の光強度値が、前記先行する光強度値が測定された波長より大きい波長において測定された場合、前記空洞共振波長範囲の中心をより大きな値にシフトし、
前記最新の光強度値が前記先行する光強度値よりも小さく、かつ前記最新の光強度値が、前記先行する光強度値が測定された波長より小さい波長において測定された場合、前記空洞共振波長範囲の中心をより大きな値にシフトし、
前記最新の光強度値が前記先行する光強度値よりも大きく、かつ前記最新の光強度値が、前記先行する光強度値が測定された波長より小さい波長において測定された場合、前記空洞共振波長範囲の中心をより小さい値にシフトし、
前記最新の光強度値が前記先行する光強度値よりも小さく、かつ前記最新の光強度値が、前記先行する光強度値が測定された波長より大きい波長において測定された場合、前記空洞共振波長範囲の中心をより小さい値にシフトすることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記センサが前記１つまたは複数の光検出器のうちの１つであり、前記測定データが光強度値を含み、前記制御ユニットが、
前記光検出器から一連の光強度値を取り出し、各光強度値は、前記レーザデバイスから放出されるレーザ光に対応し、
取り出された各光強度値を１つまたは複数の先行する光強度値と比較することによって光強度を監視し、
前記取り出された光強度値が前記１つまたは複数の先行する光強度値からの所定のマージン内にある場合は前記空洞共振波長範囲の中心を不変に保ち、
前記取り出された光強度値が前記１つまたは複数の先行する光強度値からの所定のマージン外にある場合、新たに取り出される光強度値が前記１つまたは複数の先行する光強度値からの所定のマージン内に入るまで、前記空洞共振波長範囲の中心をシフトすることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記センサが前記レーザデバイスの温度を測定するように構成された温度センサであり、前記測定データが温度値を含み、前記制御ユニットが、
前記温度センサから温度値を取り出し、記憶されている較正データから、前記取り出されている温度値に対応する表形式レーザ波長値を取り出し、
前記空洞共振波長範囲の中心を前記表形式レーザ波長値にシフトすることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、レーザデバイスの周囲に放出されるレーザ光の移動時間測定に関する。より詳細には、本開示は、光検知測距（ＬＩＤＡＲ）デバイスのような、それらの周囲を反復移動時間測定値でマッピングするように構成され得るレーザデバイスに関する。本開示はさらに、周囲条件で行われる移動時間測定における信号対雑音比、およびその比を改善するための手段に関する。
【背景技術】
【０００２】
光検知測距（ＬＩＤＡＲ）システムは、通常、一連のレーザビームパルスまたは変調連続波レーザ光を周囲環境に放出するレーザデバイスと、入射光を、近傍の物体から反射された後に回収する光検出器とを備える。ＬＩＤＡＲシステムはまた、出射レーザ光を複数の異なる方向に反射するための反射器と、また、入射レーザ光を光検出器に向かって反射するための反射器とを備え得る。反射器は、微小電気機械的に駆動されるＭＥＭＳ反射器であり得る。同軸システムでは、レーザビームの軸は受光光学系の軸と一致する。二軸構成では、レーザビームと受光器軸とは分離されており、レーザビームはある所定の範囲を超えるものだけが受光光学系の視界に入る。
【０００３】
ＬＩＤＡＲシステムは、複数の異なる方向に反射された光の放出と検出との間の経過時間、または連続波の時間依存位相シフトを測定することによって、周囲環境に関連する距離関連データを計算および解析することができる。
【０００４】
人がいる可能性がある周囲環境で測定を行う場合、移動時間レーザ測定には一定の制限がある。第１に、レーザ光は目の安全のために比較的低い強度を有しなければならない。第２に、日光および車のヘッドライトなどの外部光源からの光もＬＩＤＡＲシステムに入り、光検出器で実行される測定に影響を与える。これらの要因は、ＬＩＤＡＲシステムの信号対雑音比に影響を与え、それらの分解能および範囲を制限する。
【０００５】
