(57)【要約】  本発明は、目標物に向けて光信号を送信する装置および目標物によって後方散乱された信号を受信する装置を具備する距離計と、遠隔の光受信装置に向けて光信号を送信する装置を具備する自由空間での光通信用のシステムとを備える、自由空間での距離測定用および通信用の光学機器に関する。  距離計の送信装置および通信システムの送信装置は、距離計および通信システムと共通の送信装置（１０）であり、ピーク電力が５０Ｗよりも大きくシェープ・ファクタが０．０１よりも小さいパルス、またはピーク電力が１０Ｗよりも小さくシェープ・ファクタがほぼ０．５に等しい変調された連続信号を送信することができ、この機器は、距離測定機能をこのように実行するためのパルス・モード、または光通信機能をこのように実行するための変調連続モードの、２つのモードに従う共通の送信装置（１０）を制御できるスーパバイザ（１）を備える。
2014505861.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標物に向けて光信号を送信する装置および前記目標物によって後方散乱された前記信号を受信する装置を具備する距離計と、遠隔の光受信装置に向けて光信号を送信する装置を具備する自由空間での光通信用のシステムとを備える、自由空間での距離測定用および通信用の光学機器において、前記距離計の前記送信装置および前記通信システムの前記送信装置が、前記距離計および前記通信システムと共通の送信装置（１０）であり、ピーク電力が５０Ｗよりも大きくシェープ・ファクタが０．０１よりも小さいパルス、またはピーク電力が１０Ｗよりも小さくシェープ・ファクタがほぼ０．５に等しい変調された連続信号を送信できること、および、前記機器が、距離測定機能をこのように実行するためのパルス・モード、または光通信機能をこのように実行するための変調連続モードの、２つのモードに従う前記共通の送信装置（１０）を制御できるスーパバイザ（１）を備えることを特徴とする、距離測定用および通信用の光学機器。
【請求項２】
前記共通の送信装置（１０）が、電源を具備するレーザ・ダイオード送信機（１１）を備えること、および、前記スーパバイザ（１）が、前記レーザ・ダイオード送信機の前記電源を制御する手段を備えることを特徴とする、請求項１に記載の距離測定用および通信用の光学機器。
【請求項３】
前記レーザ・ダイオード送信機（１１）が、単一リボン・レーザ・ダイオード、またはまとめて送信できる単一リボン・ダイオードのスタックであることを特徴とする、請求項２に記載の距離測定用および通信用の光学機器。
【請求項４】
前記送信装置（１０）が、送信機、および前記送信機の出力に接続された増幅器（１２）を備え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距離測定用および通信用の光学機器。
【請求項５】
自由空間内の別の光通信装置によって送信された信号を受信する装置を備え、前記距離計の受信装置および前記通信システムのこの受信装置が、共通の受信装置（２０）であること、ならびに、前記機器が、距離測定モードまたは通信モードにおいて前記受信装置の制御装置を備えることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の距離測定用および通信用の光学機器。
【請求項６】
前記スーパバイザ（１）が、前記共通の受信装置（２０）の制御装置を備えることを特徴とする、請求項５に記載の距離測定用および通信用の光学機器。
【請求項７】
前記共通の送信装置（１０）および共通の受信装置（２０）が多波長であることを特徴とする、請求項６に記載の距離測定用および通信用の光学機器。
【請求項８】
前記多波長の送信機が、いくつかの送信機（１１１、１１２、１１３、１１４）を備え、それぞれが互いに異なる波長で送信できること、および、前記多波長の送信機が、これら全ての送信機に接続された単一の広帯域増幅器（１２）を備えることを特徴とする、請求項７に記載の距離測定用および通信用の光学機器。
【請求項９】
前記共通の受信装置（２０）が多波長であり、少なくともある一定の受信波長が、ある一定の送信波長と同一であ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距離測定用および通信用の光学機器。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の距離測定用および通信用の光学機器による目標物の距離測定法であって、共通の送信装置（１０）によって目標物にレーザ・パルスを送信するステップと、前記目標物によって後方散乱された信号を受信する装置により、前記目標物によって後方散乱された前記パルスを受信するステップとを含み、この測定法が、前記共通の送信装置（１０）により、変調された連続光信号通信を、この通信信号を受信する装置に送信するステップをも含み、通信信号を送信する前記ステップが、距離測定の送信ステップおよび受信ステップの外部で実行されることを特徴とする、目標物の距離測定法。
