(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
干渉計部を備え、ライダ測定システムから離れた遠隔領域における粒子及び／又は物体の存在及び／又は動きを検出するためのライダ測定システムであって、
前記干渉計部が、
連続波レーザ源（２）と、
入射する前記連続波レーザ源（２）の光の検出器信号を出力するようになっている光検出器部（７）と、
光学部品であって、
前記連続波レーザ源（２）によって放出された光（２３）が、
まず分離され、
続いて、前記干渉計部の測定ブランチ（４）を構成する第１光路に沿って、また、前記第１光路とは異なる前記干渉計部の基準ブランチ（５）を構成する第２光路に沿って導かれ、
前記測定ブランチ（４）及び前記基準ブランチ（５）を通過した後、最終的に、空間的にコヒーレントに重畳されるような形で前記光検出器部（７）に入射するようにして配置され、
前記基準ブランチ（５）が所定の光路長を有し、
前記測定ブランチ（４）が、測定部分（１６）を含み、前記測定部分（１６）内では、前記光が、前記測定システムから離れた前記遠隔領域の方へ、前記測定システムから離れる方に向かうと共に、前記遠隔領域を通過しており、前記遠隔領域に存在する粒子又は物体によって前記測定システムの方へ後方散乱又は反射された光が、前記測定システムで再び受光される、光学部品と、
前記光検出器部（７）に接続され、前記光検出器部（７）の前記検出器信号を受信して前記検出器信号から前記遠隔領域における粒子及び／又は物体の存在及び／又は動きの評価を行うようになっている評価部（９）と
を備えるライダ測定システムにおいて、
前記連続波レーザ源（２）は、０．１〜１００ｍの範囲内のコヒーレンス長を有するものであって、
レーザ光発生コンポーネント（２０）と、
前記レーザ光発生コンポーネント（２０）の下流に配置され、前記レーザ光発生コンポーネント（２０）によって放出されたレーザ光を受光して前記レーザ光を位相変調するようになっている光位相変調器（２１）であって、制御信号入力部を備え、前記制御信号入力部で受信された制御信号により定義された位相関数に基づき前記位相変調を行うようになっている光位相変調器（２１）と、
前記光位相変調器（２１）の前記制御信号入力部に接続され、所定の位相関数θ（ｔ）により定義された擬似ランダムノイズ信号に対応する制御信号を前記制御信号入力部に供給するようになっている制御装置（２２）であって、前記連続波レーザ源（２）によって放出された前記レーザ光（２３）の光パワー密度スペクトルに、前記所定の位相関数θ（ｔ）によって決まる形状及び帯域が与えられるように、前記光位相変調器（２１）が前記所定の位相関数θ（ｔ）を用いて前記位相変調を行うことにより、前記レーザ光（２３）のコヒーレンス長を調整するという効果を前記制御信号が有する、制御装置（２２）と
を備えることを特徴とするライダ測定システム。
【請求項２】
請求項１に記載のライダ測定システムにおいて、
前記連続波レーザ源（２）は、１〜５０ｍの範囲内のコヒーレンス長を有することを特徴とするライダ測定システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のライダ測定システムにおいて、
前記所定の位相関数θ（ｔ）は、調節可能であることを特徴とするライダ測定システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のライダ測定システムにおいて、
前記光学部品は、
前記連続波レーザ源（２）によって放出された前記光（２３）を分離するための光ファイバカプラ（３）、
前記基準ブランチ（５）の少なくとも一部を規定する光ファイバ及び／又は前記測定ブランチ（４）の一部を規定する光ファイバ、
前記測定ブランチ（４）及び／又は前記基準ブランチ（５）内に設けられた光周波数シフタ、
前記測定ブランチ（４）内又は前記測定ブランチ（４）及び前記基準ブランチ（５）への分岐の前に設けられた光増幅器（１１）、
前記基準ブランチ（５）及び／又は前記測定ブランチ（４）内に設けられた偏光を調整する偏光制御装置（１０）、及び／又は
前記測定ブランチ（４）及び前記基準ブランチ（５）の終点で前記測定ブランチ（４）に沿って導かれた光と前記基準ブランチ（５）に沿って導かれた光とを結合するビームコンバイナ
を備えることを特徴とするライダ測定システム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のライダ測定システムにおいて、
前記光学部品は、前記測定ブランチ（４）の前記測定部分（１６）の始点及び終点を規定すると共に、前記光を前記測定システムから遠ざかるように前記遠隔領域へ向けて放出し、前記測定ブランチ（４）の残りの部分に沿って導かれるように、前記遠隔領域で後方散乱された光を再び受光するようになっている放出・受光手段を含むことを特徴とするライダ測定システム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のライダ測定システムにおいて、
前記評価部（９）は、前記検出器信号の関数、前記所定の位相関数θ（ｔ）及び前記遠隔領域内の異なる距離にある副部（１７）にそれぞれ対応する複数の異なる時間シフト値Δｔshiftに基づき、前記複数の異なる時間シフト値Δｔshiftにそれぞれ対応する前記副部（１７）に対する前記評価を行うようになっており、
前記検出器信号の関数は、前記基準ブランチ（５）を通過する実際の伝搬時間ｔから任意の前記時間シフト値Δｔshift変化した伝搬時間とそれに応じて変化した光路長とを有する前記基準ブランチ（５）において生じる前記検出器信号に前記検出器信号の関数の結果が対応するように、因数
【数１】
0006598682.tif 000005
と前記検出器信号との積を含むことを特徴とするライダ測定システム。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載のライダ測定システムにおいて、
前記測定ブランチ（４）に沿って導かれる前記連続波レーザ源（２）の前記光（２３）と前記基準ブランチ（５）に沿って導かれる前記連続波レーザ源（２）の前記光（２３）とを、いずれも、互いに直交する２つの偏光方向の光に分離するようにして配置された偏光ビームスプリッタ部を更に備え、