特許文献１は、周辺光をフィルタリングすることによって信号対雑音比を改善するために、静的バンドパスフィルタが入射レーザ光の光路に使用されるＬＩＤＡＲシステムを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１７／３５０９８２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、静的バンドパスフィルタに関する一般的な問題は、それらが比較的広い範囲の波長を検出器に通過させることを可能にしなければならないことである。これは、放出されるレーザ光の波長が典型的にはレーザデバイスの温度に依存し、またその波長が長期間にわたってドリフトを呈する可能性があるためである。特に、レーザデバイスが、気象条件が変化し、エージング効果を生じさせる屋外で使用されるとき、放出されるレーザ光の波長は長期間にわたって一定のままであることを期待することはできない。このことは、バンドパスフィルタにレーザデバイスのＦＷＨＭ通過帯域よりもはるかに広い通過帯域を与えることによって、バンドパスフィルタの設計において考慮されなければならない。したがって、光検出器の信号対雑音比は静的帯域通過フィルタの使用によって改善されるが、それは理想には程遠いままである。
【０００８】
本開示の目的は、上述した欠点を軽減するための装置および方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の目的は、独立請求項に述べられていることを特徴とする装置および方法によって達成される。本発明の好ましい実施形態が、従属請求項に開示されている。
【００１０】
本開示は、入射レーザ光の光路上で走査型ファブリペロー干渉計を利用し、放出されるレーザ光の波長が変化する場合にこの干渉計の通過帯域を動的に調整するという着想に基づいている。
【発明の効果】
【００１１】
本開示に記載された方法および構成の利点は、ファブリペロー干渉計の狭い通過帯域が放出されたレーザ光の波長と一致するように連続的に調整されることである。光検出器に入る周辺光の量が減少し、移動時間測定の信号対雑音比が改善される。
【００１２】
以下において、添付の図面を参照しながら、好ましい実施形態によって、本開示をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】測定方法を示す図である。
【図２】測定構成を示す図である。
【図３ａ】動作原理を示す図である。
【図３ｂ】動作原理を示す図である。
【図４】第１の実施形態に係る測定方法を示す図である。
【図５】第２の実施形態に係る測定方法を示す図である。
【図６】第３の実施形態に係る測定方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本開示は、レーザビームの移動時間を測定するための測定構成を説明する。この構成は、周囲環境に向かってあるレーザ波長を有するレーザ光を放出するように構成されたレーザデバイスと、入射レーザ光を、周囲環境内の物体から測定構成に向かって反射し戻された後に吸収するように構成された１つまたは複数の光検出器とを備える。測定構成はまた、レーザデバイスにおける逐次レーザパルスの放出時刻および１つまたは複数の光検出器における各レーザパルスの吸収時刻を記録することによって、または連続波レーザ光の放出と吸収との間の位相シフトを決定することによって移動時間を計算するように構成される制御ユニットをも備える。
【００１５】
測定構成はまた、周囲環境内の物体から１つまたは複数の光検出器までの光路上に、第１の波長範囲内のみのレーザ光を透過させるように構成されたオーダーソーティングフィルタと、空洞共振波長範囲内のみのレーザ光を透過するように構成された走査型ファブリペロー干渉計とをも備え、第１の波長範囲は空洞共振波長範囲よりも広い。測定構成はまた、走査型ファブリペロー干渉計に接続された電圧源をも備え、その結果、空洞共振波長範囲は、走査型ファブリペロー干渉計に印加される電圧を変えることによって変更することができる。制御ユニットは、センサからレーザ波長に関する測定データを取り出し、走査型ファブリペロー干渉計に印加される電圧を変えることによって、取り出された測定データに基づいて空洞共振波長範囲の中心をシフトするように構成される。
【００１６】
レーザデバイスは、パルスレーザデバイスでもよいし、または、レーザ光を連続的に放出するレーザデバイスでもよい。デバイスがパルス化されている場合、レーザ光はパルスレーザビーム、すなわち一連のレーザパルスである。パルスレーザデバイスのパルス周波数は、例えば、５０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚであり得、その結果、放出されるパルスは、通常、次のパルスが放出される前にＬＩＤＡＲシステムに戻る。この場合、制御ユニットは、レーザデバイスにおける逐次レーザパルスの放出時刻と、１つまたは複数の光検出器における各レーザパルスの吸収時刻とを記録することによって移動時間を計算するように構成することができる。
