(57)【要約】  本発明のいくつかの実施態様にしたがって、個体を遠隔的にモニターするシステムおよび方法。特に、該個体の一つまたはそれ以上の生理学的機能と身体的活動力、またはそれらの何れかをモニターすることができる。該個体をモニターするために、該個体の一つまたはそれ以上の表面（すなわち、皮膚、衣類、唇など）上の一つまたはそれ以上の点に対する距離と距離の変化の速度、またはそれらの何れかを時間を通して測定することができる。該個体の表面上の点の距離と距離の速度、またはそれらの何れかの測定に基づいて、該個体の一つまたはそれ以上の生理学的機能と身体的活動力またはそれらの何れかをモニターすることができる。これは生理学的機能と身体的活動力またはそれらの何れかを該個体に接近したり、近傍に配置したりすることなしに遠隔的にモニターすることを可能にしている。【特許請求の範囲】
【請求項１】
個体を遠隔的にモニターするシステムであって、ある時間に亘って個体の一つまたはそれ以上の表面にある一つまたはそれ以上の点の距離と距離速度を測定するレーザー・レーダー・システムと、該レーザー・レーダー・システムによって測定される距離と距離速度に基づいて一つまたはそれ以上の個体の生理的機能または身体的活動力をモニターするモニター・モジュールとを含むシステム。
【請求項２】
該モニター・モジュールが距離と距離速度における一つまたはそれ以上の一般的な傾向と距離と距離速度における一つまたはそれ以上の残留偏差が測定され、かつ距離と距離速度における一つまたはそれ以上の一般的な傾向および／または距離と距離速度における一つまたはそれ以上の残留偏差に基づいて一つまたはそれ以上の個体の生理的機能または身体的活動力がモニターされる請求項１記載のシステム。
【請求項３】
該モニター・モジュールが距離と距離速度における一般的傾向から個体の身体運動を評価し、かつ距離と距離速度における一般的傾向の残留偏差から個体の表面の表面振動を評価し、かつ評価された身体運動および／または評価された表面振動に基づいた個体の一つまたはそれ以上の生理学的機能または身体的活動力をモニターする請求項２記載のシステム。
【請求項４】
一つまたはそれ以上の生理学的機能または身体的活動力が心臓血管機能または呼吸機能のうちの少なくとも一つを含む請求項１記載のシステム。
【請求項５】
一つまたはそれ以上の生理学的機能または身体的活動力が心拍速度、または心拍変動、またはパルス遷移時間、またはパルス波形、または呼吸速度、または呼吸力のうちの少なくとも一つを含む請求項４記載のシステム。
【請求項６】
一つまたはそれ以上の生理学的機能または身体的活動力が話すこと、または咳をすること、またはくしゃみをすること、または歩くこと、または走ることのうちの少なくとも一つである請求項１記載のシステム。
【請求項７】
個体を遠隔的にモニターする方法であって、個体の一つまたはそれ以上の表面上の一つまたはそれ以上の点に向けて放射ビームを連続的に放射することと、かつ個体の表面上の点から反射された放射ビームの一部分を受光することと、かつ放射ビームの一つまたはそれ以上の態様に基づいて個体の表面上の点の距離または距離速度を測定することと、かつ個体の表面上の点の距離と距離速度に基づいて個体の一つまたはそれ以上の生理学的機能または身体的活動力をモニターすることとを含む方法。
【請求項８】
距離と距離速度における一つまたはそれ以上の一般的傾向と距離と距離速度における一つまたはそれ以上の残留偏差を測定し、かつそこで個体の一つまたはそれ以上の生理学的機能または身体的活動力をモニターすることが距離と距離速度における一般的傾向と距離と距離速度における残留偏差またはこれらの何れかに基づいて個体の一つまたはそれ以上の生理学的機能または身体的活動力をモニターすることを含むことを、さらに含む請求項７記載の方法。
【請求項９】
距離と距離速度における一般的傾向から個体の身体運動を評価し、かつ距離と距離速度における一般的傾向からの残留偏差から個体の表面の表面振動評価し、かつそこで個体の一つまたはそれ以上の生理学的機能または身体的活動力をモニターすることが評価された身体運動と評価された表面振動またはそれらの何れかに基づいて個体の一つまたはそれ以上の生理学的機能または身体的活動力をモニターすることを含むことを、さらに含む請求項８記載の方法。
【請求項１０】
一つまたはそれ以上の生理学的機能または身体的活動力が心臓血管機能または呼吸機能のうちの少なくとも一つを含む請求項７記載の方法。
【請求項１１】
一つまたはそれ以上の生理学的機能または身体的活動力が心拍速度、または心拍速度変動、またはパルス遷移時間、またはパルス波形、または呼吸速度、または呼吸力のうちの少なくとも一つを含む請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
一つまたはそれ以上の生理学的機能または身体的活動力が話すこと、あるいは咳をすること、あるいはくしゃみをすること、あるいは歩くこと、あるいは走ることの内の少なくとも一つを含む請求項７記載の方法。
【請求項１３】
個体をモニターするシステムであって、第１レーザー・ビームを生成するレーザー光源と、第１レーザー・ビームを分割して個体の方向に向かわせる第１標的ビームと第１局部発振器ビームにし、個体から返ってくる第１標的ビームの第１反射部分と第１局部発振器ビームから第１結合標的ビームを生成する光干渉計部とを含む第１コヒーレント・レーザー・レーダー部、第２レーザー・ビームを生成するレーザー光源と、第２レーザー・ビームを分割して第１標的ビームを有する個体の方向に向かわせる第２標的ビームと第２局部発振器ビームにし、個体から返ってくる第２標的ビームの第２反射部分と第２局部発振器ビームから第２結合標的ビームを生成する光干渉計とを含む第２コヒーレント・レーザー・レーダー部、ある時間に亘って個体の一つまたはそれ以上の表面上の一つまたはそれ以上の点の距離と距離速度を第１結合標的ビームと第２結合標的ビームから測定し、かつ該プロセッサーが個体の一つまたはそれ以上の生理学的機能または身体的活動力を該プロセッサーによって測定された距離と距離速度に基づいてモニターすることを含むシステム。
【請求項１４】
プロセッサーが距離と距離速度における一つまたはそれ以上の一般的傾向と距離と距離速度における一つまたはそれ以上の残留偏差を測定し、かつ距離と距離速度における一つまたはそれ以上の一般的傾向と距離と距離速度における一つまたはそれ以上の残留偏差に基づいて個体の一つまたはそれ以上の生理学的機能または身体的活動力をモニターする請求項１３記載のシステム。
【請求項１５】
プロセッサーが距離と距離速度における一般的傾向から個体の身体運動を評価し、かつ距離と距離速度における一般的傾向からの残留偏差から個体の表面の表面振動を評価し、かつ評価した身体運動と評価した表面振動またはそれらの何れかに基づいて個体の一つまたはそれ以上の生理学的機能または身体的活動力をモニターする請求項１４記載のシステム。
【請求項１６】
一つまたはそれ以上の生理学的機能または身体的活動力が心臓血管機能または呼吸機能のうちの少なくとも一つを含む請求項１３記載のシステム。
【請求項１７】
一つまたはそれ以上の生理学的機能または身体的活動力が心拍速度、または心拍速度変動、またはパルス遷移時間、またはパルス波形、または呼吸速度、または呼吸力のうちの少なくとも一つを含む請求項１６記載のシステム。
【請求項１８】
一つまたはそれ以上の生理学的機能または身体的活動力が話すこと、または咳きをすること、またはくしゃみをすること、または歩くこと、または走ることのうちの少なくとも一つを含む請求項１３記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
この出願は米国仮特許出願第６０／６１１，２９５号「心臓血管と呼吸信号を遠隔モニターするためにコヒーレント・レーザー・レーダーを用いるためのシステムおよび方法」２００４年９月２１日出願と、米国仮特許出願第６０／６５１，９８９号「チャープト・コヒーレント・レーザー・レーダー・システムと方法」２００５年２月１４日出願からの優先権を主張する。これらは両方とも本明細書では参考資料として引用されている。
【技術分野】
【０００２】
本発明は個体の生理学的機能と身体的活動力またはそれらの何れかを遠隔的にモニターするシステムおよび方法に係わるものである。
【背景技術】
【０００３】