【請求項１１】
通信信号を送信するいくつかのステップを含むこと、ならびに、前記目標物にレーザ・パルスを送信するステップ、前記目標物によって後方散乱された前記パルスを受信するステップ、および通信信号を送信するこれらのステップが、２つのパルスの間で、かつ前記目標物によって後方散乱された前記パルスを受信するステップの外部で光通信信号が送信されるようにインターリーブされることを特徴とする、請求項１０に記載の目標物の距離測定法。
【請求項１２】
前記送信装置が単一の増幅器（１２）を備えているので、２つの連続した距離測定パルスの間、または通信信号の最後と前記連続した距離測定パルスとの間の時間ギャップが、前記増幅器を飽和状態にまでポンピングするための時間よりも長いか、またはその時間に等しいことを特徴とする、請求項１０または１１に記載の目標物の距離測定法。
【請求項１３】
前記送信装置が多波長であり、単一の広帯域増幅器（１２）のみを備えているので、互いに波長が異なり、連続している２つの距離測定パルス間の時間ギャップは、前記増幅器を飽和状態にまでポンピングするための時間よりも長く、またはその時間に等しく、通信信号の最後と、波長が同じで連続した距離測定パルスとの間の時間ギャップは、前記増幅器を飽和状態にまでポンピングするための時間よりも長いか、またはその時間に等しいこと、および互いに波長の異なる前記通信信号が同時に送信されることを特徴とする、請求項１０または１１に記載の機器による目標物の距離測定法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の分野は、光学的距離測定および自由空間における光通信の機能を実行する機器の分野である。より詳細には、本発明の分野は、空対空の航空用距離計の測定距離が数十キロメートルにまで達する可能性がある機器、および数ギガヘルツ程度の非常に高いビット・レートでの自由空間における通信の実行を含む。
【背景技術】
【０００２】
距離計は、目標物と距離計を隔てる距離を測定するのに使用される。光学式距離計は、測定手段として光の伝搬を使用する。光学式距離計は、送信機および受信機を備える。光学式距離計は、目標物に向けて光を送信し、目標物で跳ね返ったこの光の一部を検出する。送信機と受信機の間を往き来する光の伝搬時間に基づいて距離が得られる。この送信は適時変調される。送信された光は、この変調を目標物まで伝達する。この光は、往路に沿って大気によって吸収される。次いで、この光は吸収され、目標物によって反射または後方散乱され、次いで、復路で大気によって吸収され、距離の２乗に比例する係数によって復路に沿って減衰する。戻ったこの光の一部が、距離計の受信機に変調を伝達する。この時変調により、パルスの開始を識別し、受信機によりその戻りを識別することが可能になる。これら２つの事象の間の経過時間により、通過する媒体中の光の伝搬速度に基づいて、距離計と目標物の間の距離を計算できるようになる。
【０００３】
距離が増大すると、検出される光の質が急速に低下する。これら大気による損失にもかかわらず距離を延ばすには、以下の方式が実現可能である。すなわち、
−パルス当たりのエネルギーを増大させること。ただし、目の安全の制約条件、およびパルス当たりのエネルギーとともに増大する送信機の体積によってこの増大が制限される。
−受信側の瞳の寸法を増大させること。ただし、これによってシステムの寸法が増大する。
−マイクロレーザまたは光ファイバ・レーザを使用するマルチパルス・システムを有する受信機の感度を増大させること。これによりポストインテグレーション（ｐｏｓｔ−ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）を使用することが可能になる。パルス当たりのエネルギーを増大させることなく、平均電力（パルス当たりのエネルギー×速度）が増大する。
【０００４】
現在、レーザ距離計には３つの主なカテゴリがある。
−変調された連続送信を有する距離計
−マルチパルス距離計
−モノパルス距離計
【０００５】
変調された連続送信を有する距離計は、測定時間が重要ではない協働目標物とともに使用される。協働目標物には、たとえば背面反射器が取り付けられており、したがって、送信機の方向に狭い円錐状で光を戻す。このシステムは、送信中に受信が可能になるように設計される。
【０００６】
数十ｋｍ程度の長距離に位置している非協調目標物については、距離計は通常、使用状態における目の安全によって制限された大きなエネルギーの単一パルスを使用する。すなわち、１０秒間を超える、波長が１．５μｍ〜１．８μｍの間の曝露量の総計は、１００００Ｊ／ｍ２を下回っていなければならない。この制限により、用途に応じて、パルス当たりのエネルギーが数ミリジュールから数十ミリジュールまで可能になる。良好な距離確度を実現するために、パルスの持続時間は１０ｎｓ程度と非常に短い。パルスを送信している間、エコーの検出は不可能である。