【００１７】
レーザデバイスが連続的に光を放出する場合、レーザ光は、レーザ光の強度振幅が変調されている連続波レーザビームであり得る。この場合、制御ユニットは、光信号を復調することによって放出と吸収との間の連続波レーザ光の位相シフトを決定することによって移動時間を計算するように構成され得る。
【００１８】
両方の場合において、到達するレーザ光の大きさ（到達するパルスの強度または到達する連続波の振幅）は、移動時間測定が実行されるのと同時に測定され得る。
【００１９】
レーザデバイスは、例えば、レーザダイオードとすることができる。レーザダイオードの放出ピークの半値全幅（ＦＷＨＭ）値は、通常、数ナノメートル程度である。放出されるレーザ放射の波長は、近赤外領域、例えば８００ｎｍ〜１６００ｎｍの範囲内にあり得る。
【００２０】
レーザデバイスは、単一のレーザユニットであってもよく、または、複数のレーザユニットを含むレーザアレイモジュールであってもよい。アレイ内の各レーザユニットはパルスレーザユニットであってもよく、またはレーザアレイ内の各ユニットは振幅変調されたレーザ光を連続的に放出するレーザであってもよい。
【００２１】
ＬＩＤＡＲシステムの使用温度はアプリケーションによって異なる。レーザデバイスは、例えば、自動車用途において−４０℃〜＋１２５℃の範囲の温度変動を経験する可能性がある。
【００２２】
測定構成を用いて実施される方法を図１に示す。レーザデバイスが、周囲環境に向かってあるレーザ波長を有するレーザ光を放出し（１１）、制御ユニットが、センサから上記レーザ波長に関する測定データを取り出し（１２）、走査型ファブリペロー干渉計に印加される電圧を変えることによって、取り出された測定データに基づいて空洞共振波長範囲の中心をシフトする（１３）。１つまたは複数の光検出器が入射レーザレーザを吸収し（１４）、制御ユニットが上述の方法で移動時間を計算する（１５）。
【００２３】
本開示において、用語「放出時刻」および「吸収時刻」は、レーザパルスの放出／吸収が生じたときに記録されるタイムスタンプを指す。移動時間は吸収時刻と放出時刻との間の差である。
【００２４】
レーザデバイスから放出されたレーザ光は第１の反射器に衝突し得、第１の反射器は、それらの光を走査環境に向けて反射する。反射器は、異なる方向に傾斜することができる走査反射器であり得る。代替的に、レーザ光はレーザデバイスから走査環境に向かって直接進行し得る。
【００２５】
図２は、本開示による測定構成２０を示す。この構成は、レーザ光を放出するように構成されたレーザデバイス２４と、周囲環境２７に向かって光を外方に反射する任意選択の第１の走査反射器２５とを含む。反射器２５は、容量性アクチュエータ、ピエゾアクチュエータまたは電磁アクチュエータによって共鳴振動するように駆動されるＭＥＭＳ反射器であってもよい。レーザ光はまた、それらが測定構成２０を出る前に他の反射器によって反射され得る。レーザデバイスが周囲環境に向かって直接光を放出することができるようにレーザデバイスが構成されている場合、走査反射器および他の反射器は場合によっては省略されてもよい。
【００２６】
レーザ光は、測定構成２０の周囲の周囲環境２７を通過し、最終的には物体２６に当たる。レーザ光の少なくとも一部は、物体２６から光検出器２３への光路に沿って測定構成に向かって反射し戻される。この光路はまた、図２には示されていない１つまたは複数の追加の反射器を含むこともできる。図２は、入射光路が出射光路と一致しない二軸の場合を示す。本開示に記載されている測定構成は、代替的に出射光路が入射光路と一致するように同軸であってもよい。言い換えれば、物体２６から１つまたは複数の光検出器２３への光路はまた、第１の走査反射器２５における反射をも含み得る。
【００２７】
周囲環境２７では、太陽光および周囲環境内の他の光源からの光などの周辺光２８も、物体２６または他の何らかの物体から反射された後に２６〜２３の光路に入ることがある。上述したように、この周辺光は、光検出器２３においてレーザ光を正確に検出することをより困難にする。
【００２８】