前記光検出器部（７）は、前記測定ブランチ（４）及び前記基準ブランチ（５）を通過した後、空間的にコヒーレントに重畳された前記光を、前記２つの偏光方向に対して別々に検出するようにして配置され、前記検出器信号は２つの副検出器信号を含み、前記副検出器信号のそれぞれは、前記２つの偏光方向のうちの１つの光の特性であって、
前記評価部（９）は更に、前記２つの副検出器信号に基づき、前記検出された粒子及び／又は物体による偏光状態の変化を判定するようになっていることを特徴とするライダ測定システム。
【請求項８】
請求項６に記載のライダ測定システムにおいて、
前記レーザ光発生コンポーネント（２０）は、２つの波長のレーザ光を、前記連続波レーザ源（２）によって放出されたレーザ光が前記２つの波長の周辺において２つの波長領域を有するように、放出するようになっており、それぞれの波長領域において、前記光パワー密度スペクトルは、前記所定の位相関数θ（ｔ）によって決まるそれぞれの形状及び帯域を有し、
前記光検出器部（７）は、前記測定ブランチ（４）及び前記基準ブランチ（５）を通過した後、空間的にコヒーレントに重畳された前記光を、前記２つの波長領域に対して別々に検出するようにして配置され、前記検出器信号は２つの副検出器信号を含み、前記副検出器信号のそれぞれは、前記２つの波長領域のうちの１つの波長領域の光の特性であって、
前記評価部（９）は、更に、前記２つの副検出器信号の関数と、前記所定の位相関数θ（ｔ）と、前記複数の異なる時間シフト値Δｔshiftとに基づいて、前記複数の異なる時間シフト値Δｔshiftにそれぞれ対応する前記副部（１７）に対する前記評価を行うと共に、前記２つの波長領域に対して異なる吸収係数を有する少なくとも１つのガスの濃度を空間分解的に判定するようになっていることを特徴とするライダ測定システム。
【請求項９】
請求項７に記載のライダ測定システムにおいて、
前記測定ブランチ（４）を通過する前記連続波レーザ源（２）の光が、光導波路内の測定部分（１６）の少なくとも一部で導かれるように配置され、測定部分（１６）の少なくとも一部を規定する光導波路（２４）を備え、
前記光導波路は、前記光導波路に沿って互いに離隔されると共に、前記連続波レーザ源（２）によって放出可能な光の波長の少なくとも１つを部分的に反射するようにしてそれぞれ配置された複数の反射手段（２５）を備え、前記光導波路を通過して前記測定システムから遠ざかる光は、その反射光が前記光導波路を通過して前記測定システムに向かうようになっており、
前記光検出器部（７）は、前記２つの偏光方向の光をそれぞれ検出する複数の光検出器を備え、
前記評価部（９）は、前記２つの副検出器信号の関数と、前記所定の位相関数θ（ｔ）と、前記複数の異なる時間シフト値Δｔshiftとに基づいて、前記複数の異なる時間シフト値Δｔshiftにそれぞれ対応する前記副部（１７）に対する前記評価を行うようにしており、複数の異なる前記副部（１７）は、前記反射手段の異なるもの及び／又は前記反射手段の異なる組み合わせを含み、
評価部（９）は、前記２つの副検出器信号により
前記異なる反射手段の反射率及び／又は偏光特性の変化、
少なくとも一対の前記反射手段について、対応する２つの前記反射手段の間の光位相シフトの変化、
少なくとも一対の前記反射手段について、対応する２つの前記反射手段の間の減衰、及び／又は、
少なくとも一対の前記反射手段について、対応する２つの前記反射手段の間の偏光変化
を判定するようなっていることを特徴とするライダ測定システム。
【請求項１０】
請求項９に記載のライダ測定システムにおいて、
前記反射手段はそれぞれ、欠損部又は不連続部、レイリ後方散乱手段、及び／又は、ファイバブラッグ格子を備えることを特徴とするライダ測定システム。
【請求項１１】
請求項９又は１０に記載のライダ測定システムにおいて、
前記光導波路の延長方向への前記反射手段の伸縮は、隣接する前記反射手段の間の最小距離よりも小さいことを特徴とするライダ測定システム。
【請求項１２】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のライダ測定システムを用いて、前記遠隔領域における粒子及び／又は物体の存在及び／又は動きを検出する方法であって、
前記遠隔領域が前記測定部分（１６）の一部となるように、前記測定ブランチ（４）を配置するステップと、
レーザ光が前記測定ブランチ（４）及び前記基準ブランチ（５）に沿って同時に導かれるように、前記連続波レーザ源（２）を作動させるステップと、
前記評価部（９）を用いて、前記遠隔領域における前記粒子及び／又は物体の存在及び／又は動きを判定するステップと、
前記制御装置（２２）において前記所定の位相関数θ（ｔ）を調節することにより、前記連続波レーザ源（２）によって放出された前記レーザ光（２３）の光パワー密度スペクトルの形状及び／又は帯域を調節して、前記レーザ光（２３）のコヒーレンス長を調整するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項６〜１１のいずれか一項に記載のライダ測定システムを用いて、前記遠隔領域における粒子及び／又は物体の存在及び／又は動きを検出する方法であって、
前記遠隔領域が前記測定部分（１６）の一部となるように、前記測定ブランチ（４）を配置するステップと、
レーザ光が前記測定ブランチ（４）及び前記基準ブランチ（５）に沿って同時に導かれるように、前記連続波レーザ源（２）を作動させるステップと、
前記評価部（９）を用いて、前記遠隔領域における前記粒子及び／又は物体の存在及び／又は動きを判定するステップと、
前記制御装置（２２）において前記所定の位相関数θ（ｔ）を調節することにより、前記連続波レーザ源（２）によって放出された前記レーザ光（２３）の光パワー密度スペクトルの形状及び／又は帯域を調節して、前記レーザ光（２３）のコヒーレンス長を調整するステップと
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載の方法において、
前記ライダ測定システムは、
前記評価部（９）が、前記検出器信号の関数、前記所定の位相関数θ（ｔ）及び前記遠隔領域内の異なる距離にある副部（１７）にそれぞれ対応する複数の異なる時間シフト値Δｔshiftに基づき、前記複数の異なる時間シフト値Δｔshiftにそれぞれ対応する前記副部（１７）に対する前記評価を行うようになっており、
前記検出器信号の関数が、前記基準ブランチ（５）を通過する実際の伝搬時間ｔから任意の前記時間シフト値Δｔshift変化した伝搬時間とそれに応じて変化した光路長とを有する前記基準ブランチ（５）において生じる前記検出器信号に前記検出器信号の関数の結果が対応するように、因数