患者の一つまたはそれ以上の生理学的機能をモニターするために様々な装置が知られている。従来の装置は一つまたはそれ以上の心臓血管機能、または一つまたはそれ以上の呼吸機能、または他の生理学的機能のモニターを可能にしている。心臓血管機能とは脈拍速度と、脈拍速度変動と、パルス遷移時間と、パルス波形と、他の心臓血管機能またはそれらの何れかを含むものである。呼吸機能とは呼吸速度と、呼吸力と、他の呼吸機能を含むものである。
【０００４】
一般に、患者の生理学的機能をモニターするために従来の装置操作では普通、該患者への物理的に近傍に配置し、かつ接近させるか、またはそれらの何れかを必要としている。例えば、心臓血管機能は接触（例えば、患者の皮膚に近い血管や動脈、またはそれらの何れかを通っての血流をモニターしたり、胸の上下動によって心臓の鼓動をモニターすることなど）、あるいは音（例えば、聴診器を通してなど）、あるいは該患者に物理的に近傍に配置し、かつ接近させるか、またはその何れかを必要とする他のメカニズムによってモニターすることができる。呼吸機能は、例えば患者の気道の近傍でのガスの流速を測定するか、あるいは該患者に物理的に近傍に配置し、かつ接近させるか、またはその何れかを必要とする他のメカニズムによってモニターすることができる。
【０００５】
患者の生理学的機能をモニターするために従来の装置によって通常必要とされる患者への物理的な近接と接近すること、またはそれらの何れかは押し付けがましく、かつ不快な場合があり、またはそれらの何れかである場合がある。これは、いくつかの環境のなかでは患者をモニターするのを妨げる場合がある。例えば、患者に気を配らないで患者をモニターすることは不可能かもしれない。他の場合には、患者をモニターすると、モニターしている間、患者が休息できないようにしてしまうこともありうる。従来の装置の他の欠点も知られている。
【０００６】
一つまたはそれ以上のレーザー・レーダーを用いて直線距離を測るさまざまな測定装置が知られている。そのような測定装置は測定装置からの標的の距離か距離に関係する情報と、測定装置に対する標的の距離あるいは距離の変化する速度、またはそれらの何れかにに関わる情報を生成することができる。この距離および距離の速度の情報はいろいろな設定において有益になり得る。本出願の目的にとって距離速度という言葉は標的と測定装置の間の距離の変化する速度を言っている。
【概要】
【０００７】
本発明のいろいろな実施態様の一面は、発明のいくつかの実施態様に従って個体を遠隔的にモニターするためのシステムと方法に係わるものである。さらに限定して、個体の一つまたはそれ以上の生理学的機能と身体的活動力、またはそれらの何れかをモニターするものである。個体をモニターするために、該個体の一つまたはそれ以上の表面（例えば、皮膚、衣類、唇など）上の一つまたはそれ以上の点に対する距離と距離の変化する速度（速度）、またはそれらの何れかが時間を通して測定される。個体の表面の点の距離と距離の変化する速度、またはそれらの何れかの測定に基づいて、該個体の一つまたはそれ以上の生理学的機能と身体的活動力、またはそれらの何れかがモニターされる。これは、生理学的機能と身体的活動力、またはそれらの何れかを該個体に接近したり、近傍に配置することなしに該個体に対して遠隔的にモニターすることを可能にしている。これは、個体の生理学的機能と身体的活動力、またはそれらの何れかのモニターを、該個体に分からないような方法で達成することを可能にするものである。
【０００８】
本発明のいくつかの実施態様に於いて、レーザー・レーダー・システムが個体の表面の一点で該個体に照射されるように、該個体の方向に電磁放射のビームを向ける。個体の表面のその点に向けられた放射ビームのいくらか、または全てが表面で反射される（かつ、散乱されるか、またはその何れかが起こる）。そして、レーザー・レーダー・システムに戻って受光される。放出とそれに続く反射、またはそれらの何れかに先立つ放射の一つまたはそれ以上の観点（例えば、周波数、位相、強度など）に基づいて、レーザー・レーダー・システムはレーザー・レーダー・システムに対する表面の点の距離と、距離の変化する速度の一方または両方を測定する。
【０００９】
本発明のさまざまな実施態様に従って、レーザー・レーダー・システムはある時間周期に（ある繰り返し周期で）個体の一つまたはそれ以上の表面の一つまたはそれ以上の点の距離と距離の変化する速度、またはそれらの何れかの複数の測定することができる。その時間周期での測定された距離と距離の変化する速度、またはそれらの何れかにおける一般的な傾向は個体によって示される身体（または、身体部分）運動を評価するためにモニター・モジュールによって実施される、一方に於いて認識された傾向からの残留偏差は個体の表面の表面振動を評価するのに用いることができる。観測された表面振動は短周期の振動と長周期の振動の一つまたは両方を含むことがある。評価された身体運動と表面振動、またはそれらの何れかに基づいて当該個体の一つまたはそれ以上の生理学的機能と身体的活動力がモニター・モジュールによってモニターされる。
【００１０】
いくつかの実施態様において、個体の一つまたはそれ以上の表面の複数の点の距離と距離の変化する速度、またはそれらの何れかはレーザー・レーダー・システムによって測定される。例えば、レーザー・レーダー・システムは、放射がラスター方式で個体を走査するように、放出している間は放射ビームを走査する。そのような実施態様において、レーザー・レーダー・システムは個体の一つまたはそれ以上の表面領域（例えば、胸、首、手首、顔面領域、など）をモニターすることができる、あるいはレーザー・レーダー・システムはレーザー・レーダー・システムに対して照準線上に晒されている個体の全ての表面をモニターすることができる。
【００１１】
本発明のさまざまな実施態様に従って、個体の身体運動と表面振動、あるはその何れかの評価に基づいてモニター・モジュールによってモニターされる個体の生理学的機能と身体的活動力、あるいはそれらの何れかは、一つまたはそれ以上の心臓血管機能と、一つまたはそれ以上の呼吸機能と、他の生理学的機能と、他の身体的活動力を含むものである。心臓血管機能は心拍速度と、心拍速度変動と、パルス遷移時間と、パルス波形と他の心臓血管機能を含む。呼吸機能は呼吸速度と、呼吸力と他の呼吸機能またはそれらの何れかを含むものである。身体的活動力は話すこと、咳をすること、くしゃみをすること、歩くこと、走ること、あるいは他の身体的活動力を含むものである。いくつかの場合には、生理学的機能と身体的活動力、またはそれらの何れかは、ほかの生理学的機能と身体的活動力、またはそれらの何れかから推量される一つまたはそれ以上の生理学的機能を含むものである。この実例として、心拍パルス遷移時間から推量される血管の状態と心拍パルス波形から推量される自律神経の状態、またはそれらの何れか、が含まれる。
【００１２】
本発明のさまざまな実施態様のほかの面は、レーザー・レーダー・システムに対して動いている標的の距離と距離の変化速度を明白に検出するレーザー・レーダー・システムに係るものである。本発明のさまざまな実施態様の他の側面として、多重同時測定をするために（実質的、そうなるのだが）多重のレーザー・レーダー・セクションを用いるレーザー・レーダー・システムに係るものである。それによって、距離と距離の変化する速度の両方を、時系列的な測定を単一レーザー・セクションに行わせるシステムを用いたときに起こる一時的なさまざまな影響をうけることなしに測定することができる。更に、本発明のさまざまな実施態様のほかの面として、従来よりも標的の距離と速度の速い測定と、標的の距離と速度の正確な測定と、他の有利性あるいはそれらの何れかを与えることができる。
【００１３】
本発明のいくつかの実施態様において、個体の一つまたはそれ以上の生理学的機能と身体的活動力、またはそれらの何れかをモニターするために個体の表面上の一点またはそれ以上の点をモニターするレーザー・レーダー・システムの実施は個体の表面上の点の距離と距離の変化する速度の明白な測定を与えることができる。また、それによって個体の一つまたはそれ以上の生理学的機能と身体的活動力またはそれらの何れかに対するモニター能力を増強させることが可能である。例えば、個体の表面上の点の距離と距離の変化する速度、またはそれらの何れかの明白な測定は測定された距離と距離の変化する速度、またはそれらの何れかにおける雑音の量を減少させることができる。このようにして、レーザー・レーダー・システムは距離と距離の変化する速度、またはそれらの何れかの測定の精度を向上させることができる。測定された距離と距離の変化する速度、またはそれらの何れかの精度を向上させることは個体の生理学的機能と身体的活動力またはそれらの何れかをモニターするために測定された距離と距離の変化する速度を用いる測定を強力にすることができる。例えば、身体運動を示す距離と距離の変化する速度、またはそれらの何れかにおける一般的な傾向と、表面振動について示す一般的傾向からの残留偏差またはそれらの何れかの測定を強化することができる。