測定構成は、物体２６から光検出器２３までの光路上にオーダーソーティングフィルタ２２を備え、このフィルタはファブリペロー干渉計の側波帯が測定に影響を与えるのを防ぐ。オーダーソーティングフィルタは、例えば、幅が数百ナノメートルであり得る広い通過帯域を有する受動帯域通過または高域通過光学フィルタであり得る。測定構成はまた、オーダーソーティングフィルタの前または後の２６〜２３の光路上にファブリペロー干渉計２１をも備える。
【００２９】
ファブリペロー干渉計（ＦＰＩ）は、明確に定義された距離を置いて離間された２つの平坦で反射率の高い平行平面からなる光学フィルタである。反射平面表面間の空間は、本質的に、光学フィルタ通過帯域波長を規定する共振空洞である。ＦＰＩは走査型ＦＰＩとすることができ、ＦＰＩの２つの反射面間の距離は、反射面間の距離を制御する電圧端子に印加される電圧を変更することによって変えることができる。制御ユニットは、図２には示されていない電圧源を通して走査型ＦＰＩを制御するように構成されてもよい。
【００３０】
図３ａおよび図３ｂは、本開示に記載されている構成および方法の動作原理を示している。Ｗ軸は波長を表し、Ｓ軸は光検出器によって測定される信号値を表す。図３ａは、入射光をフィルタリングするために静的帯域フィルタのみが使用され、ＦＰＩは使用されない構成を示す。３１は、高さＳ０を有する、レーザ波長Ｗ０で放出されるレーザピークである。Ｗ０は、例えば、９５０ｎｍまたは１５５０ｎｍであり得る。Ｗ０は近赤外領域にあり得る。
【００３１】
曲線３２は、静的フィルタの通過帯域を示す。レーザデバイス内のレーザ波長のドリフト間隔（典型的には温度変動または経年劣化によって引き起こされる）はΔＷによって示される。測定がすべての温度で行われ得ることを確実にするために、静的フィルタの通過帯域３２は、レーザデバイスのレーザ波長ドリフト間隔ΔＷを包含しなければならない。上述の温度範囲内で、ΔＷは、温度調整なしの典型的なレーザデバイスに対しては約５０ｎｍであり得る。信号対雑音比は、レーザデバイスから発生するものではない、通過帯域３２内に入ってくる光子からのノイズのために比較的低くなる。
【００３２】
図３ｂは、オーダーソーティングフィルタおよびファブリペロー干渉計が使用されるときの同じ測定の特性を示す。３３は、高さＳ１を有する、レーザ波長Ｗ０で放出されるレーザピークである。曲線３４は、第１の波長範囲を規定する、オーダーソーティングフィルタの通過帯域を示す。この帯域は、望ましくない高調波の反射後にＦＰＩを通過する波長を遮断するのに十分に狭くあるべきであるが、実際にはこれは、その帯域がレーザ波長のドリフト間隔ΔＷよりはるかに広い数百ナノメートル幅になり得ることを意味する。他方、曲線３５は、ＦＰＩによって決定される空洞共振波長範囲を示す。走査型ＦＰＩは、以下に提示される実施形態で説明される方法でレーザ波長Ｗ０の変化を追跡することができるため、この空洞共振波長範囲は、ドリフト間隔ΔＷよりはるかに狭くなり得る。結果として、検出器に到達する光の信号対雑音比は、この場合、曲線３３および３５によって決定され、この比は、空洞共振波長範囲の狭さのために比較的高くなる。
【００３３】
空洞共振波長範囲の幅は、例えば１〜２０ｎｍ、３〜１５ｎｍ、または５〜１０ｎｍの範囲内であり得る曲線３５のＦＷＨＭ値によって特徴付けられる。
【００３４】
制御ユニットは、センサから、レーザ波長、特にレーザ波長の変化に関する測定データを取り出すことができる。センサは、レーザデバイス２４の温度を測定するように構成された温度センサとすることができる。代替的に、センサは、１つまたは複数の光検出器のうちの１つであってもよい。センサは、光検出器２３、または光検出器２３に隣接する別個の光検出器であってもよく、これは特にＦＰＩ調整のためのデータを収集するためのものである。
【００３５】
レーザ波長に関するデータを測定するためのセンサが光検出器である場合、空洞共振波長範囲の中心をシフトさせるために必要な測定は、周囲環境から反射されて戻ってくる光に対して行われる必要はない（ただし、そのような光に対して行われる場合はある）。レーザデバイスからレーザ光が放出されると、レーザデバイスの直近の周囲（通常は一部の種類であればケーシングの内側）は、通常、反射光および散乱光によって強く照射される。レーザ光の波長のみが重要であり、適切に配置された光検出器はこの反射し散乱した光の任意の部分から波長を検出することができる。光検出器に向かう反射は、追加のミラーによって任意選択的に援助されてもよい。さらに、レーザデバイスから放出されるレーザビームはまた、外側に向けられる前にビームスプリッタを通過してもよく、分割されたレーザビームの一部は、レーザ波長測定のための光検出器に向けられてもよい。
【００３６】