【０００７】
短距離（<１０ｋｍ）の場合、送信機としてレーザ・ダイオードを使用することが可能である。パルス当たりのエネルギーは非常に低い。ポストインテグレーションによる検出を用いる複数のパルスによって性能が得られる。１０〜５０ｎｓ程度のパルス持続時間は、１〜５０μｓ程度の各パルス間の期間と比較して非常に短い。送信中は受信不能である。短距離（数メートル〜数十メートル）での大気による送信光の拡散によって受信不能になる。これを越えると、各パルス間の期間中で検出がおこなわれる。エコーの検出は、エネルギーの検出である。
【０００８】
ポストインテグレーションには、ある種の欠点がある。
【０００９】
具体的には、送信パルスにおいて、エコーについて信号対雑音比がＳ／Ｂである場合、ｎ個の送信パルスによって（ｎＳ）／（ｎ１／２Ｂ）、または（ｎ１／２Ｓ）／Ｂとなり、したがって係数ｎ１／２の改善が得られることに留意されたい。
【００１０】
しかし、ポストインテグレーションの場合、距離に関する曖昧さにより、パルスの受信周波数（または速度）が実現可能な距離を制限する。検出されたパルスが、最後に送信されて近くの目標物で反射して戻ったパルスによるものなのか、それとも、それより前に送信されて遠くの目標物で反射して戻ったパルスによるものなのか、これら２つの選択肢から、いずれの目標物が測定されたのか判定することが不可能なまま、そのいずれかであるときに、この曖昧さが生じる。ブラインド受信の比較的長い時間スケールを受け入れることにより、各パルスをパルス列で置き換えることができる。
【００１１】
自由空間での高ビット・レート通信用の光学システムは、光信号用のレーザ送信装置も備え、通信が双方向の場合には、別の通信システムによって送信された光信号を受信するための装置も備える。送信された光信号は、典型的に１ｎｓ〜２０ｍｓの間の繰返し周期での高速な一連のパルスである。パルス間のギャップは、パルス幅と同様の期間を有する。デジタル・データは、０と１から構成される。各データ・ビットは、単位期間に関連する。すなわち、この単位期間中のパルスは１を表し、この期間中にパルスがなければ０を表す。データ列はまた、通常、一連のパルスおよびパルス間の期間によって符号化される。通信パルスのピーク電力は、平均して、通信の送信での平均電力の２倍である。送信は、２つのレベル０と１で変調された連続タイプである。説明の残りの部分では、このように変調されたこうした一連のパルスを光通信信号と呼ぶ。高ビット・レート通信信号のいくつかの例（１６個の例）が、図３ｂに示してある。最初の１０ｎｓにわたって、第４チャネルの例は、次のデジタル列：００１００１１００１０に対応する。
【００１２】
したがって、距離計の送信装置および通信システムの送信装置は、相反する制約条件に従い、その受信装置もその条件に従う。したがって、長距離測定と自由空間での高ビット・レート光通信の機能を実行するために２つの独立した装置の使用。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
この場合、このような機器は、かさばっていて重い。本発明の目的は、これらの欠点を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明による解決策は、パルス当たりのエネルギーを増大させる距離測定用のパルス・モードと、高ビット・レート光通信用の直線変調連続モードとの、異なる２つのモードで動作できる単一のレーザ送信装置の使用に基づく。
【００１５】
より正確には、本発明の主題は、目標物に向けて光信号を送信する装置および目標物によって後方散乱された信号を受信する装置を具備する距離計と、遠隔の光受信装置に向けて光信号を送信する装置を具備する自由空間での光通信用のシステムとを備える、自由空間での距離測定用および通信用の光学機器である。本発明は、距離計の送信装置および通信システムの送信装置が、距離計および通信システムと共通の送信装置であり、ピーク電力が５０Ｗよりも大きくシェープ・ファクタが０．０１よりも小さいパルス、またはピーク電力が１０Ｗよりも小さくシェープ・ファクタがほぼ０．５に等しい変調された連続信号を送信できること、ならびに、機器が、距離測定機能をこのように実行するためのパルス・モード、または光通信機能をこのように実行するための変調連続モードの、２つのモードに従う共通の送信装置を制御できるスーパバイザ（１）を備えることを主に特徴とする。
【００１６】
この機器により、単一の機器で長距離測定と高ビット・レート光通信の両方の機能を実行することが可能になる。一方のモードから他方のモードに瞬時に移行して使用することが自由自在であり、これにより、以下で分かるように２つのモードのインターリービングが可能になる。
【００１７】