【数２】
0006598682.tif 000006
と前記検出器信号との積を含むように構成され、
前記遠隔領域の副部（１７）の前記ライダ測定システムからの距離を変更するために、前記評価部（９）での前記時間シフト値Δｔshiftを変更するステップを更に含み、
前記副部（１７）は前記粒子及び／又は物体を含み、当該粒子及び／又は物体の後方散乱光は、前記測定ブランチ（４）に沿って導かれた光と前記基準ブランチ（５）に沿って導かれた光とのコヒーレントな重畳における干渉に貢献することを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１２又は１４に記載の方法において、
前記ライダ測定システムは、
前記測定ブランチ（４）に沿って導かれる前記連続波レーザ源（２）の前記光（２３）と前記基準ブランチ（５）に沿って導かれる前記連続波レーザ源（２）の前記光（２３）とを、いずれも、互いに直交する２つの偏光方向の光に分離するようにして配置された偏光ビームスプリッタ部を更に備え、
前記光検出器部（７）が、前記測定ブランチ（４）及び前記基準ブランチ（５）を通過した後、空間的にコヒーレントに重畳された前記光を、前記２つの偏光方向に対して別々に検出するようにして配置され、前記検出器信号は２つの副検出器信号を含み、前記副検出器信号のそれぞれは、前記２つの偏光方向のうちの１つの光の特性であって、
前記評価部（９）が更に、前記２つの副検出器信号に基づき、前記検出された粒子及び／又は物体による偏光状態の変化を判定するように構成され、
前記評価部（９）を用いて、前記２つの副検出器信号に基づき、前記検出された粒子及び／又は物体による偏光状態の変化を判定し、そこから前記粒子及び／又は物体の種類及び／又は形状に関する情報を取得することを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１２又は１４に記載の方法において、
前記ライダ測定システムは、
前記レーザ光発生コンポーネント（２０）が、２つの波長のレーザ光を、前記連続波レーザ源（２）によって放出されたレーザ光が前記２つの波長の周辺において２つの波長領域を有するように、放出するようになっており、それぞれの波長領域において、前記光パワー密度スペクトルは、前記所定の位相関数θ（ｔ）によって決まるそれぞれの形状及び帯域を有し、
前記光検出器部（７）が、前記測定ブランチ（４）及び前記基準ブランチ（５）を通過した後、空間的にコヒーレントに重畳された前記光を、前記２つの波長領域に対して別々に検出するようにして配置され、前記検出器信号が２つの副検出器信号を含み、前記副検出器信号のそれぞれが、前記２つの波長領域のうちの１つの波長領域の光の特性であって、
前記評価部（９）が、更に、前記２つの副検出器信号の関数と、前記所定の位相関数θ（ｔ）と、前記複数の異なる時間シフト値Δｔshiftとに基づいて、前記複数の異なる時間シフト値Δｔshiftにそれぞれ対応する前記副部（１７）に対する前記評価を行うと共に、前記２つの波長領域に対して異なる吸収係数を有する少なくとも１つのガスの濃度を空間分解的に判定するように構成され、
前記２つの副検出器信号の関数と、前記所定の位相関数θ（ｔ）と、前記複数の異なる時間シフト値Δｔshiftとに基づき、前記２つの波長領域に対して異なる吸収係数を有する少なくとも１つのガスの濃度を、前記評価部（９）を用いて、空間分解的に判定することを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１５に記載の方法において、
前記ライダ測定システムは、
前記測定ブランチ（４）を通過する前記連続波レーザ源（２）の光が、光導波路内の測定部分（１６）の少なくとも一部で導かれるように配置され、測定部分（１６）の少なくとも一部を規定する光導波路（２４）を備え、
前記光導波路が、前記光導波路に沿って互いに離隔されると共に、前記連続波レーザ源（２）によって放出可能な光の波長の少なくとも１つを部分的に反射するようにしてそれぞれ配置された複数の反射手段（２５）を備え、前記光導波路を通過して前記測定システムから遠ざかる光は、その反射光が前記光導波路を通過して前記測定システムに向かうようになっており、
前記光検出器部（７）が、前記２つの偏光方向の光をそれぞれ検出する複数の光検出器を備え、
前記評価部（９）が、前記２つの副検出器信号の関数と、前記所定の位相関数θ（ｔ）と、前記複数の異なる時間シフト値Δｔshiftとに基づいて、前記複数の異なる時間シフト値Δｔshiftにそれぞれ対応する前記副部（１７）に対する前記評価を行うようにしており、複数の異なる前記副部（１７）は、前記反射手段の異なるもの及び／又は前記反射手段の異なる組み合わせを含み、
評価部（９）は、前記２つの副検出器信号により
前記異なる反射手段の反射率及び／又は偏光特性の変化、
少なくとも一対の前記反射手段について、対応する２つの前記反射手段の間の光位相シフトの変化、
少なくとも一対の前記反射手段について、対応する２つの前記反射手段の間の減衰、及び／又は、
少なくとも一対の前記反射手段について、対応する２つの前記反射手段の間の偏光変化
を判定するように構成され、
前記反射手段が、当該反射手段に影響を与える測定パラメータに応じて当該反射手段の反射率及び／又は偏光特性が変化するようになっている、又は、
２つの隣接する前記反射手段の間にそれぞれ位置する前記光導波路の区間が、当該区間に影響を与える測定パラメータに応じて当該区間の光路が変化するようになっており、
前記評価部（９）を用いて、異なる前記反射手段又は前記反射手段の間の異なる区間に対応する位置おいて、前記測定パラメータを判定することを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法において、
前記反射手段はそれぞれ、欠損部又は不連続部、レイリ後方散乱手段、及び／又は、ファイバブラッグ格子を備えることを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１７又は１８に記載の方法において、
前記光導波路の延長方向への前記反射手段の伸縮は、隣接する前記反射手段の間の最小距離よりも小さいことを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１７〜１９のいずれか一項に記載の方法において、