以下の実施形態は、センサから取り出された測定値に基づいて制御ユニットが空洞共振波長範囲の中心をどのようにシフトすることができるかを説明する。
【００３７】
（実施の形態１）
センサが１つまたは複数の光検出器のうちの１つであり、測定データが光強度値を含む場合、制御ユニットは、上記光検出器から一連の光強度値を取り出すように構成され得る。各光強度値は、レーザデバイスから放出されるレーザパルス、または、連続的に放出されるレーザ光に対して行われる振幅測定に対応する。
【００３８】
最新の光強度値が先行する光強度値よりも大きく、かつ最新の光強度値が、先行する光強度値が測定された波長より大きい波長において測定された場合、制御ユニットは空洞共振波長範囲の中心をより大きな値にシフトするように構成され得る。
【００３９】
最新の光強度値が先行する光強度値よりも小さく、かつ最新の光強度値が、先行する光強度値が測定された波長より小さい波長において測定された場合、制御ユニットは空洞共振波長範囲の中心をより大きな値にシフトするように構成され得る。
【００４０】
最新の光強度値が先行する光強度値よりも大きく、かつ最新の光強度値が、先行する光強度値が測定された波長より小さい波長において測定された場合、制御ユニットは空洞共振波長範囲の中心をより小さい値にシフトするように構成され得る。
【００４１】
最新の光強度値が先行する光強度値よりも小さく、かつ最新の光強度値が、先行する光強度値が測定された波長より大きい波長において測定された場合、制御ユニットは空洞共振波長範囲の中心をより小さい値にシフトするように構成され得る。
【００４２】
図４は、制御ユニットによって用いられる方法を示す。最初の掃引は、レーザピークを見出すために、最初にファブリペロー干渉計を用いて行うことができる。空洞共振波長範囲は最初は初期波長を中心とし得、この初期波長において測定された初期光強度値が記憶される。任意選択的に、レーザデバイスの温度を監視するように構成された温度センサから取り出された温度値を使用して、測定サイクルを開始することができる適切な初期波長を決定することができる。制御ユニットは、取り出された温度値に対応する表形式レーザ波長値を見出すように構成されてもよく、この表形式レーザ波長値は、空洞共振波長範囲が中心とする初期波長として記憶されてもよい。
【００４３】
ステップ４５において、制御ユニットは、波長λＡにおいて新しい光強度値の測定を行う。この値は、ここでは文字Ａで示され、ステップ４１においてメモリユニットに記憶される。これにより、Ａが最新の光強度値となる。ステップ４２において、制御ユニットは、Ａを、ここでは文字Ｂで示される先行する光強度値と比較する。測定シーケンスが始まるとき、Ｂは上述のように初期光強度値に等しく設定されてもよい。図４に示すループの１サイクルが完了した後、Ｂは、後述するように、ステップ４４において与えられた値を有する。
【００４４】
図４において、λＡは最新の測定が行われたときの空洞共振波長範囲の中心（走査型ＦＰＩに印加される電圧によって決定される）を意味し、λＢは先行する測定が行われたときの空洞共振波長範囲の中心を意味する。ステップ４４ａおよび４４ｂにおいて、制御ユニットは次の測定を設定する。λＡは最初にλＢの新しい値としてメモリユニットに記憶され、Ａは新しいＢの値としてメモリユニットに記憶される。
【００４５】
ステップ４２の比較において、Ａ＞Ｂは、先行する測定が行われたときよりも、最新の測定が行われたときの方が、空洞共振波長範囲の中心がレーザ波長に近かったことを示す。他方、Ａ＜Ｂは、先行する測定が行われたときよりも、最新の測定が行われたときの方が、空洞共振波長範囲の中心がレーザ波長から遠かったことを示す。
【００４６】
したがって、比較ステップ４２および４３ａにおいてＡ＞ＢかつλＡ＞λＢである場合、λＡはレーザ波長により近いため、次の測定のために空洞共振波長範囲の中心をより長い波長にシフトさせるべきである。したがって、λＡの新しい値は、ステップ４４ａにおいて、λＡを波長増分λｓｔｅｐだけ増分することによって計算される。言い換えれば、走査型ＦＰＩに印加される電圧は、空洞共振波長範囲の中心が増分λｓｔｅｐだけシフトされるように増加または低減される。他方、比較ステップ４２および４３ａにおいてＡ＞ＢかつλＡ＜λＢである場合、次の測定のために空洞共振波長範囲の中心をより短い波長にシフトさせるべきである。したがって、λＡの新しい値は、ステップ４４ｂにおいて、λＡを波長増分λｓｔｅｐだけ低減することによって計算される。
【００４７】