本発明の一特徴によれば、共通の送信装置は、電源を具備するレーザ・ダイオード送信機を備え、スーパバイザは、レーザ・ダイオード送信機の電源を制御する手段を備える。
【００１８】
このレーザ・ダイオード送信機は、単一リボン・レーザ・ダイオード、またはまとめて送信できる単一リボン・ダイオードのスタックでもよい。
【００１９】
送信装置は、送信機および送信機の出力部に接続された増幅器を備えることが好ましい。
【００２０】
本発明の一特徴によれば、この機器は、自由空間内の別の光通信装置によって送信された信号を受信する装置を備え、距離計の受信装置および通信システムのこの受信装置は、共通の受信装置であり、この機器は、距離測定モードまたは通信モードにおいて受信装置の制御装置を備える。
【００２１】
スーパバイザは、たとえば、受信装置の制御装置を備える。
【００２２】
送信装置および受信装置は、多波長であることが有利である。
【００２３】
本発明の一特徴によれば、多波長の送信機はいくつかの送信機を備え、それぞれが、互いに異なる波長で送信することができ、これら全ての送信機に接続された単一の広帯域増幅器を備える。
【００２４】
受信装置が多波長であるとき、少なくともある一定の受信波長は、ある一定の送信波長と同一である。
【００２５】
本発明のさらなる主題は、前述の通りの距離測定用および通信用の光学機器による目標物の距離測定法であり、共通の送信装置によって目標物にレーザ・パルスを送信するステップと、目標物によって後方散乱された信号を受信する装置により、目標物によって後方散乱されたパルスを受信するステップとを含む。この測定法は、前記共通の送信装置により、変調された連続光通信信号を、この通信信号を受信する装置に送信するステップをも含み、通信信号を送信するこのステップが、距離測定の送信ステップおよび受信ステップの外部で実行されることを特徴とする。
【００２６】
本発明の一特徴によれば、この測定法は、通信信号を送信するいくつかのステップを含み、目標物にレーザ・パルスを送信するステップ、目標物によって後方散乱されたパルスを受信するステップ、および通信信号を送信するこれらのステップは、２つのパルスの間で、かつ目標物によって後方散乱されたパルスを受信するステップの外部で光通信信号が送信されるようにインターリーブされる。
【００２７】
本発明の別の特徴によれば、送信装置は単一の増幅器を備えているので、２つの連続した距離測定パルスの間、または通信信号の最後と連続した距離測定パルスとの間の時間ギャップは、増幅器を飽和状態にまでポンピングするための時間よりも長いか、またはその時間に等しい。
【００２８】
送信装置が多波長であり、単一の広帯域増幅器のみを備えているとき、互いに波長が異なり、連続している２つの距離測定パルス間の時間ギャップは、増幅器を飽和状態にまでポンピングするための時間よりも長く、またはその時間に等しく、通信信号の最後と、波長が同じで連続した距離測定パルスとの間の時間ギャップは、増幅器を飽和状態にまでポンピングするための時間よりも長いか、またはその時間に等しく、互いに波長の異なる通信信号が同時に送信される。
【００２９】
本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を参照しながら、非限定的な例として提示される以下の詳細な説明を読むことによって明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】増幅器を有する単一波長構成の距離計および通信システムに共通の、送信装置ならびに受信装置の一例の概略図を示す。
【図２】単一の広帯域増幅器を有する多波長構成の距離計および通信システムに共通の、送信装置ならびに受信装置の一例の概略図を示す。
【図３ａ】多波長機器における、距離測定モードでの、パルス送信の各瞬間の例の概略図を示す。
【図３ｂ】多波長機器における、通信モードでの、パルス送信の各瞬間の例の概略図を示す。
【図３ｃ】多波長機器における、インターリーブ・モードでの、パルス送信の各瞬間の例の概略図を示す。
【図３ｄ】多波長機器における、インターリーブ・モードでの、パルス送信の各瞬間の例の概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
各図を通して、同じ要素は同じ参照符号で示される。
【００３２】
距離測定用および通信用の光学機器は、単一波長または多波長とすることができる。
【００３３】
第１に、単一波長の機器について考える。
【００３４】
図１を参照して、距離計および通信システムと共通の送信装置１０を説明する。送信装置１０は、出力においてファイバ増幅器などの増幅器１２と接続できるレーザ源１１を備える。
【００３５】
まず、出力において増幅器と接続されていないレーザ・ダイオードの場合を考える。
【００３６】
レーザ・ダイオード送信機は、単一リボン・レーザ・ダイオード、またはまとめて送信する単一リボン・ダイオードのスタックとすることができる。