【００１４】
本発明のいくつかの実施態様において、レーザー・レーダー・システムは標的の方向に第１の標的ビームと第２の標的ビームを放射する。第１の標的ビームと第２の標的ビームは該標的によってレーザー・レーダー・システムの方に反射される。レーザー・レーダー・システムは反射された第１の標的ビームと第２の標的ビームを受光することができる、そしてレーザー・レーダー・システムからの標的距離の少なくとも一つと、標的の距離の変化する速度を測定することができる。本発明のいくつかの実施態様のなかで、レーザー・レーダー・システムは第１のレーザー・レーダー・セクションと、第２のレーザー・レーダー・セクションと、プロセッサーを含むものである。
【００１５】
本発明のいくつかの実施態様のなかで、第１のレーザー・レーダー・セクションは第１の標的ビームと第１の比較参照光線を生成する。第１の標的ビームと第１の比較参照ビームは第１のレーザー源によって第１のチャープ速度で変調された第１の周波数で生成される。第１の標的ビームは目標の測定点の方向に向けられる。第１のレーザー・レーダー・セクションは該標的に向けられる第１の標的ビームの一部分と該標的から反射されるビームを結合する。第１の標的ビームの他の部分は、局部発振器ビームと言われるのだが、既知の光路長か、さもなければ固定した光路長をもつ光路の方に向けられる。これは結合第１標的ビームを生成する。
【００１６】
本発明のいろいろな実施態様に従って、第２のレーザー・レーダー・セクションは第１のレーザー・レーダー・セクションと並べて配置され、固定される。さらに、限定して、それぞれのレーザー・ビームを送信したり、受信したりする関連する光素子は配置され、固定される。第２のレーザー・レーダー・セクションは第２の標的ビームと第２の比較参照ビームを生成する。第２の標的ビームと第２の比較参照ビームは第２のレーザー源によって第２のチャープ速度で変調された第２の周波数で生成される。第２のチャープ速度は第１のチャープ速度と異なる。これは信号弁別や、あるいはまた、他のダウンストリーム処理の側面のような、一つまたはそれ以上の観点からダウンストリーム処理を容易にするものである。第２の標的ビームは第１の標的ビームと同じ標的上の測定点に向けられる。第２のレーザー・レーダー・セクションは該標的に向けられる第２の標的ビームの一部分と該標的から反射されるビームを結合する。第２の標的ビームの他の部分は、局部発振器ビームと言われるのだが、既知の光路長か、さもなければ固定した光路長をもつ光路の方に向けられる。これは結合第２標的ビームを生成する。
【００１７】
本発明のいろいろな実施態様に従って、プロセッサーは第１、第２の結合標的ビームを受信し、かつそれぞれの反射された標的ビームの各々と対応する局部発信器ビームとの間の光路長の差によるものと、レーザー・レーダー・システムに対しての標的の運動によって生成される任意のドップラー周波数遷移によって生ずるビート周波数を測定する。それぞれの局部発振器ビームの各々と反射標的ビームの間のビート周波数が反射標的ビームの同時（本質的に同時）時間成分に対応している限り、ビート周波数をその時に標的の距離と距離の変化の速度の明白な測定を行うために線形に結合することができる。反射標的ビームの同時（本質的に同時）時間成分は標的ビームの時間成分を含んでいる、すなわち１）本質的に標的の同じ部分に投射されている、２）類似伝送効果によって衝撃が与えられている、３）本質的に同じ条件のもとで走査型光素子によって方向づけられている、かつ４）他の類似性を持ち合っている、あるいはこれらの何れかである。線形結合のために反射標的ビームの同時（あるいは、本質的に同時）時間成分に対応するビート周波数の利用は環境または他の影響によって導入される任意の雑音を効果的に打ち消すことが出来る（例えば、式（１）を見よ）。
【００１８】
結合された標的光線は第１局部発振器光線と第２局部発振器光線を異なった標的ビームか、あるいは同じ標的ビームの異なった部分と別々に結合することによって生成されるので、第１の結合標的ビームと第２の結合標的ビームは、二つの分離した状態で、しかし一致した状態で、単一電源周波数変調レーザー・レーダー・システムの状態で、最終処理の直前の状態で現れるような光信号を表すこともある。例えば、結合標的ビームは単一光源システムで標的干渉計によって作られる光信号を示すこともある。
【００１９】
本発明のいろいろな実施態様に従って、標的ビームは分離した光路上で標的に向けられ、かつ標的からのビームを受光する、またはそれらの何れかが行われる。いくつかの実施態様においてはこれらの光路は似てはいるが、異なったものである。他の実施態様において第１標的ビームと第２標的ビームは、共通の光路に沿って標的に向けられる結合標的ビームを生成するために、放射のまえに結合される。いくつかの実施態様においては標的ビームは標的によって反射され、標的に向けられた標的ビームの共通の光路とは分離した受光路に沿ってレーザー・レーダー・システムによって受光されることがある。このような実施態様は“双静的”と呼ばれることがある。あるいは、結合標的ビームは共通の光路に沿ってレーザー・レーダー・システムによって受信されることがある。これらの後の方の実施態様は“単静的”と呼ばれることがある。単静的実施態様は反復光学系で動作するときには、双静的実施態様にたいして有利な場合がある。さらに限定すると、本発明の単静的実施態様は、他のいろいろな実施態様の間でもとりわけ微分ドップラー効果や斑紋による歪によって受ける影響は少ないことがある。微分ドップラー効果は、例えば標的光線を標的の他の位置に向けるように鏡を走査することによって起こる。鏡の異なった部分が異なった速度で動くので、標的光線の異なった部分は異なったドップラー偏移を受ける。これは範囲や範囲の変化する速度の測定に誤差を生じさせる。これらの効果はアンソニースロトィンスキー他によって調査され、解析されている。例えば、ディジタル・シグナル・コーポレイション、８００３  フォーブス・プレース、スプリングフィールド、ＶＡ．２２１３１によって提出されたＮＡＳＡラングレー契約Ｎｏ．ＮＡＳ１−１８８９０（１９９１年５月）フェーズＩＩ最終報告書、付録Ｋに記載されており、これは本明細書ではそっくりそのまま参考資料として引用している。
【００２０】
いくつかの例では、第１レーザー光源と第２レーザー光源はそれぞれ、第１キャリア周波数と第２キャリア周波数で電磁放射を生成することがある。この、第１キャリア周波数は本質的に第２キャリア周波数と同じである。これは、レーザー・レーダー・システムに、例えば斑紋による歪を最小化するなどとか、他の能力の向上も含めてさまざまな能力の向上を付与する。
【００２１】
いくつかの実施態様において、第１レーザー光源と第２レーザー光源は非常に直線性の良い周波数チャープを有する電磁放射を与えることがある。最終的に、第１レーザー光源と第２レーザー光源によって放射される電磁放射の線形化は繰り返し基盤（例えば、チャープごとに）で、いくつかの実施態様では連続的に（大抵の場合、そのように）校正されることがある。電磁放射の周波数チャープのこの線形化は、線形化を起動時に行う従来システムに対して範囲測定精度の向上や、他の性能の向上を付与することがある。この線形化作業はオペレータがシステム性能の劣化に気がついたときや、劣化した性能をある高さに基礎をおいた線形化レベルに初期化したいときや、一つまたはそれ以上のシステムパラメータが許容範囲から脱落したとき、などに行われる。繰り返して自動的に行う線形化またはその何れかによる線形化は高速走査をしているときに発生する鏡微分ドップラー雑音効果を減少させることができ、また範囲測定にあれこれの雑音を影響を取り除く二重チャープ技術の効果を最大化することができる。
【００２２】