前記測定パラメータは、前記光導波路のひずみ又は伸び、前記光導波路の振動、及び／又は、温度であることを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項１７〜２０のいずれか一項に記載の方法において、
前記光導波路は、前記評価部（９）を用いて長さに対して分解されて特徴付けられていることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ライダ測定システムから離れた空間の領域における粒子及び／又は物体の存在及び／又は動きを検出するためのライダ測定システムと、そのようなライダ測定システムを用いて遠隔空間領域における粒子及び／又は物体の存在及び／又は動きを検出するための方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
ライダ（Ｌｉｄｅｒ：Light Detection and Ranging）は、レーダと密接に関連した方法であり、レーダの場合に利用されるレーダ波の代わりにレーザ光を利用する。ライダにより、様々な大気パラメータの遠隔測定を行うことができ、特に、空気中又は他の大気中に存在する粒子や他の物体の存在、距離及び速度の判定を遠距離から行うことができる。原理的には、使用する光を散乱させる全ての粒子と、空間内の反射不連続又は散乱体を構成する全ての物体とを測定できる。
【０００３】
従って、ライダは、実際の測定装置から離れた位置における物理的パラメータを、時間に応じて、空間分解的に、ワイヤレス且つ非侵襲的に判定するという、あらゆる技術分野に存在する要望に対応できる。例えば、ライダを用いて、風で移動する粒子を測定することによって、測定装置から離れた位置空間における風速を判定できる。これは、例えば、風力装置から前方に数百メートル離れた位置の風速を簡単に測定し、測定された風速に基づき、最適な効率が得られると同時に風による風力装置への負荷が可能な限り低く維持されるように、風力装置の制御パラメータを適応させるために利用できる。また、風力装置へのダメージを防ぐため、強烈な突風の場合には、必要に応じて、緊急停止等の緊急措置を適時とるために利用できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００５／１１４２５３号パンフレット
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】C. Weitkamp, Lidar - Range-resolved optical remote sensing of the atmosphere, Springer, 2005
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
風速を判定するための既知のライダシステムは、風で移動する粒子によるレーザ光の散乱によって生じる散乱光のドップラ（Doppler）周波数シフトの検出に基づいている（例えば、非特許文献１を参照）。そのため、常に、利用するレーザビームの見通し線上の風速を判定することしかできない。
【０００７】
多くの場合、ドップラ周波数シフトは、利用するレーザ源の直接光に測定装置で受光した散乱光を重畳することにより干渉法的に判定される。この目的のために、従来技術では、サブメガヘルツ範囲の光源帯域に対応する数百メートルのコヒーレンス長を有する高コヒーレントレーザ源を使用する。従来技術では、空間分解能を得るための２つの異なる手法が一般的に知られている。
【０００８】
そのうち一方の手法によれば、連続波レーザ源が利用され、そのビームを、レンズや望遠鏡等の適切な光学系を用いて、それぞれの所望の目標距離にフォーカスさせる（例えば、特許文献１を参照）。適切なフォーカスを行うと、受光した散乱光の大部分は、原理的には、焦点近傍の領域から来る。そのため、フォーカス領域をずらすことで、異なる距離にある注目空間領域の異なる副部分を分析できる。
【０００９】
しかし、この方法については、有効焦点距離が、フォーカスに使用される光学系からの距離に対して略二次関数的に増加してしまうため、長距離においては低い空間分解能しか実現できないという一般的な問題があった。更に、いずれの場合も、フォーカス領域外の粒子の散乱光も受光してしまう。そのような粒子がフォーカス領域内の粒子よりも大きい散乱断面積を有している場合、又は、フォーカス領域内の粒子よりもはるかに高い濃度で存在している場合、その粒子の散乱光が、受光した散乱光の大部分を構成し、フォーカス領域からの信号に重畳する可能性がある。すると、測定された風速は、高度な対策無しでは、誤った位置と関連付けられてしまう。一例としては、目標領域、即ち、フォーカス領域の背後に、おそらくは顕著に存在している一面の雲が挙げられる。最後に、焦点の変更は、一般的に機械的に行われ、追加の装置費用が必要且つ相当な時間を要するという欠点がある。
【００１０】
また、他方の手法によれば、パルスレーザ源が利用され、位置判定が、レーザパルスの伝搬時間を測定することにより行われる。パルスのパルス幅によって空間分解能が決まり、２００ｎｓの幅を持つパルスの空間分解能は、例えば、３０ｍである。このようにして、パルスを用いて、測定システムから、例えば、０から３００ｍの距離にある複数の分解能要素を連続的にスキャンできる。これらの分解能要素は、レーザパルスが横断する注目空間領域のそれぞれの副部である。
【００１１】
しかし、それぞれの分解能要素に対して短時間しかパルスを照射しないという事実のため、通常、典型的に低い信号雑音比しか結果的に得られず、短いパルス幅により、周波数分解能、ひいては、風速分解能が限定される。また、通常、主発振器と電力増幅器とを備えた比較的高度なレーザシステムを利用する必要がある。
【００１２】
本発明の目的は、拡張された遠隔空間領域における粒子の存在及び／又は動きを、高い空間分解能で上記欠点を避けつつ迅速且つ柔軟に判定することができる簡単な構造のライダ測定システムと、簡単に実施できるライダ測定方法とを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的は、請求項１の特徴を有するライダ測定システムと、請求項１２、１３の特徴を有する方法とによって実現される。ライダ測定システムと方法の有利な実施形態はそれぞれ、関連する従属請求項の内容である。
【００１４】