【００３７】
パルス幅は、レーザ・ダイオードの電力供給またはスタックの電力供給によって生成される。閾値を超えると、送信電力は電源電流に比例する。
【００３８】
通信における事実上連続の動作では、最大電流、したがって平均電力は、主に構成部品の熱的な挙動によって制限される。
【００３９】
距離測定では、非常に短いパルスを用いる場合、ピーク電力がはるかに大きくなり、事実上連続の動作で使用される平均電力のほぼ３０倍にも達する可能性がある。前述の通り熱的な制限はないが、レーザ・ダイオード構成部品の表面の光束に対する抵抗による制限がある。
【００４０】
送信時間のプロファイルは、距離測定と通信で非常に異なる。所望の時間プロファイルおよび実現可能な最大電流に応じて、２つの機能を区別することは、レーザ・ダイオードの電気的制御を介しておこなわれる。
【００４１】
距離測定機能において、一例として簡略なレーザ・ダイオードを考えると、同じ繰返し周波数でダイオードの電流を０〜１０Ａまで変化させることにより、ピーク電力が数十ワットで繰返周波数が２０〜３０ｋＨｚのパルスが得られる。通信機能においては、同じ周波数でダイオードの電流を０〜１００ｍＡまで変化させることにより、周波数が数ＭＨｚで平均電力がほぼ１００ｍＷの、変調された光信号が得られる。
【００４２】
次に、レーザ・ダイオード送信機と、その後に続く光増幅器を考える。
【００４３】
光増幅器１２により、距離測定および通信の性能を上げることが可能になる。距離測定では、この増幅器により、送信されるパルスのエネルギーを増大させることが可能になる。通信では、増幅器によって主に増大するのは光パワーである。
【００４４】
距離測定では、２つのパルス間での増幅のポンピングにより、各パルスが要求されるエネルギーをもつことができるようにしなければならない。２つのパルス間の時間ギャップは、新規パルスがレーザ・ダイオードによって送信される前に、増幅器が飽和状態までポンピングされるように調節される。パルスは、送信されるときに増幅される。この増幅は、増幅器に入力でのパルスのエネルギーに依存する。レーザ・ダイオードの光パルスのエネルギーが、増幅器に蓄えられる全てのエネルギーを送信パルスに伝達するのに十分なとき、送信パルスは最大まで増幅される。使用される増幅器は、パルス当たり高いエネルギーを供給するように設計される。パルス当たりのエネルギーは、ミリジュール・クラスでもよい。このような増幅器は、Ｍａｎｌｉｇｈｔ（Ｌｕｓｋｅｎｎ製品クラス）またはＫｅｏｐｓｙｓ（ＥＯＬＡ製品クラス）から入手可能である。
【００４５】
通信においては、増幅器がポンピングされている間、レーザ・ダイオードが通信信号のパルス列を送信し、このパルス列のうち２つのパルスの間では、増幅器が飽和モードに達する時間はない。レーザ・ダイオードの平均パワー・レベルは、装置の効率を最適化するように調節される。すなわち、その結果、通信信号の全てのパルスが、全て同じ利得で最大にまで増幅される。
【００４６】
最適化するためには、増幅器１２が距離測定と通信の両方の機能に共通なので、レーザ・ダイオード１１と増幅器１２の間に配置される回路を、一方は距離測定用に、もう一方は通信用に追加することができる。距離測定用の回路は、典型的にはパルスのエネルギーを増大させ、したがって増幅器のエネルギーの抽出を促進するための前置増幅器であり、通信用の回路は、所定の範囲で各パルスのエネルギーを調節する機能を有する前置増幅器でもよい。前述の通りその使用法に従って適合されている場合、同じ前置増幅器を距離測定と通信に使用してもよい。
【００４７】
増幅器を使用する送信機においては、距離測定と通信の機能が順次実現可能であり、両者は時系列的にインターリーブしてもよい。上記で分かる通り、距離測定においては、増幅器１２が、各パルスに対して全エネルギー容量を有することが必要である。距離測定パルスを送信した後、増幅器は、通信パルス列を増幅するのに予想される利得を得るための十分なポンピング時間を必要とする。同様に、通信パルス列を増幅した後、増幅器が、距離測定用のパルスを増幅するためのその全容量を回復するのに、ある一定の時間が必要である。この制約条件は、単一波長の送信機または多波長の送信機について同じである。さらに、距離測定のエコーを待っている間は、通信の送信が不可能である。
【００４８】
次に、単一波長の機器の受信部分について詳細に説明する。この受信部分は、距離測定用の受信装置を備え、双方向通信システムの場合は、通信用の受信装置も備える。これらの受信装置は、互いに独立していてもよい。
【００４９】
距離測定用の受信装置は、図示したように、目標物から到来する光を集めるレンズを備え、このレンズは光を検出器に集束させる集光レンズの焦点と検出器の間で、ファイバによる伝達があってもよい。スペクトル・フィルタリング用、および送信チャネルと受信チャネルの分離用の装置を挿入してもよい。光増幅または波長の遷移も、光検出器の前の経路中で生じてもよい。受信用光検出器は、ＰＩＮフォトダイオードまたはアバランシェ・フォトダイオードでもよい。この光検出器に関連するトランスインピーダンス回路の電気的な帯域幅は、検出されるパルスの幅に適合し、このパルス幅は、典型的には１０〜５０ｎｓの間である。