本発明のいくつかの実施態様において、本レーザー・レーダー・システムはレーザー・レーダー・システムからの標的の距離が最大距離と最小距離の間のある距離の集合のなかに落ち込んだときに高い精度で標的の距離と距離速度を測定することができる。標的の距離がその距離の集合の中に入らなかったときにはレーザー・レーダー・システムの精度は劣化することがある。この劣化は第一のレーザー光源と第二のレーザー光源のコヒーレンス長の結果でありうる。これは本来有限である。例えば、最小距離と最大距離の間の距離はコヒーレンス長の関数でありうる。第一のレーザー光源と第二のレーザー光源のコヒーレンス長が長ければ長いほど最小距離と最大距離の間の距離は大きくなる。この結果、第一のレーザー光源と第二のレーザー光源のコヒーレンス長を長くすることは範囲の大きな集合に対して測定ができる能力をあたえることになるので、レーザー・レーダー・システムが測定できる距離と距離速度を増やすことができる。
【００２３】
本発明のいくつかの実施態様において、第一のレーザー光源と第二のレーザー光源の一つまたは両方とも放射源から電磁放射をする際に制御性よくチャーピングするシステムと方法を実施することができる。このシステムと方法は電磁放射を構成可能な周期で実質的に線形なチャープ速度でつくることを可能にしている。いくつかの実施態様においては、この放射は単一の、周波数の偏移した共振モードを含むことができる。
【００２４】
本発明のいくつかの実施態様において、システムは放射源と、光キャビテイを形成する一つまたはそれ以上の光素子と、周波数偏移器と、光スイッチと、光増幅器を含むことができる。いくつかの実施態様において、周波数偏移器が光キャビテイのなかに配置されることがある。これは光キャビテイからの電磁放射を受信するためであり、また光キャビテイに送り返されて受信した電磁放射の周波数偏移成分を出力するためである。光スイッチは光キャビテイからの電磁放射を受信するために、光キャビテイのなかに配置されることができる。光スイッチは調整が可能であり、受信した電磁放射を光キャビテイから離れるように向きをかえたり、受信した電磁放射を光キャビテイに送り返したりすることができる。いくつかの実施態様において、光スイッチは調整が可能であり、放射源からの放射を、受光した電磁放射を光キャビテイから離れるように向きを変えている間、その光キャビテイに結合することができる。また、この放射は初期周波数で光スイッチで受光されている光源からのものである。
【００２５】
本発明のさまざまな実施態様において、光キャビテイの光波長に対応する時間、初期周波数で放出され、レーザー光源からの放射が光キャビテイに投入されることによって、光キャビテイは“満たされる”ことになる。いくつかの実施態様において、レーザー光源からの放射は、光スイッチによって光キャビテイのなかに導かれることがある。レーザー光源からの電磁放射がそのキャビテイに向けられている間、光スイッチは光スイッチによって受けとった放射をキャビテイから逸れるように、または“ダンプ”されるように制御される。そのキャビテイが一度“満たされる”（例えば、光キャビテイの光波長に対応する時間が経過した後）と、レーザー光源から光キャビテイへの放射の流れは停止される。いくつかの実施態様において、レーザー光源から光キャビテイへの放射の流れはレーザー光源の電源を落とすことによって停止される。他の実施態様においては、レーザー光源から光キャビテイへの放射の流れは、レーザー光源から放射を光キャビテイから逸れるように光スイッチを制御することによって停止されることがある。そのキャビテイがいっぱいに満たされている間、光キャビテイに注入される放射は光スイッチによってキャビテイ内で回転することになる。また光スイッチは光キャビテイから受け取った放射をその光キャビテイに戻すように制御される。
【００２６】
いくつかの実施態様において、電磁放射は光キャビテイのなかで回転するので、その周波数は光キャビテイを一回まわるごとに周波数偏移器によって増加するように調整される。この周期的な増加調整をとおして、光キャビテイ内の放射の周波数はおおよそ線形的にチャープすることが可能である。電磁放射の周波数がチャープされる速度は周波数偏移器による増加周波数調整か、キャビテイの光波長かの何れか、または両方に関係する。従って、放射周波数がチャープされる速度はこれらの変数の一つまたは両方を介して制御されることになる。
【００２７】
いくつかの実施態様において、光キャビテイの品質の良さ（Ｑ）が光キャビテイ内のさまざまな損失によって劣化することがある。例えば、光キャビテイから装置への出力は損失を構成する。また、光素子のなかの欠陥による損失のようなものや、あるいは他の寄生損失のような、別の損失もまた存在する。光増幅器は選択され、制御されて累積されたキャビテイ損失を凌駕するように、光キャビテイ内の放射に対して充分な利得を与えるようにしている。その結果、予め設定した強度または制御された強度の光キャビテイからの放射出力が保持されることができるようになっている。光増幅器はさらに一つまたはそれ以上の他の特性に基づいて選択されることがある。例えば、均質な線幅とか、利得帯域幅とか、他の仕様とかである。
【００２８】
本発明のいくつかの実施態様において、一つのチャープ速度が０に設定されることがある。換言すれば、レーザー光源の一つが一定周波数で放射をすることがある。これは一定周波数で発光するレーザー光源を単純な設計で、小さな形状で、軽量で、安いコストで、あるいはシステム全体が有利になるような補強策をもって実施するできることを可能にするものである。これらの実施態様において、チャープ速度が０に設定されたレーザー・レーダー・セクションは標的の範囲速度のみを測定するために使用されることになる。
【００２９】
本発明のいくつかの実施態様において、プロセッサーは第１結合標的ビームと第２結合標的ビームをデジタル的に線形結合して距離信号と距離速度信号を生成する。例えば、該プロセッサーは第１検波器と第２検波器を有している。第１検波器は第１結合標的ビームを受光して第１結合標的ビームに対応する第１アナログ信号を生成することが出来る。第１アナログ信号は第１変換器によって第１デジタル信号に変換される。該プロセッサーは第１周波数データ・モジュールを有していて、第１デジタル信号の一つまたはそれ以上の周波数成分に対応する第１周波数集合を測定することができる。
【００３０】
第２検波器は第２結合標的ビームを受光して第２結合標的ビームに対応する第２アナログ信号を生成する。第２アナログ信号は第２コンバータによって第２デジタル信号に変換される。該プロセッサーは第２周波数データ・モジュールを有していて、第２デジタル信号の一つまたはそれ以上の周波数成分に対応する第２周波数データ集合を測定することができる。
【００３１】
第１周波数データ集合と第２周波数データ集合は周波数データ結合モジュールによって受光される。周波数データ結合モジュールは第１周波数データ集合と第２周波数データ集合から導出される距離速度信号と距離信号を生成する。
【００３２】
本発明の他の実施態様において、プロセッサーは第１結合標的ビームと第２結合標的ビームを電子工学的に混合して、距離信号と距離速度信号を生成する。例えば、該プロセッサーは変調器を有している。変調器は第１検波器によって生成された第１アナログ信号と第２検波器によって生成された第２アナログ信号を乗算して結合アナログ信号を生成する。このような実施態様において、プロセッサーは結合アナログ信号を受信する第１フィルターと第２フィルターを有している。第１フィルターは結合アナログ信号を濾過して第１フィルター出力信号を生成する。第１フィルター出力信号は第１コンバータによって変換されて距離速度信号を生成する。第２フィルターは結合アナログ信号を濾過して第２フィルター出力信号を生成する。第２フィルター出力信号は第２コンバータによって変換されて距離信号を生成する。
【００３３】
本発明の実施態様に従って、第１結合標的光線と第２結合標的ビームを光学的に混合して距離信号と距離速度信号を生成する。例えば、プロセッサーは検波器を有しており、その検波器は第１結合標的ビームと第２結合標的ビームを受信し、第１結合標的ビームと第２結合標的ビームの検波に基づいて結合アナログ信号を生成する。そのような実施態様においてプロセッサーは結合アナログ信号を受信する第１フィルターと第２フィルターを有している。第１フィルターは結合アナログ信号を濾過して第１フィルター出力信号を生成する。第１フィルター出力信号は第１コンバータによって変換されて距離速度信号をつくる。第２フィルターは結合アナログ信号を濾過して第２フィルター出力信号を生成する。第２フィルター出力信号は第２コンバータによって変換されて距離信号を生成する。