本発明は、ライダ測定システムから離れた空間領域における粒子及び／又は物体の存在及び／又は動きを検出するライダ測定システムであって、連続波レーザ源と、光検出器部と、所定の光路に沿って連続波レーザ源の光を導くための様々な光学部品と、評価部とを有する干渉計部を備えたライダ測定システムを提供する。
【００１５】
光検出器部は、連続波レーザ源から来て光検出器部に入射する光の特性である検出器信号を出力するようになっている。光検出器部は、１つ以上の光検出器を備えていても良い。
【００１６】
光学部品は、連続波レーザ源によって作動中に放出された光が、まず、分割又は分離され、続いて、干渉計部の測定又は信号ブランチを構成する第１光路に沿って、また、第１光路とは異なる干渉計部の基準ブランチを構成する第２光路に沿って導かれ、測定ブランチ及び基準ブランチを通過した後、最終的に、空間的にコヒーレントに重畳されるような形で光検出器部に入射するようにして配置されている。従って、干渉計部はマッハ・ツェンダ干渉計の構造を有する。このことに関して、基準ブランチは所定の光路長を有し、測定ブランチは測定部分を構成する。測定部分内では、光が、測定システムから離れた空間領域の方へ、測定システムから離れる方に指向する又は向かうと共に、空間領域を少なくとも部分的に通過しており、測定部分に存在する粒子又は物体によって測定システムの方へ後方散乱又は反射された光が、測定システムで再び受光される。
【００１７】
つまり、測定ブランチの光路の一部、即ち、測定部分は、測定システムの環境の領域によって構成され、この領域から、粒子によって散乱されるか、又は、物体に反射されるまで、測定システムから遠隔空間領域へ伝搬した光子が、再び測定システムへ戻り、そこで測定ブランチの残りの部分と結合される。このため、測定部分の始点である一方において、適切な手段によって、測定ブランチを通過するレーザ光を遠隔空間領域の方へ放出すると共に、測定部分の終点である他方において、適切な受光手段を用いて、散乱光の一部を受光して、測定部分の残り部分に沿って導く必要がある。従って、測定ブランチの光路長は、光検出器部に達する散乱又は反射光に由来する光子毎に、測定システムからの距離によって決まる。
【００１８】
上述の説明から、遠隔空間領域は、測定部分の一部を構成し、極端な場合には測定部分と同一であると考えることができる。測定部分は、測定システムの環境の領域を含み、その領域から、粒子によって後方散乱させられるか、物体に反射して戻った光が、測定ブランチの残りの部分と結合される。一方、遠隔空間領域は、検出のための注目領域であって、この領域は、測定部分よりも小さく又は最大で等しくなるように選択できる。
【００１９】
評価部は、光検出器部に接続されると共に、光検出器部の検出器信号を受信し、検出器信号に基づき、遠隔空間領域における粒子及び／又は物体の存在及び／又は動きを判定するようになっている。後者は、例えば、特に、従来技術から既知の方法と同じ方法で行うことができる。特に、動き、ひいては、速度の判定は、検出された光のドップラシフトの判定を介した既知の方法で行うことができる。
【００２０】
連続波レーザ源は、０．１〜１００ｍの範囲内の、好ましくは、１〜１００ｍの範囲内の、より好ましくは、１〜５０ｍの範囲内のコヒーレンス長を有するようになっている。光検出器部におけるコヒーレント干渉は、測定ブランチの光路長が、コヒーレンス長の範囲内において、基準ブランチの光路長と一致する粒子からの散乱光又は物体からの反射光に対してのみ可能であるため、コヒーレンス長を適切に選ぶことによって選択可能な高い空間分解能を、強く制限されたコヒーレンス長によって実現できる。一方、このコヒーレンス領域外に位置する粒子や物体から検出器部に到達する散乱光又は反射光は、検出器信号における高帯域背景という結果にしかならない。高帯域背景は、信号雑音比の限定的な低下を結果的に引き起こす可能性があるものの、空間分解能に影響は与えない。従って、もし、コヒーレンス領域が、レーザビームに沿った遠隔空間領域の広がりよりも小さい場合、遠隔空間領域の副部のみが測定される。そのため、例えば、基準ブランチの光路長を変更する選択手段を用いて、しかし、好ましくは、以下に詳細に述べるように行われる計算によって、コヒーレンス領域をシフトすることにより、コヒーレンス長の広がりによって決まる空間分解能を実現できる。有利には、空間分解能は、各々分析された副部の距離と無関係であり、副部は、分解能要素と呼んでも良い。
【００２１】
好適な実施形態では、連続波レーザ源は、レーザ光発生コンポーネントと、下流光位相変調器と、光位相変調器を制御する制御装置とを備える。光位相変調器は、レーザ光発生コンポーネントによって放出されたレーザ光を受光してレーザ光を位相変調するようになっている。位相変調器は、制御信号入力部を備え、制御信号入力部で受信した制御信号によって定義される位相関数に基づき位相変調を更に行うようになっている。制御装置は、制御信号入力部に接続されると共に、所定の位相関数θ（ｔ）によって定義されるノイズ信号又は擬似ランダムノイズ信号に対応する制御信号を制御信号入力部に供給するようになっていて、制御信号は、光位相変調器が所定の位相関数θ（ｔ）を用いて位相変調を行う効果を有する。このようにして、連続波レーザ源から放出されたレーザ光の光パワー密度スペクトルには、例えば、ガウス形状又はローレンツ形状等の形状及び位相関数θ（ｔ）によって決められる帯域が与えられる。従って、連続波レーザ源は、合成レーザ源と呼ぶことができ、自然レーザ源とは異なり、位相関数が知られている。このことは、結果的に単色レーザ光のスペクトルの拡大及び変形につながる。この点に関して、通常の方法では、帯域によってコヒーレンス長が決まる。このようにして、同じレーザ光発生コンポーネントを、異なるコヒーレンス長、ひいては、異なる空間分解能を実現するために有利に利用できる。レーザ光発生コンポーネントは、特に、狭帯域で、好ましくは、単一モード連続波レーザダイオードであっても良く、好ましくは、１００ｋＨｚ以下の帯域を持ち、更に、好ましくは、１０ｋＨｚ以下の帯域を持つ。
【００２２】
本実施形態では、所定の位相関数θ（ｔ）が調節可能であれば特に好ましい。このような調節機能は、連続波レーザ源から放出されるレーザ光のスペクトル形状及び／又は帯域の調節を可能とする。例えば、所望の各スペクトル形状及び／又は帯域に対し、反復数値法を用いて、対応する位相関数θ（ｔ）を見つけることができる。
【００２３】