同様に、比較ステップ４２および４３ｂにおいてＡ＜ＢかつλＡ＜λＢである場合、λＢはレーザ波長により近いため、次の測定のために空洞共振波長範囲の中心をより長い波長にシフトさせるべきである。したがって、λＡの新しい値は、ステップ４４ａにおいて、λＡを波長増分λｓｔｅｐだけ増分することによって計算される。また、比較ステップ４２および４３ｂにおいてＡ＜ＢかつλＡ＞λＢである場合、ステップ４４ｂにおける次の測定のために空洞共振波長範囲の中心をより短い波長にシフトさせるべきである。
【００４８】
ステップ４４ａおよび４４ｂにおいてλＡに新しい値が割り当てられた後、測定サイクルは再びステップ４５に戻り、ここで新しい光強度測定が、今回は増分されたまたは低減された波長値λＡにおいて行われる。この方法により、制御ユニットはレーザ波長を追跡し、レーザの温度が変化しても空洞共振波長範囲がレーザ波長に非常に近い中心に留まるように、走査型ＦＰＩに印加される電圧を連続的に調整することができる。温度較正は不要である。
【００４９】
先行する実施形態のように、光強度値が比較されるときに平均化が利用されてもよい。言い換えれば、「最新の光強度値」は第１のセットの光強度測定値の平均であり得、「先行する光強度値」は、第２のセットが第１のセットの前に測定されたものであるような、第２のセットの光強度測定値の平均であり得る。
【００５０】
（実施の形態２）
センサが１つまたは複数の光検出器のうちの１つであり、測定データが光強度値を含む場合、制御ユニットは、上記光検出器から一連の光強度値を取り出すように構成され得る。各光強度値は、レーザデバイスから放出されるレーザパルス、または、連続的に放出されるレーザ光に対して行われる振幅測定に対応する。
【００５１】
制御ユニットはまた、取り出された各光強度値を１つまたは複数の先行する光強度値と比較することによって光強度を監視し、取り出された光強度値が１つまたは複数の先行する光強度値からの所定のマージン内にある場合は空洞共振波長範囲の中心を元のままに保つように構成される。制御ユニットはまた、取り出された光強度値が１つまたは複数の先行する光強度値からの所定のマージン外にある場合、新たに取り出される光強度値が１つまたは複数の先行する光強度値からの所定のマージン内に入るまで、空洞共振波長範囲の中心をシフトするように構成され得る。
【００５２】
シフトはより長い波長への上方であっても、またはより短い波長への下方であってもよい。所望のマージン内に入る新しい光強度値が取り出された後、制御ユニットは、空洞共振波長範囲の中心をその新しい調整値に設定されたままにし、それらを先行する光強度値と比較することによって新たに取り出される光強度値の監視に戻ることができる。
【００５３】
制御ユニットは、メモリユニット内の２つのメモリ位置に２つの光強度値を記憶するように構成されてもよい。制御ユニットは、最新に取り出された光強度値を第１のメモリ位置に記憶し、先行する光強度値を第２のメモリ位置に記憶することができる。新しい光強度値が取り出されるたびに、最初に第２のメモリ位置にあった値が上書きされるように、第１のメモリ位置に記憶された値を第２のメモリ位置に移動させることができる。
【００５４】
代替的に、制御ユニットは、より長いシーケンスの先行する光強度値をメモリユニットに記憶するように構成されてもよい。このとき、最新に取り出された光強度値は、例えば、メモリユニットに記憶されているすべての先行する光強度値の平均または加重平均と比較されてもよい。この平均は、例えば、５つまたは１０個の最近に記録された先行する光強度値が含まれる移動平均であり得る。
【００５５】
上記で概説した調整をトリガするための適切な所定のマージンは、例えば、取り出された光強度値が先行する光強度値と（または先行する光強度値の平均と）１％超または５％超異なることであり得る。
【００５６】
放出光強度が一定のままであるという仮定の下では、取り出される光強度値と１つまたは複数の先行する光強度値との間の、所定のマージンより大きい偏差は、レーザ波長がシフトしたこと、および、ＦＰＩの空洞共振波長範囲がもはやレーザ波長と最適に位置整合されていないことを意味する。
【００５７】
制御ユニットは、ＦＰＩの反射面が互いにさらに離れるようにまたは近づくようにＦＰＩ端子に印加される電圧を変更するように構成されてもよい。制御ユニットは、所定のマージンの上限または下限を超えたか否かをチェックし、それに応じて電圧を上方または下方に調整するように構成することができる。しかし、このチェックを行わなくても調整を自動化することができる、これは、調整が誤った方向に行われた場合、新しい光強度値が取り出されるときにこれが迅速に検出されるためである。制御ユニットは、調整のトリガに先行する光強度値の所定のマージン内に入るような値が再び取り出されるまで、取り出された光強度値を増加させる調整を行うように構成されてもよい。