【詳細説明】
【００３４】
図１は本発明に係るいくつかの実施態様にしたがって個体１１２を遠隔的にモニターするためのシステム１１０の説明図である。システム１１０は個体１１２の一つまたはそれ以上の生理学的機能と身体的活動力、またはその何れかをモニターするものである。システム１１０は個体１１２の表面（例えば、皮膚、衣類、唇など）上の一点の距離と距離の変化する割合（例えば、速度）、またはそれらの何れかを測定できるレーザー・レーダー・システム１１６を有している。システム１１０はレーザー・レーダー・システム１１６の測定に基づいて個体１１２の生理学的機能と身体的活動力、またはその何れかをモニターすることのできるモニター・モジュール１１８を有している。  システム１１０は個体１１２に直接的に接触することなく個体１１２から遠隔的に生理学的機能と身体的活動力、またはその何れかをモニターできることを可能にしている。換言すると、システム１１０を介して個体１１２の生理学的機能と身体的活動力、またはその何れかをモニターすることが、固体１１２に感知されない方法によって達成されうる。
【００３５】
本発明いくつかの実施態様にしたがって、レーザー・レーダー・システム１１６は個体１１２の方に電磁放射１１４のビームを向けて、測定すべき個体１１２の表面上の点で、個体１１２に照射する。個体１１２の表面上の点に向けられた放射１１４のうちの幾分かは表面で反射され、それからレーザー・レーダー・システム１１６に戻って受信される。以下に述べるように、放出やそれに続く反射、またはそれらの何れかに先行する放射の一つまたはそれ以上の性質（例えば、周波数、位相、強度など）に基づいて、レーザー・レーダー・システム１１６はレーザー・レーダー・システム１１６に関して表面上の点の距離かまたは距離速度、またはその両方を測定することができる。
【００３６】
発明のいろいろな実施態様にしたがって、レーザー・レーダー・システム１１６はある時間にわたって（例えば、ある周期速度で）個体１１２の表面上の一点の距離と距離速度、またはそれらの何れかの複数個の測定を行うことができる。モニター・モジュール１１８は測定した距離と距離速度を使って、ある時間にわたっての距離と距離速度、またはその何れかにおける一般的な傾向と測定された一般的傾向からの残留偏差を測定することができる。モニター・モジュール１１８は身体（または、身体の一部）の動きを評価するために距離と距離速度、またはその何れかにおける一般的な傾向の測定結果を使うことができる、一方において測定された一般的傾向からの残留偏差は個体１１２の表面の表面振動を評価するのに使うことができる。観測された表面振動は短周期振動かまたは長周期振動、あるいはその両方を含むことがある。評価された身体運動と表面振動、またはその何れかに基づいて、個体１１２の一つまたはそれ以上の生理学的機能と身体的活動力、またはそれらの何れかがモニター・モジュール１１８によってモニターすることができる。
【００３７】
いくつかの実施態様において、個体１１２の一つまたはそれ以上の表面上の複数個の点の距離と距離速度、またはそれらの何れかがレーザー・レーダー・システム１１６によって測定される。例えば、レーザー・レーダー・システム１１６は、放射１１４が個体１１２に向けられた点が走査線内で個体１１２が走査できるように放射時に放射１１４を走査することができる。そのような実施態様において、レーザー・レーダー・システム１１６は個体１１２の上の一つまたはそれ以上の表面領域（例えば、胸、首、手首、顔面などの領域）をモニターすることができる。あるいは、レーザー・レーダー・システム１１６はレーザー・レーダー・システム１１６の視野線上にある個体１１２の全表面をモニターすることができる。
【００３８】
本発明のいろいろな実施態様によれば、個体１１２の身体運動と表面振動、またはそれらの何れかの評価に基づいてモニター・モジュール１１８によってモニターされる個体１１２の生理学的機能と身体的活動力には、一つまたはそれ以上の心臓血管機能、一つまたはそれ以上の呼吸機能、他の生理学的機能、他の身体的活動力などが含まれる。心臓血管機能には心拍速度と、心拍速度変動と、パルス遷移時間と、パルス波形とほかの心臓血管機能またはそれらの何れかが含まれる。呼吸機能には呼吸速度と、呼吸努力と、その他の呼吸機能が含まれる。身体的活動力には話すこと、咳をすること、クシャミをすること、歩くこと、走ること、あるいは他の身体的活動力が含まれる。いくつかの例には、生理学的機能と身体的活動力またはそれらの何れかは他の生理学的機能と身体的活動力またはそれらの何れかから推論されるような一つまたはそれ以上の生理学的機能を含むことがある。この例としては、パルス遷移時間から推論される血管の状態や、パルス波形から推論される自立神経系の状態などが含まれる。
【００３９】
図２は本発明のいくつかの実施例に従って、レーザー・レーダー・システム１１６としてシステム１１０内に具備された周波数変調レーザー・レーダー・システム２１０を示している。システム２１０は電磁放射のビーム２１４を放射するレーザー源２１２を含むものである。ビーム２１４は連続的に変化するか、またはチャープされる周波数で放射される。いくつかの例では、周波数をチャープするということは低い周波数と高い周波数（あるいは、その逆の場合もある）を周期的な方法（例えば、鋸歯状波、三角波、その他）で掃引することを含むことがある。光線２１４は光結合器２１６によって分割されて標的ビーム２１８と基準ビーム２２０になる。
【００４０】
従来の実施態様において、システム２１０は標的干渉計２２２と基準干渉計２２４を含む。標的干渉計２２２は標的ビーム２１８を受光し、光結合器２２６で標的ビームを分割する。標的干渉計２２２は通常、標的干渉計２２２からの標的２３０（例えば、個体１１２）の範囲に依存する標的信号を生成するのに使用される。標的干渉計は標的ビーム２１８の一部２２８を標的２３０に向け、標的ビーム２１８の残りの部分２３２を固定導路長を持つ光導波路上の標的周波数差モジュールに向けることによってこれを達成する。標的ビーム２１８の一部２２８は標的２３０で反射され、光結合器２２６と光ファイバー２３６を介して標的周波数差モジュール２３４に送出される。結合器２４８での光成分２３６と光成分２３２の間の干渉に基づいて、標的周波数差モジュール２３４はこれらの導路長の差によって生ずる標的ビーム２１８の光成分２３６と光成分２３２のビート周波数に対応する標的信号を生成する。
【００４１】
本発明のさまざまな実施態様にしたがって、基準干渉計２２４は基準ビーム２２０を受光して基準ビーム２２４の２つの成分の間の周波数差に対応する基準信号を生成する、上記２つの成分は既知の導路長差を有する２つの分離した固定導路のほうに方向づけられている。さらに限定すると、基準ビーム２２０は光結合器２４０によって第１成分２４２と第２成分２４４に分割される。結合器２４６で成分２４２と２４４の干渉に基づいて基準周波数差モジュール２５０はそれらの導路長の固定された差によって生ずる基準ビーム２２０の成分２４２と２４４のビート周波数に対応する基準信号を生成する。
【００４２】
分かるように、標的干渉計２２２と基準干渉計２２４は図示され、マック・ツインダー干渉計として述べられている。しかしながら、他の干渉計構成も利用されうる。例えば、標的干渉計２２２と基準干渉計２２４はマイケルソン・モーレイ干渉計が形成されるような実施態様を含むこともある。
【００４３】
いくつかの実施態様において、システム２１０はプロセッサー２３８を含むことがある。プロセッサー２３８は標的信号と基準信号を受信し、これらの信号を処理して標的２３０の距離を決定する。標的信号と基準信号に基づいて決められる距離情報は標的干渉計２２２と関連して標的２３０の距離速度を決定するのに使用される。
【００４４】