そのような反復法においては、例えば、ランダムに選択された位相関数、即ち、ランダムな相挙動、又は、特別に選択された位相関数から始め、この位相関数で制御された光位相変調器によって出力されたレーザ光のスペクトル形状及び帯域を計算によって求め、求めたスペクトル形状及び帯域を所望のスペクトル形状及び帯域と比較する。この比較を基に、位相関数を変更し、上記ステップを繰り返す。この方法は所望の結果が十分な精度で取得できるまで続けられる。このような反復法は、特に、ガウス分布及びランダム位相を有するスペクトルから始めることができる。ここから、関連する電界強度の位相を逆フーリエ変換により算出し、その振幅が一定となるよう設定する。このようにして取得した電界強度から、関連するスペクトルをフーリエ変換により算出し、その位相を用いて反復プロセスを最初から始める。プロセスは所望の結果、例えば、予め定義したガウス振幅及びパワー密度スペクトルが、十分な精度で取得できるまで続けられる。なお、特定の構成とは無関係ながら、反復法に必要な計算時間は、一度発見された位相関数を永久的に利用できる限り、重要ではないことを注記する。
【００２４】
この構成には、ハードウェアや構成要素の機械的動作に変更を加えることなく空間分解能を変更できる大きな利点がある。制御装置において別の適切な位相関数θ（ｔ）を選択又は調節又は設定しさえすれば良い。上述したように、レーザビームの限定的な集束性により空間分解能が大幅に限定される既知の連続波ライダシステムとは異なり、空間分解能を、特に、長距離において、高い再現性で広い範囲に亘って自由に、簡単に、柔軟に、迅速に選択できる。それと同時に、既に説明したように、例えば、副部の前方又は後方にある雲の粒子のような、コヒーレンス長及び基準ブランチの光路長によって決まる遠隔空間領域の副部の外にある粒子での散乱又は物体での反射の結果起こる可能性のある干渉が確実に抑制され、これにより、測定された速度値が誤った位置に関連付けされてしまう可能性を大幅に減らすことができる。
【００２５】
光位相変調器を設けた上述の実施形態では、評価部が、検出器信号の関数と、所定の位相関数と、時間シフト値Δｔshiftとに基づき評価を行うようになっている場合、実際の基準ブランチと比べて、Δｔshiftにより変化した伝搬時間とそれに応じて変化した光路長とを有する基準ブランチの選択により生じる検出器信号に、関数の結果が対応するように、その関数が選択されることがより好ましい。
【００２６】
この構成は、検出器信号が、基準ブランチの実際の光路長やコヒーレンス長に対応する遠隔空間領域の副部内の粒子や物体に関する評価に必要な情報だけでなく、測定システムからの距離が異なる遠隔空間領域の別の副部内の粒子や物体に関する情報も既に含むという認識に基づいている。全遠隔空間領域又はそれより大きい副部の評価のためには、光位相変調器の制御と、連続波レーザ源によって放出される、対応する光の発生とに使用される位相関数θ（ｔ）の知識が必要である。自然レーザ源においては、この位相関数は既知ではなく、複雑で時間のかかる方法によって特定しなければならない。一方、ここで使用する連続波レーザ源では、レーザビームの位相特性は合成的に作られ、擬似ランダムに過ぎず、位相関数θ（ｔ）という形で数値的に入手できる。この位相関数θ（ｔ）は、検出器信号の複素振幅において特定の方法で表現される。この複素振幅は、位相関数θ（ｔ）の知識を基に、選択的に数値的に変更することによって、実際又は本当の光路長からずれる基準ブランチの光路長を評価するための見せかけを行うことができる。
【００２７】
従って、上述のように基準ブランチの光とコヒーレントに干渉し、検出に使用される光が来る遠隔空間領域の副部を、即ち、分解能要素の位置を、新しい測定無しに遡及的にシフトすることが、ハードウェアの変更や構成要素の機械的動作無しに可能となる。既知の連続波ライダ方法とは異なり、フォーカス領域からだけでなく、大きな領域からの単一の測定情報を得ることができ、空間分解能を距離に関係なく選択的に選べる。このように、調節可能な空間分解能によって、遠隔空間領域の異なる副部で、空間分解測定を非常に簡単に且つ柔軟に行うことができ、従って、異なる副部の特定の性質や特徴を遠距離から判定することができる。
【００２８】
従って、こうした背景に鑑み、もし、評価及び対応するコヒーレンス領域に関連して、光路長について述べた場合、それは、この「見せかけの」光路長を指すことを意図している。
【００２９】
この副部の「数値的シフト」に関して、関数が、因数
【数１】
0006598682.tif 000002
と検出器信号との積を含む場合が有利である。
【００３０】
複素検出器信号は、おそらくは時間定数成分又は部分と共に、
【数２】
0006598682.tif 000003
に比例する時間変数成分又は部分を含むことを示すことができる。ｔdは、散在する粒子の距離によって決まる基準ブランチと測定ブランチとの間の伝搬時間差又は遅延差である。従って、上記因数との積は、結果的に
【数３】
0006598682.tif 000004
に比例する時間変数成分又は部分となり、それ故に、Δｔshiftによって決まる基準ブランチの偏位する光路長に対応する。
【００３１】
好適な実施形態では、光学部品は、連続波レーザ源から放出された光を分離又は分割する、例えば、特に、光ファイバカプラのような、ビームスプリッタ、基準ブランチの少なくとも一部を規定する光ファイバ及び／又は測定ブランチの一部を規定する光ファイバ、測定ブランチ及び／又は基準ブランチ内に設けられ、例えば、音響光学変調器によって構成されている光周波数シフタ、測定ブランチ内又は測定ブランチ及び基準ブランチへの分岐の前に設けられた、例えば、エルビウムファイバ増幅器のような光増幅器、基準ブランチ及び／又は測定ブランチ内に設けられた可調偏光制御装置、及び又は、測定ブランチ及び基準ブランチの終点で、測定ブランチに沿って導かれた光と基準ブランチに沿って導かれた光とを結合する、特に、光ファイバカプラのような、ビームコンバイナを備える。
【００３２】
好適な実施形態では、光学部品は、測定ブランチの測定部分の始点及び終点を規定すると共に、光を測定システムから遠ざかるように空間領域へ向けて放出し、測定ブランチの残りの部分に沿って導かれるように、後方散乱された光を再び受光するようになっている放出・受光手段又は構成部を含む。放出・受光手段は、放出手段とは空間的に離隔された受信部を備えていても（即ち、バイスタティックシステムであっても）、ある位置においてレーザ光の放出と受光の両方を行うようになっている部品を備えていても（即ち、モノスタティックシステムであっても）良い。組み合わされた放出・受光手段は、特に、光サーキュレータ及び／又はレンズ系を構成していても良い。