【００５０】
距離測定の場合、目標物が存在し得る距離の範囲に対応する期間において、パルスの抽出が雑音中でおこなわれる。モノパルスまたはマルチパルスの動作モードによれば（したがって、ポストインテグレーションの場合）当業者に知られているアナログ・プロセスおよびデジタル・プロセスを使用して、距離を求めることができる。プロセスの限界は、誤り警報の比率、すなわち、試験の数の関数としてどの程度多くの誤った距離がフィードバックされるかである。
【００５１】
性能を改善することは、検出に関連する全ての雑音を制御することにより、考え得る最も弱い信号を検出することにある。雑音源は光および電子的なものである。
【００５２】
通信用の受信装置は、図示するように、別の通信システムの遠隔送信機によって直接送信される光を集め、この光を検出器に集束するレンズを備える。集光レンズの焦点と検出器の間で、ファイバによる伝達があってもよい。スペクトル・フィルタリング用、および送信チャネルと受信チャネルの分離用の装置を挿入してもよい。光増幅または波長の遷移も、光検出器の前の経路中で生じてもよい。通信用の受信用光検出器は、ＰＩＮフォトダイオードまたはアバランシェ・フォトダイオードでもよい。検出器は、単一の通信チャネルを意味する単一素子でもよく、この単一素子は、１つまたは複数の波長を区別することなく検出できてもよい。
【００５３】
光検出器に関連するトランスインピーダンス回路の電気的な帯域幅は、距離測定の場合よりも高いビット・レートに適合し、１００ＭＨｚよりも大きい。
【００５４】
通信性能は、送信機、受信機、および検出可能なエネルギーによって許容可能なビット・レートに依存する。
【００５５】
通信の場合、それぞれの瞬間で、この処理は、１か０かを識別しなければならない。処理の限界は誤り率である。
【００５６】
性能を改善することは、送信情報のビット・レートを上げることにある。単一波長でのビット・レートは、パルス列の周波数とともに上がる。やはり検出される通信においては、適切な状態を維持するよう帯域幅を増大させなければならない。
【００５７】
通信の受信は、遠隔送信機によって直接照射される。距離に応じて、受信条件および受信機の設計、ビット当たりのエネルギー、ならびに通信の周波数が制限される。
【００５８】
本発明の具体的な一実施形態によれば、距離測定用の受信装置は、通信用の受信システムの受信装置から独立していない。通信の予想されるビット・レート性能に応じて、距離測定の検出および通信の検出は、必要な要素の全てまたは一部を共用する。機器の受信装置２０は、距離測定および双方向通信に共通でもよい。光検出器に関連するトランスインピーダンス回路は同じでもよい。しかし、一方の帯域幅が距離測定に適合しており、もう一方の帯域幅が通信に適合している２つのモードで検出することが必要になることがある。次いで、検出信号は、距離測定かそれとも通信か、その使用法に従って処理される。
【００５９】
ビット・レートが非常に異なるので、距離測定および通信から得られるデータの処理は著しく異なる。距離測定は、１秒当たり受信される数パルスに限定される。通信では、１秒当たりキロビットからギガビットまでのビット・レートになることがある。
【００６０】
この共通の受信装置２０は、距離測定または通信で動作することができる。この２重機能により、目標物の距離を測定することが可能になり、目標物に情報を送信する。
【００６１】
単一波長でのダイオード送信機では、距離計が距離測定エコーを待っているときに、通信の送信をおこなうことはリスクを伴う。送信された光の拡散により、距離測定用の受信が中断することがある。２つの機能は、順次に実現可能である。
【００６２】
図１には、本発明による、距離測定用の機器、ならびに単一波長の通信および距離測定の一例が示してある。この機器は、距離測定の送信ステップおよび受信ステップ、ならびに通信の送信ステップおよび場合によっては受信ステップを順に実行することにより、通信または距離測定のデータを受信することができ、これらのデータを共通の送信装置１０に送信することができるスーパバイザ１を備える。共通の送信装置１０は、出力において増幅器１２に任意選択として接続されたレーザ・ダイオード１１備え、この増幅器１２自体は、送信されたビームを整形するための光学装置１３に接続されている。共通の受信装置２０は、目標物または遠隔通信用送信機によって送信された光を集めるためのレンズ２３を備えており、このレンズ２３は任意選択として増幅器２２に接続され、この増幅器自体は光検出器２１に接続されており、この光検出器は、スーパバイザ１が処理ユニット２４を距離測定モードで制御するのか、それとも通信モードで制御するのかに応じて、出力において目標物の距離および通信データを供給することができるこの処理ユニット２４に、検出された信号を送信する。