【００５８】
１つまたは複数の光検出器は、移動時間を測定するための第１の光検出器と、光強度を監視するための第２の光検出器とを含み得る。この場合において、第１の光検出器は、移動時間の測定にのみ使用される場合、線形モードまたはガイガーモードのいずれにおいても動作することができるが、第２の光検出器は線形モードで動作する必要がある。両方の検出器は、測定される光パワーがファブリペローフィルタデバイスの同じ光学的開口を通るように配置されなければならない。
【００５９】
代替的に、１つまたは複数の光検出器は、吸収時刻を測定するとともに、光強度を監視するための１つのみの第１の光検出器を含み得る。
【００６０】
同じ測定構成を用いて実施される対応する方法を図５に示す。制御ユニットは、上記光検出器から一連の光強度値を取り出し（５１）、各光強度値は、レーザデバイスから放出されるレーザ光に対応し、制御ユニットは、取り出される各光強度値を１つまたは複数の先行する光強度値と比較することによって光強度を監視する（５２）。制御ユニットはまた、取り出される光強度値が１つまたは複数の先行する光強度値からの所定のマージン内にある場合、空洞共振波長範囲の中心を不変に保ち（５３）、取り出される光強度値が１つまたは複数の先行する光強度値からの所定のマージン外にある場合、空洞共振波長範囲の中心を上方または下方にシフトする（５４）。
【００６１】
先行する実施形態のように、光強度値が比較されるときに平均化が利用されてもよい。言い換えれば、「取り出される光強度値」は第１のセットの光強度測定値の平均であり得、「先行する光強度値」は、第２のセットが第１のセットの前に測定されたものであるような、第２のセットの光強度測定値の平均であり得る。
【００６２】
（実施の形態３）
センサがレーザデバイスの温度を測定するように構成された温度センサであり、測定データが温度値を含む場合、制御ユニットは上記温度センサから温度値を取り出し、記憶されている較正データから、取り出されている温度値に対応する表形式レーザ波長値を取り出すように構成される。制御ユニットはまた、空洞共振波長範囲の中心を表形式レーザ波長値にシフトするように構成されてもよい。
【００６３】
言い換えれば、制御ユニットは、レーザデバイス２４の温度を監視する温度センサに接続することができる。レーザデバイスから放出されるレーザ光の波長の温度依存性は、デバイスが使用される前または後に較正実験において決定されていてもよい。そのような実験から得られる表形式較正データは、その後、直接温度測定に基づいて任意の時点におけるレーザ波長の現在値を決定するために利用されてもよい。
【００６４】
取り出されている温度値に基づいて、制御ユニットは、取り出されている温度値に対応する表形式レーザ波長値を見出すことができる。制御ユニットはまた、ＦＰＩ制御端子に印加される電圧を変更するように構成されてもよく、その結果、表形式レーザ波長値が空洞共振波長範囲の現在の中心点と異なる場合、ＦＰＩの反射面は互いに対して移動される。それによって、レーザデバイスの温度が変化しても、ＦＰＩの空洞共振波長範囲は放出されるレーザ光の波長と位置整合したままである。
【００６５】
調整が行われた後、制御ユニットは、空洞共振波長範囲の中心をその新しい調整値に設定されたままにし、それらを先行する光強度値と比較することによって新たに取り出される光強度値の監視に戻ることができる。
【００６６】
同じ測定構成を用いて実施される対応する方法を図６に示す。制御ユニットは上記温度センサから温度値を取り出し（６１）、記憶されている較正データから、取り出されている温度値に対応する表形式レーザ波長値を取り出し（６２）、空洞共振波長範囲の中心を表形式レーザ波長値にシフトする（６３）。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
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【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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