【００３３】
好適な実施形態では、干渉計部は、バランス良く受光できるようにして配置された２つの光検出器を有するマッハ・ツェンダ干渉計の形で構成されている。この干渉計部において、検出器信号は２つの光検出器の出力信号の差である。このようにして、それ自体周知の方法で、検出器信号から干渉を取り除くことができる。
【００３４】
好適な実施形態では、ライダ測定システムは、測定ブランチに沿って導かれる連続波レーザ源の光と基準ブランチに沿って導かれる連続波レーザ源の光とを、いずれも、直交する２つの偏光方向の光に作動中に分離するようにして配置された偏光ビームスプリッタ部又は１つ以上の偏光スプリット素子を更に備える。
【００３５】
更に、本実施形態では、光検出器部は、測定ブランチ及び基準ブランチを通過した後、空間的にコヒーレントに重畳された光を、２つの偏光方向に対して別々に検出するようにして配置されている。そして、検出器信号は２つの副検出器信号を含む。各副検出器信号は、２つの偏光方向のうちの１つの偏光方向の光の特性である。光検出器部は、例えば、空間的に離隔された別々の２つの光検出器を備えていても良く、偏光ビームスプリッタ部は、２つの偏光方向の光がそれぞれ別々の光検出器に入射するようにして配置及び構成することができる。
【００３６】
上述の構成部を用いて、測定ブランチと基準ブランチとの干渉又は重畳信号は、偏光方向に応じて分離され、偏光方向と無関係に、上述の場合と全く同じように、判定される。しかし、２つの偏光方向を別々に考慮しているため、評価部は、散乱又は反射の際に偏光状態が維持されたか（通例、多くの場合、維持される）、又は、直交偏光状態へのシフトが影響を受けたか判定できる。もし、後者の場合、既知の方法で、散乱又は反射体の種類及び形状について報告を行うことができる。従って、評価部は、２つの副検出器信号に基づき、検出された粒子及び／又は物体による偏光状態の変化を判定し、適切な場合、検出された粒子及び／又は物体の種類及び／又は形状についての情報を提供するようになっている。
【００３７】
評価部が、検出器信号の関数と、所定の位相関数と、時間シフト値Δｔshiftとに基づき評価を行うようになっているライダ測定システムの好適な実施形態では、レーザ光発生コンポーネントは、２つの波長のレーザ光を同時に又は交互に放出するようになっている。光位相変調器が両方の波長に影響を与えるという事実のため、連続波レーザ源によって放出されたレーザ光は、２つの波長の周辺において２つの波長領域を有する。各波長領域において、光パワー密度スペクトルは、位相関数θ（ｔ）により決まるそれぞれの形状及び帯域を有する。
【００３８】
更に、本実施形態では、レーザ発生部により両方の波長の放出が同時に行われる場合、光検出器部は、測定ブランチ及び基準ブランチを通過した後、空間的にコヒーレントに重畳された光を、２つの波長領域に対して別々に検出するようにして配置されている。そして、検出器信号は２つの副検出器信号を含み、各副検出器信号は、２つの波長領域のうちの１つの波長領域の光の特性である。２つの波長の放出が時間的に別々に行われる場合、対応する各期間中に供給される検出器信号は、２つの副検出器信号に対応する。
【００３９】
上述の構成部を用いて、測定ブランチと基準ブランチとの干渉又は重畳信号は、２つの波長領域に応じて分離され、波長領域と無関係に、上述の場合と全く同じように、判定される。もし、散乱粒子及び／又は反射体と測定システムとの間に、当該散乱粒子及び／又は反射体に加え、ガスが存在し、このガスがある波長領域の光を吸収する一方で、別の波長領域の光を吸収しない又は遥かに少ない量でしか吸収しない場合、評価部は、２つの波長領域を別々に考慮しているため、吸収するガスの量を判定することができる。また、もし、ここで、遠隔空間領域のそれぞれ別の副部にそれぞれ対応する複数の異なる時間シフト値Δｔshiftに対して、説明された方法により評価が行われた場合、異なる副部におけるガスの濃度を空間分解的に判定できる。空間分解能を実現するための本発明に係る方法を例外として、この方法はそれ自体周知で、ＤＩＡＬ（差分吸収ライダ）法と呼ばれる。
【００４０】
従って、評価部は、２つの副検出器信号の関数と、所定の位相関数と、遠隔空間領域のそれぞれ別の副部にそれぞれ対応する複数の異なる時間シフト値Δｔshiftとに基づき評価を行い、２つの波長領域に対して異なる吸収係数を有する少なくとも１つのガスの濃度を、空間分解的に判定するようになっている。この測定は、レーザ光は、散乱体の熱運動による散乱の際に、スペクトル的に実質的に広がらないという事実に基づいているため、測定されるガスに加え、適切な粒子及び／又は物体が遠隔空間領域に存在することが不可欠である。
【００４１】
評価部が、検出器信号の関数と、所定の位相関数と、時間シフト値Δｔshiftとに基づき評価を行うようになっている上述のライダ測定システムは、有利には、光導波路、好ましくは、単一モード光ファイバ導波路を更に備えるライダ測定部の一部であっても良い。光導波路は、測定ブランチを通過する連続波レーザ源の光が、光導波路内の測定部分の少なくとも一部で導かれるように配置され、測定部分の少なくとも一部を規定する。つまり、空間領域の一部又は一部分、特に、測定部分の一部又は一部分が光導波路の内部によって構成されている。
【００４２】
また、測定部の光導波路は、光導波路に沿って互いに離隔されると共に、連続波レーザ源によって放出可能な光の波長の少なくとも１つをそれぞれ部分的に反射するようにして配置された複数の反射手段又は装置を備える。光導波路を通過して測定システムから遠ざかる光は、その反射光が光導波路を通過して測定システムに向かうようになっている。これらの反射手段又は装置は物体をそれぞれ表し、その存在及び／又は動きが説明された方法で測定システムにより判定できる。光導波路は、好ましくは、少なくとも１０個の反射手段又は装置を備える。
【００４３】
本実施形態では、評価部は、検出器信号の関数と、所定の位相関数と、異なる時点での時間シフト値Δｔshiftとに基づき行われると共に、複数の異なる時間シフト値Δｔshiftに対する上述の評価を行うようにしており、時間シフト値Δｔshiftのそれぞれは、遠隔空間領域のそれぞれ別の副部に対応し、対応する複数の異なる副部は、反射手段又は装置の異なるもの、及び／又は、反射手段又は装置の異なる組み合わせを含む。
【００４４】