【００６３】
有利には、本発明による機器は多波長であり、距離測定の範囲および高ビット・レート通信用の符号の数を増大させることを可能にする。図２を参照して、この機器を説明する。
【００６４】
まず、距離計と通信システムに共通の送信装置１０について考える。
【００６５】
多波長システムの場合、送信される波長と同じ数のレーザ・ダイオード１１１、１１２、１１３、１１４がある。増幅器１２を使用する場合、この増幅器は全ての波長に共通である。増幅器の前で、各レーザ・ダイオードの送信が単一ビームに重畳される。これは、鏡またはファイバによって実行することができる。出力は、全ての送信に共通である。
【００６６】
距離測定モードでは、各波長が、それ自体の波長で送信されて、最も強力なエネルギー量になる。多波長の利点は、距離が曖昧になるという問題なしに、パルスの繰返し周波数を上げることが可能になることである。具体的には、このことはＮ個の距離計を並列にしたのと同等であり、それぞれは、距離測定を対象とする範囲に対して距離の曖昧性がかなり大きい。このパルス・モードでは、パルスの繰返し周波数は閾値周波数を下回る。したがって、送信機には、当該距離にわたって曖昧さの問題が起きない。ある波長から別の波長へと、パルスの繰返し周波数は、互いに異なっていてもまたは同一でもよい。各パルスに必要なエネルギーは普通なら共用されるはずなので、互いに波長が異なる距離測定用パルスの送信の瞬間は、互いに異なることが好ましい。図３ａでは、Ｎ個の波長（図ではＮ＝１６）が連続して送信されており、繰返し周波数は、ある周波数から別の周波数まで同じであり、６０ｋｍ離れた目標物に対して曖昧な距離において、この例では４００μｓである。Ｎ個のパルス列が何度も繰り返されて、ポストインテグレーションによる距離量が得られる。したがって、一連のパルスは、λ１、．．．、λＮ、λ１、．．．、λＮなどである。
【００６７】
増幅器は全ての波長に共通なので、波長が互いに異なる２つのパルス間での増幅のポンピングにより、各パルスは要求されるエネルギーを有することができるようになるはずである。図３ａの例では、波長が互いに異なる２つのパルス間のギャップは２５μｓであり、したがって、ポンピングは最大２５μｓ継続する。
【００６８】
波長の順序は、距離測定の範囲に影響を及ぼさない。
【００６９】
波長の順序は、情報を運ぶことができ、たとえば、識別など他の目的に使用することができる。
【００７０】
通信での動作は、この通信が対象とする遠隔受信機の容量に依存する。この遠隔受信機が単一の検出器を有する場合、通信チャネルは１つだけ設定することができる。遠隔受信機は、互いに異なる波長を受信できるようにしてもよい。送信装置は、遠隔受信機が検出できる波長で送信しなければならない。受信波長が未知の場合、送信は、全く同じように同期して送信するいくつかの波長を並列にアクティブにしてもよい。
【００７１】
通信はまた、ある波長を受信する容量を特徴とする受信機のクラス専用でもよい。ほとんどの距離計が使用する波長を超える波長を選択することにより、決定を自由におこなってもよい。
【００７２】
通信においては、Ｎ個の波長が同時に使用され、独立した符号（典型的にはＮ＝１６）を有する。また、ある１つの符号は各波長に関連している。この符号は、たとえば、図３ｂで分かるように、ある１つの波長から別の波長へと変化するパルスの速度を変調することにある。各波長は、その他とは無関係の情報チャネルである。送信は、遠隔受信機が検出できる各波長を独立してアクティブにすることになる。送信時の増幅は、全ての波長に共通でもよい。この場合、あるチャネルから別のチャネルへと通常は異なる通信信号が、全ての波長で同時に送信されるが、それというのも、通信信号を送信中には距離測定パルスの送信が存在し得ないからである。これにより、同じ数の独立した通信チャネルを送信することが可能になる。通信のビット・レートは、チャネルの数と各チャネルのビット・レートとの積である。これらのチャネルによっては、もっぱら距離測定専用のチャネルがあってもよい。
【００７３】
図３ｂには、それぞれ１ギガヘルツでの同時通信の１６チャネルの動作が示してあり、すなわち、全体のビット・レートは１６ギガビット／秒程度である。
【００７４】
共通の送信装置は、距離測定および通信で動作することができる。この２重機能により、目標物の距離を測定し、目標物に情報を送信することが可能になる。
【００７５】