図３はレーザー・レーダー・システム３１０の実施態様の説明図である。それはシステム１１０内にレーザー・レーダー・システム１１６として具備されていて本発明のいくつかの実施態様にしたがって個体１１２の表面上の一つまたはそれ以上の点をモニターするものである。レーザー・レーダー・システム３１０は二つまたはそれ以上のレーザー・レーダー・セクションを有していて、その各々が標的に向けて標的放射ビームを放射する。例えば、第１レーザー・レーダー・セクション３７４は第１標的ビーム３１２を、第２レーザー・レーダー・セクション３７６は第２標的ビーム３１４を標的３１６（例えば、個体１１２）に向けて放射する。本発明のいくつかの実施態様において、第１標的ビーム３１２と第２標的ビーム３１４はチャープされて、２重チャープシステムをつくる。個体１１２の表面上の一つまたはそれ以上の点をモニターするためにシステム１１０内にレーザー・レーダー・システム３１０を具備すると、システム１１０に係わる個体１１２の表面上の点の距離および距離速度の明白な測定を行うことができ、さらにモニター・モジュール１１８によって個体１１２の一つまたはそれ以上の生理学的機能と身体的活動力、またはそれらの何れかの強化したモニターを可能にすることができる。例えば、個体１１２の表面上の点の距離と距離速度、あるいはそれらの何れかの明確な測定は測定された距離と距離速度、またはそれらの何れかに混入する雑音の量を低減することが可能である。もし、存在すると雑音は距離や距離速度、またはそれらの何れかの測定の精度に衝撃を与えることがある。測定された距離と距離速度、またはそれらの何れかにおける不正確さは個体１１２の生理学的機能と身体的活動力、あるいはその何れかをモニターするために測定した距離と距離速度、またはそれらの何れかに影響を与える測定と、身体の運動を示す距離と距離速度またはそれらの何れかにおける一般的傾向のような測定と、表面の振動を示す一般的傾向からの残留偏差、またはそれらの何れか測定を妨害することがある。
【００４５】
本発明のいろいろな実施態様によれば、レーザー・セクション３７４は、レーザー源制御器３３６と、第１レーザー源３１８と、第１光結合器３２２と、第１レーザー・ビーム遅延器３４４と、第１局部発振器光結合器３３０と他の素子、またはそれらの何れかを含むことがある。例えば、レーザー・レーダー・セクション３７４と３７６の各々のうちのいくつかの素子または全ての素子はメトリスＵＳＡからコヒーレント・レーザー・レーダー・システムとして入手することができる。メトリスＵＳＡからのコヒーレント・レーザー・レーダー・システムはいろいろな利点がある。それは強化された線形機能性であったり、強化された位相変動訂正機能であったり、標的３１６の距離と距離速度を測定する際のレーザー・レーダー・システム３１０に対する他の利点である。
【００４６】
本発明のいくつかの実施態様において、第１標的ビーム３１２と第２標的ビーム３１４は標的３１６によってレーザー・レーダー・システム３１０の方に反射される。レーザー・レーダー・システム３１０は第１標的ビーム３１２と第２標的ビーム３１４を受光し、レーザー・レーダー・システム３１０からの標的３１６の距離と標的３１６の距離速度のうちの少なくても一つを測定することができる。
【００４７】
本発明のいろいろな実施態様によれば、第１レーザー光源３１８は第１キャリア周波数を有している。第１レーザー光源３１８は第１周波数で第１レーザー・ビーム３４０を放出する。第１周波数は第１チャープ速度で変調される。第１周波数は電気的に、機械的に、音響光学的に、あるいはまた明らかに違った方法で変調されることがある。第１レーザー・ビーム３４０は第１光結合器３２２によって分割されて第１標的ビーム３１２と第１局部発振器ビーム３４２になる。第１局部発振器ビーム３４２は第１ビーム遅延器３４４で第１遅延期間のあいだ保持される。
【００４８】
本発明のいくつかの実施態様において、第２レーザー光源３２０は第２周波数で第２レーザー・ビーム３４６を放射する。第２周波数は第１チャープ速度とは異なる第２チャープ速度で変調される。第２周波数は電気的に、機械的に、音響光学的に、あるいはまた他の方法で変調されることがある。第１チャープ速度と第２チャープ速度は第１レーザー・ビーム３４０と第２レーザー・ビームの間で反対のチャープを作る。
【００４９】
いくつかの例では、第２キャリア周波数は本来、第２キャリア周波数と同じである。例えば、いくつかの実施態様において、第１基本周波数と第２基本周波数との百分率差は０．０５％以下である。これはレーザー・システム３１０にいろいろな能力向上を与える。例えば、斑点による歪を最少にするとか、他の能力向上のようなものである。第２レーザー・ビーム３４６は第２光結合器３２４で分割されて、第２標的ビーム３１４と第２局部発振器ビーム３４８になる。第２局部発振器ビーム３４８は第２ビーム遅延器３５０で第２遅延期間の間、保持される。第２遅延期間は第１遅延期間とは異なっている。
【００５０】
いくつかの実施態様において、第１レーザー光源３１８と第２レーザー光源３２０、またはそれらの何れかの出力（例えば、第１レーザー・ビーム３４０と第２レーザー・ビーム３４６、またはそれらの何れか）は、例えばメトリスＵＳＡモデルＭＶ２００で与えられる機構を用いて線形化される。第１レーザー光源３１８と第２レーザー光源３２０、またはそれらの何れかの出力の位相変動は、例えばメトリスＵＳＡモデルＭＶ２００で与えられる機構を用いて修正される。
【００５１】
本発明のいくつかの実施態様において、レーザー・レーダー・システム３１０は標的３１６のレーザー・レーダー・システム３１０からの距離が最少距離と最大距離の距離集合の間に入るとき、高い精度で標的３１６の距離と距離速度を測定することができる。標的３１６の距離がその距離集合に入らないときはレーザー・レーダー・システム３１０の精度は低減する。
【００５２】
本発明のいろいろな実施態様によれば、第１ビーム遅延器３４４と第２ビーム遅延器３５０は調整可能である。第１ビーム遅延器３４４と第２ビーム遅延器３５０を調整することは、レーザー・レーダー・システム３１０が高い精度で測定ができるように距離集合をレーザー・レーダー・システム３１０に近づけたり、遠ざけたりするような調整を可能にするものである。第１ビーム遅延器３４４と第２ビーム遅延器３５０は、標的３１６の距離を最少距離と最大距離の間の距離集合に入るようにして、その結果標的３１６の距離と距離速度が精確に測定できるようにすることを確実にするように調整される。第１ビーム遅延器３４４と第２ビーム遅延器３５０は使用者によって調整されるか、または自動的に調整される。
【００５３】
標的３１６の距離が距離集合の外にあるときの距離と距離速度の測定の劣化は第１レーザー光源３１８と第２レーザー光源３２０のコヒーレンス長の有限性に起因するものである。例えば、最少距離と最大距離の間隔はコヒーレンス長の関数である。第１レーザー光源３１８と第２レーザー光源３２０のコヒーレンス長が長ければ長いほど、最少距離と最大距離の間隔は大きくなる。この理由から、第１レーザー光源３１８と第２レーザー光源３２０のコヒーレンス長を大きくすることは、拡大化された距離集合に亘って測定できる能力を与えることによってレーザー・レーダー・システム３１０による距離及び距離速度の測定を強化するものである。
【００５４】
本発明のいくつかの実施態様において、第１局部発振器ビーム３４２が分割されて複数の第１発振器ビームになり、第２発振器ビームが分割されて複数の第２発振器ビームになる。そのような例において、レーザー・レーダー・システム３１０は複数のビーム遅延器を含み、それらの遅延器は複数の第１局部発振器ビームと複数の第２局部発振器ビームに変化する遅延期間をもつ遅延を与えるものである。これは複数の第１局部発振器ビームのうちの一つと第２局部発振器ビームのうちの一つが標的の距離と距離速度が精確に測定され得るような遅延期間の間、遅延されることを保障するものである。
【００５５】
従って、本発明のいくつかの実施態様において、第１レーザー光源３１８と第２レーザー光源３２０は強化されたコヒーレンス長をもつチャープト電磁放射を放射する。例えば、第１レーザー光源３１８と第２レーザー光源３２０、またはそれらの何れかは図３に示され、かつ以上に述べられたようにシステム３１０を含むものである。
【００５６】