多波長機器は、両方のモードがインターリーブした状態で動作することもできる。単一の増幅器が全ての波長に対応している送信装置の構成について、この２重モードが図３ｃに示してある。増幅器は、各波長においてパルスを送信し、送信の瞬間が、ある波長から別の波長にシフトしている間は飽和モードのままであり、次いで、変調された信号の各波長において送信している間は連続モードに切り替わり、これらの送信が同時におこなわれる。増幅器から見ると、図３ｃの例は、図３ｄの時間軸上に時系列的に投影される。すなわち、増幅器は、波長が互いに異なる距離測定用パルスの２つの増幅の間、またはある距離測定用パルスの増幅と通信パルス列の第１のパルスの増幅との間でほぼ２５μｓのポンピング時間を有する。増幅から生じるこれらの制約条件により、各波長において、この同じ波長の距離測定用エコーを待っている間は通信の送信が不可能である。
【００７６】
図３ｃには、１６波の波長を使用する距離測定および通信の動作選択肢が示してある。図示した動作モードにより、通信の送信中には距離測定用受信機を無効にすることが必要となる。このシステムは、距離測定において、１４〜１５波程度の波長を使用するのと同等の有効性を有するはずであり、具体的には、１波（または２波）の波長において、対応する距離測定用エコーを受信している間、通信信号を送信することが可能である。
【００７７】
距離測定および通信の性能要求事項に応じて、波長の関数としての、他の多くの距離測定および通信の順番を最適化することができる。
【００７８】
次に、多波長機器の受信部分を考える。
【００７９】
距離測定用の受信装置は、各反射パルスを増幅する装置を備えることが好ましく、これにより、最小限の雑音を非常に弱い信号に加えることによって、この信号を増幅することが可能になる。すなわち、目的は、検出の信号対雑音比を改善することである。送信については、区別することなく各パルスを増幅する広帯域増幅装置、および／または個別に各パルスを増幅する狭帯域増幅装置を選択することが可能である。
【００８０】
目標物から到来する反射パルスの光学フィルタを使用し、様々なチャネルを分離して検出する。すなわち、これらチャネルを多重分離する。分離されるものはスペクトルである。
【００８１】
このフィルタリングの後、狭帯域増幅器によって各チャネルのパルスを増幅することが可能である。
【００８２】
単一チャネルについてのみ、検出器を使用することができる。目標物の距離は知られていないので、エコーが予想される限り検出を能動状態にしなければならない。いくつかの波長について反射パルスを検出でき、その波長に従ってこれら反射パルスを区別できる検出器によって、検出を得ることができる。距離測定の性能において、単一波長システムを超える明らかな利点はない。長距離を探索するとき、送信波長と同じ数の検出器を有することには利点がある。
【００８３】
従来の累積装置を使用して、検出パルスのポストインテグレーションを実行する。
【００８４】
通信での動作は、受信機の容量に依存する。
【００８５】
通信用の受信装置は、互いに異なる波長でのいくつかの検出器を備えてもよい。各波長は、その他とは無関係の情報チャネルである。
【００８６】
多波長の受信装置は、単一波長の受信装置の場合と同様にインターリーブした両方のモードで動作することもできる。
【００８７】
図２には、本発明による、距離測定用および通信用の多波長機器の一例が示してある。この機器は、距離測定の送信ステップおよび受信ステップを順に実行することにより、通信データまたは距離測定のデータを受信することができ、これらのデータを共通の送信装置１０に送信することができるスーパバイザ１を備える。送信装置は、入力においてスーパバイザ１に接続され、出力において互いに異なる波長λ１、λ２、λ３、λｉのレーザ・ダイオード１１１、１１２、１１３、１１４に接続された波長分配器１４を備える。共通の送信装置は、場合によっては、これらのダイオード、および、入力においてダイオードのそれぞれに接続され、出力においては送信ビームを整形するための光学装置１３に接続された増幅器１２も備える。共通の受信装置２０は、目標物または遠隔通信用送信機によって送信された光を集めるためのレンズ２３を備えており、このレンズは任意選択として増幅器２２に接続され、この増幅器自体は互いに異なる波長λ１、λ２、λ３などに専用の光検出器２１１、２１２、２１３、２１４にそれぞれ接続されており、この光検出器は、スーパバイザ１が処理ユニット２４を距離測定モードで制御するのか、それとも通信モードで制御するのかに応じて、出力において目標物の距離および通信データを供給することができるこの処理ユニット２４に、その検出された信号をそれぞれ送信する。光検出器は、別の分配器２５を介してスーパバイザ１に接続される。
【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３ｃ】
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【図３ｄ】
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【国際調査報告】
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