いろいろな実施態様に従えば、第１標的ビーム３１２と第２標的ビーム３１４は分離した光導波路上で標的３１６に向けられ、かつ受光される。またはそれらの何れかが行われる。いくつかの実施態様において、これらの光導波路は似てはいるが、別ものである。他の実施態様においては、第１標的ビーム３１２と第２標的ビーム３１４は標的光結合器３２６によって結合されて結合標的ビーム３５２になり、この後で共通光導波路に沿って標的３１６に向けられる。いくつかの実施態様において、結合標的ビーム３５２または、もし標的３１６に別々に向けられるのであれば第１標的ビーム３１２と第２標的ビーム３１４）が標的３１６で反射され、標的３１６の方に結合標的ビーム３５２を向けた共通光導波路から分離した受光導波路に沿ってレーザー・レーダー・システム３１０によって受光される。そのような実施態様は“双静的”と呼ばれている。あるいは結合標的ビーム３５２はレーザー・レーダー・システム３１０によって、共通光導波路に沿って反射標的ビーム３５６として受光される。これらの後者の実施態様は“単静的”と呼ばれている。単静的実施態様は、反復光学的に動作しているときには双静的なものに対して有利な点を有している。単静的実施態様において、共通光導波路は光部品３２８を有しており、それは結合標的ビーム３５２を放射し、反射標的ビーム３５６を受光する共通の光ポートを提供するものである。光部品３２８は光サーキュレータ、光結合器やあるいは同じような他の光部品を含むものである。
【００５７】
いくつかの実施態様において、共通の光導波路は走査素子３３７を含むことがある。走査素子３３７は例えば、鏡や、レンズや、アンテナや、発振したり、回転したり、さもなければ、結合標的ビーム３５２が標的３１６を走査できるように駆動される他の光素子を有する。いくつかの例においては、走査素子３３７は高速で走査することができる。従来のシステムでは走査素子は、斑点による鏡差動ドップラー雑音効果やこれらのシステムの精度を低減する原因になることがある。しかしながら、レーザー・レーダー・システム３１０は距離と距離速度を明確に測定する同時計測法（あるいは、大体そのように）を用いるので、高速走査によって引き起こされるような不正確さは避けることができる。
【００５８】
本発明のいくつかの実施態様において、標的光結合器３５４は反射標的ビーム３５６を分割して第１反射標的ビーム成分３５８と第２反射標的ビーム３６０にする。第１局部発振光結合器３３０は第１局部発振器ビーム３４２を第１反射標的ビーム成分３５８に結合させて第１結合標的ビーム３６２にする。第２局部発振光結合器３３２は第２局部発振器ビーム３４８を第２反射標的ビーム３６０に結合して第２結合標的ビーム３６４にする。図面には示されていない２・３の実施態様において、例えば第１標的ビーム３１２と第２標的ビーム３１４は標的３１６に別々に向けられ、かつ受光される、またはそれらの何れか行われるところで、第１局部発振光結合器３３０は反射される第１標的ビーム３１２を第１発振器ビーム３４２と結合して第１結合標的ビーム３６２をつくる。また、反射される第２標的ビーム３１４は第２局部発振器ビーム３４８と結合されて、第２結合標的ビーム３６４をつくる。
【００５９】
第１局部発振器ビーム３４２と第２局部発振器ビーム３４８は異なった標的ビームか、または同じ標的ビームの異なった成分（例えば、反射標的ビーム３５６）と結合されるので、第１結合標的ビーム３６２と第２結合標的ビーム３６４は、二つの別々の、しかし一致した単一レーザー光源周波数変調レーザー・レーダー・システムに現れるような光信号を、最終処理の直前に示す。例えば、レーザー光源制御器３３６と、第１レーザー光源３１８と、第１光結合器２２２と、第１ビーム遅延器３４４と、第１局部発振光結合器３３０は、第２レーザー・レーダー・セクション３７６によって生成される第２結合標的ビーム３６４から分離した第１結合標的ビーム３６２を生成する第１レーザー・レーダー・セクション３７４として見ることができる。第２レーザー・レーダー・セクション３７６はレーザー光源制御器３３８と、第２レーザー光源３２０と、第２光結合器３２４と、第２ビーム遅延器と、第２局部発振光結合器３３２を有している。
【００６０】
いくつかの実施態様において、レーザー・レーダー・システム３１０はプロセッサー３３４を含む。プロセッサー３３４は検波モジュール３６６と、混合モジュール３６８と、処理モジュール３７０と他のモジュール、あるいはそれらの何れかのモジュールを含むものである。これらのモジュールは、ハードウェア（光および検波部品を含む）か、ソフトウェアか、ハームウェアか、あるいはまたハードウェアと、ソフトウェアと、ハームウェアとの組み合わせか、あるいはそれらの何れかの組み合わせの形で具備される。プロセッサー３３４は第１結合標的ビーム３６２と第２結合標的３６４を受光する。第１結合標的ビーム３６２と第２結合標的３６４に基づいて、プロセッサー３３４は距離信号と距離速度信号を生成する。距離信号と距離速度信号に基づいて、標的３１６の距離と距離速度は明確に決定される。
【００６１】
本発明のいくつかの実施態様において、プロセッサー３３４は第１結合局部発振ビーム３６２の第１ビート周波数を測定する。第１ビート周波数は、導波路長の差に起因するのであるが、第１局部発振ビーム３４２と標的３１６から反射された第１標的ビーム３１２に対応する反射標的ビーム３５６成分との周波数差を含むものである。プロセッサー３３４は第２結合局部発振ビーム３６４の第２ビート周波数を測定する。第２ビート周波数は、導波路長の差に起因するのであるが、第２局部発振ビーム３４８と標的３１６から反射された第１標的ビーム３１４に対応する反射標的ビーム３５６成分との周波数差を含むものである。第１ビート周波数と第２ビート周波数は、環境またはほかの影響によって導入される雑音を消去するために同時に（または、だいたい同様に）測定される。第１ビート周波数と第２ビート周波数が、第１結合標的ビーム３６２内のほかの周波数成分と、第２結合標的ビーム３６４内のほかの周波数成分と、お互いにと、あるいはそれらの何れかから区別をできるようにするためには、一つまたはそれ以上のステップが必要である。例えば、これらの測定は第１チャープ速度と第２チャープ速度として２つの別々なチャープ速度を使用することや、第１ビーム遅延器３４４と第２ビーム遅延器３５０で異なった遅延時間で第１局部発振ビーム３４２と第２局部発振ビーム３５０をそれぞれに遅らせることを含むものであり、あるいは他の測定が行われる。
【００６２】
図３は主に光ファイバーや光結合器を用いて実施された本発明の具体的な実施態様を示したものであるが、この実施態様が制限されるものではないことを理解して貰いたい。本発明の展望の中の他の実施態様として、例えば、プリズムや、ミラーや、ハーフミラーや、光スプリッターや、２色性フィルムや、２色性プリズムや、レンズや、あるいは他の光素子のような光素子が、方向づけや、結合や、集光や、拡散や、増幅などを行うために用いられることがあり、別な方法で電磁放射を処理するものなどがある。
【００６３】
本発明のいろいろな実施態様に従って、プロセッサー３３４は第１結合標的ビームと第２結合標的ビーム３６４を結合して混合信号をつくる。混合信号は第１ビート周波数と第２ビート周波数の和に対応するビート周波数和成分と、第１ビート周波数と第２ビート周波数の差に対応するビート周波数差成分を含む。一定速度を持っている標的に関して、第１レーザー・ビーム３４０と第２レーザー・ビーム３４６は、それぞれ以下のように記述される。
【００６４】
【数１】
2008513145.tif 000002
【００６５】
【数２】
2008513145.tif 000003
【００６６】
ここで、ｆ１（ｔ）は第１ビート周波数を表し、ｆ２（ｔ）は第２ビート周波数を表わし、λ１とλ２は２つの光波長であり、νは標的速度であり、γ１とγ２は各チャープ速度に比例し、Ｒは測定距離であり、ＲＯ１とＲＯ２は２つのレーザー・レーダーの距離オフセットを示している。いまλ１＝λ２＝λと仮定する。これらの式の引き算をすると次式が得られる。
【００６７】
【数３】
2008513145.tif 000004
【００６８】
（３）を整理すると、修正された距離測定と次式が得られる。
【００６９】
【数４】
2008513145.tif 000005
【００７０】
同様にして、（１）と（２）を結合すると次式が得られる。
【００７１】
【数５】
2008513145.tif 000006
【００７２】
これは標的速度の尺度を与える。
【００７３】
本発明のいろいろな実施態様にしたがって、ビート周波数和成分は、式４で上記されているが、混合信号から濾過されて距離信号をつくる。距離信号に含まれるビート周波数和成分（例えば、ｆ１（ｔ）＋ｆ２（ｔ））から、レーザー・レーダー・システム３１０から標的３１６までの距離の測定がなされる。距離信号に基づく測定は明確であり、ドップラー周波数偏移の瞬時値か、または平均値（例えば、ν／λ）には依存しない。
【００７４】
いくつかの実施態様において、ビート周波数差成分は、式４で上記されているが、混合信号から濾過されて距離速度信号をつくる。距離速度信号に含まれるビート周波数差成分から、標的３１６の距離速度の測定は明確になされる。標的３１６の距離速度を測定するために、
【００７５】
【数６】
2008513145.tif 000007
【００７６】
が第１チャープ速度と第２チャープ速度のチャープ速度差に比例する値として示される。これはドップラー偏移情報の抽出を可能にするものであり、それは標的３１６の瞬時速度（すなわち、距離速度）を示すものである。
【００７７】
本発明のいくつかの実施態様において、第２チャープ速度が０にセットされることがある。換言すれば、第２レーザー光源３１８は一定周波数で放射する。これは第２レーザー光源３１８が簡単な設計で、小型に、軽量で、低減された原価で、あるいはシステム全体に対して有利性をもたらすほかの強化点をもって、具備できることを可能にしている。そのような実施態様において、レーザー・レーダー・システム３１０は周波数偏移装置を有している。周波数偏移装置は音響光変調器３７２か、または他の装置を有している。音響光変調器３７２は第２局部発振ビーム３４８に周波数オフセットを与える。それはダウンストリーム処理を強化するものである。例えば、周波数オフセットは第２局部発振ビーム３４８と第２反射標的ビーム成分３６０の間の静的標的ビート周波数を０からのオフセットの静止した標的を表すものであることを可能にしている。そのために標的の動きの方向は、移動速度の大きさと同様に、ビート周波数から決定できる。本発明の実施態様は、それがチャープ繰り返しや、反転によって妨害されることなく標的距離速度の連続モニターができるという更なる有利性を有している。チャープ繰り返し、あるいは反転はチャープ・レーザー・レーダー・セクションにとって正確な測定を不可能にしてしまう時間間隔を作ってしまうことがある。これらの実施態様においては、レーザー・レーダー・セクション３７６が標的３１６の距離速度の測定のみを行い、一方においてレーザー・レーダー・システム３１０は距離と距離速度の両方を測定する能力を保持している。
【００７８】
図４は本発明の一実施態様によるプロセッサー３３４を示している。プロセッサー３３４は第１結合標的ビーム３６２と第２結合標的ビーム３６４をデジタル的に混合するものである。例えば、プロセッサー３３４は第１検波器４１０と第２検波器４１２を有している。第１検波器４１０は第１結合標的ビーム３６２を受光し、第１結合標的ビーム３６２に対応する第１アナログ信号を生成する。第１アナログ信号は第１コンバータ４１４によって第１デジタル信号に変換される。プロセッサー３３４は第１周波数データ・モジュール４１６を有し、それは第１デジタル信号の一つまたはそれ以上の周波数成分に対応する周波数データの第１集合を決定する。いくつかの例において、第１デジタル信号は第１平均化モジュール４１８で平均化される。そのような例において、平均化第１デジタル信号はそれから第１周波数データ・モジュール４１６に送信される。
【００７９】
第２検波器４１２は第２結合標的ビーム３６４を受光し、第２結合標的ビーム３６４に対応する第２アナログ信号を生成する。第２アナログ信号は第２コンバータ４２０によって第２デジタル信号に変換される。プロセッサー３３４は第２周波数データ・モジュール４２２を有しており、第２デジタル信号の一つまたはそれ以上の周波数成分に対応する第２の周波数データ集合を決定する。いくつかの例において、第２デジタル信号は第２平均化モジュール４２４で平均化される。そのような例において、平均化第２デジタル信号はそのとき第２周波数データ・モジュール４２２に送信される。
【００８０】
周波数データの第１集合と周波数データの第２集合は周波数データ結合モジュール４２６によって受信される。周波数データ結合モジュール４２６は第１周波数データ集合と第２周波数データ集合を線形に結合する。そして混合周波数データから導出される距離速度信号と距離信号を生成する。
【００８１】
図５は本発明の他の実施態様によるプロセッサー３３４を示している。プロセッサー３３４は第１検波器５１０と第２検波器５１２を有し、それらは第１結合標的ビーム３６２と第２結合標的ビーム３６４をそれぞれ受光する。第１検波器５１０と第２検波器５１２はそれぞれ、第１結合標的ビーム３６２と第２結合標的ビーム３６４に係わる第１アナログ信号と第２アナログ信号を生成する。プロセッサー３３４は第１結合標的ビーム３６２と第２結合標的ビーム３６４を電子工学的に混合して、距離信号と距離速度信号を生成する。変調器５１４は第１検波器５１０によって生成された第１アナログ信号と第２検波器５１２によって生成された第２アナログ信号を乗算して結合アナログ信号を生成する。そのような実施態様において、プロセッサー３３４は結合アナログ信号を受信する第１フィルター５１６と第２フィルター５１８を有している。第１フィルター５１６は結合アナログ信号を濾過して第１濾過信号を生成する。いくつかの例において、第１フィルター５１６は低域通過フィルターを有する。第１濾過信号は第１コンバータ５２０によって変換されて距離速度信号を生成する。第２フィルター５１８は結合アナログ信号を濾過して第２濾過信号を生成する。例えば、第２フィルター５１８は高域通過フィルターを有する。第２濾過信号は第２コンバータ５２２によって変換されて距離信号を生成する。
【００８２】
図６は本発明のまだ他の実施態様によるプロセッサー３３４を示している。プロセッサー３３４は第１結合標的ビーム３６２と第２結合標的ビーム３６４を光学的に混合して距離信号と距離速度信号を生成する。例えば、プロセッサー３３４は検波器６１０を有しており、その検波器は第１結合標的ビーム３６２と第２結合標的ビーム３６４を受光し、検波に基づいて結合アナログ信号を生成する。そのような実施態様において、プロセッサー３３４は結合アナログ信号を受信する第１フィルター６１２と第２フィルター６１４を有する。第１フィルター６１２は結合アナログ信号を濾過して第１濾過信号を生成する。第１フィルター６１２は低域通過フィルターを有している。第１濾過信号は第１コンバータ６１６によって変換され、距離速度信号を生成する。第２フィルター６１４は結合アナログ信号を濾過して第２濾過信号を生成する。第２フィルター６１４は高域通過フィルターを有している。第２濾過信号は第２コンバータ６１８によって変換され、距離信号を生成する。
【００８３】
本発明は、本明細書でいろいろな実施態様に関して説明されたが、当業者には明らかなように、そのように制限される訳ではなく、請求項の範囲によってのみ制限されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の一つまたはそれ以上の実施態様に従って個体をモニターするシステムの構成図である。
【図２】本発明の一つまたはそれ以上の実施態様にしたがって個体をモニターするためのシステムに実施されたレーザー・レーダー・システムの構成図である。
【図３】本発明の一つまたはそれ以上の実施態様にしたがって個体をモニターするためのシステムに実施されたレーザー・レーダー・システムの構成図である。
【図４】本発明の一つまたはそれ以上の実施態様にしたがって２つの結合標的ビームをデジタル的に混合するプロセッサーの構成図である。
【図５】本発明の一つまたはそれ以上の実施態様にしたがって２つの結合標的ビームを電気的に混合するプロセッサーの構成図である。
【図６】本発明の一つまたはそれ以上の実施態様にしたがって２つの結合標的ビームを光学的に混合するプロセッサーの構成図である。
【図１】
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【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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【国際調査報告】
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