また、本実施形態では、評価部は、これにより、異なる反射手段又は装置の反射率及び／又は偏光特性の変化、少なくとも一対の反射手段又は装置について、対応する２つの反射手段又は装置の間の光位相シフトの変化、少なくとも一対の反射手段又は装置について、対応する２つの反射手段又は装置の間の減衰、及び／又は、少なくとも一対の反射手段又は装置について、対応する２つの反射手段又は装置の間の偏光変化を判定するようになっている。
【００４５】
この構成により、ライダ測定部は光ファイバセンサを形成又は構成しており、その光ファイバセンサでは、光導波路に沿って配置された反射手段又は装置が個々のセンサ素子を構成し、その光ファイバセンサは、例えば、橋や航空機の翼のひずみ又は伸び測定のために利用可能であり、若しくは、その光ファイバセンサでは、隣接する反射手段又は装置の間の光導波路の各区間と当該隣接する２つの反射手段又は装置とが干渉計センサ素子を構成している。どのような場合においても、もし、異なる時間シフト値Δｔshiftに対応する遠隔空間領域のそれぞれの副部が、センサ素子のそれぞれ他の一つを完全に又は部分的に含むならば、時間シフト値Δｔshiftを適切に選択することによって、異なるセンサ素子を別々に対処し評価することができる。なお、これに関連して、干渉計センサ素子においては、利用されるレーザ光の帯域によっては、副部が、センサ素子の２つの反射手段又は装置間の距離よりも小さい寸法（高い空間分解能）又は大きい寸法（低い空間分解能）を有しても良いことに留意する必要がある。前者の場合においては、２つの反射手段又は装置の間に位置する光導波路の区間によって引き起こされる位相シフトに対し、２つの反射手段又は装置を別々に評価でき、及び／又は、測定されたパラメータの影響を受けた減衰を定量化できる。後者の場合では、これは不可能で、間に位置する光導波路の区間を有する上記２つの反射手段又は装置を一緒に評価することしかできない。そして、それらは一緒にセンサ素子を形成し、コヒーレント干渉計センサのように機能する。
【００４６】
反射手段又は装置は、好ましくは、その反射率又は偏光特性が、例えば、温度のような測定パラメータの影響によって変化するようになっている。或いは、干渉計センサ素子に関連付けられている光導波路の区間は、その光路が、例えば、ひずみ又は伸びなどの測定パラメータの影響によって変化するようになっていることが好ましい。いずれの場合においても、上述の評価を用いて、光導波路に沿って空間分解的に測定パラメータを判定することが可能になる。
【００４７】
ライダ測定部の好適な実施形態では、反射手段又は装置はそれぞれ、欠損部又は不連続部、レイリ（Rayleigh）後方散乱手段又は装置、及び又は、ファイバブラッグ格子を備える。欠損部又は不連続部は、例えば、ガラス空気界面によって構成することができる。
【００４８】
ライダ測定部の好適な実施形態では、光導波路の延長方向への反射手段又は装置の伸縮は、隣接する反射手段又は装置の間の最小距離よりも小さい。
【００４９】
上述の測定システム、又は、そのような測定システムを備える上述の測定部は、遠隔空間領域における粒子及び／又は物体の存在及び／又は動きを検出する方法を行うために、有利に利用できる。この目的のために、測定ブランチ、つまり、特に、測定部分は、遠隔空間領域が測定部分の一部を構成するように配置されるか、極端な場合には測定部分を形成するように配置される。レーザ光が、上述のように測定ブランチと基準ブランチとに沿って同時に導かれるよう、連続波レーザ源を作動させる。そして、評価部を用いて、遠隔空間領域における粒子及び／又は物体の存在及び／又は動きを、上で既に説明した方法で、判定する。
【００５０】
光位相変調器を含む連続波レーザ源を有するライダ測定システムを利用した方法の好適な実施形態では、制御装置において所定の位相関数θ（ｔ）を適切に調節又は設定することにより、連続波レーザ源によって放出されたレーザ光の光パワー密度スペクトルの形状及び／又は帯域を調節又は設定することができる。このようにして、空間分解能を各要件に選択的に適応させることができる。
【００５１】
光位相変調器を含む連続波レーザ源と、検出器信号の関数、所定の位相関数及び時間シフト値Δｔshiftに基づき評価を行うようになっている評価部とを備えたライダ測定システムを利用した方法の好適な実施形態では、空間領域の副部のライダ測定システムからの距離を変更するために、評価部で時間間隔値Δｔshiftを変更する。副部は粒子を含み、当該粒子の後方散乱光は、測定ブランチに沿って導かれた光と基準ブランチに沿って導かれた光とのコヒーレントな重畳における干渉に貢献する。
【００５２】
２つの異なる偏光方向の光を検出する上述のライダ測定システムのうちの１つを利用した方法の好適な実施形態では、２つの副検出器信号に基づき、検出された粒子及び／又は物体による偏光状態の変化を、評価部を用いて、判定し、そこから粒子及び／又は物体の種類及び／又は形状に関する情報を取得する。
【００５３】
２つの異なる波長領域の光を検出する上述のライダ測定システムのうちの１つを利用した方法の好適な実施形態では、２つの副検出器信号の関数と、所定の位相関数と、遠隔空間領域の別の副部にそれぞれ対応する複数の異なる時間シフト値Δｔshiftとに基づき、２つの波長領域に対して異なる吸収係数を有する少なくとも１つのガスの濃度を、評価部を用いて、空間分解的に判定する。
【００５４】
ライダ測定部を使用した方法の好適な実施形態では、反射手段又は装置が、それらに影響を与える測定パラメータに応じて当該反射手段又は装置の反射率及び／又は偏光特性が変化するようになっている、又は、２つの隣接する反射手段又は装置の間にそれぞれ位置する光導波路の区間が、それらに影響を与える測定パラメータに応じて当該区間の光路が変化するようになっている。いずれの場合においても、異なる反射手段又は装置において、若しくは、反射手段又は装置の間の異なる区間に対応する位置において、測定パラメータを、評価部を用いて、判定する。
【００５５】
ライダ測定部を使用した方法の好適な実施形態では、測定パラメータは、光導波路のひずみ又は伸び、光導波路の振動、及び／又は、温度である。
【００５６】
ライダ測定部を使用した方法の好適な実施形態では、反射手段又は装置は、欠損部又は不連続部、若しくは、レイリ後方散乱領域で構成され、光導波路は、評価部を用いて長さに対して分解されて特徴付けられている。この方法を用いて、隣接する測定位置に対する検出器信号の変化から局所的減衰を推測することで、ファイバ区間を分析できる。この方法は、時間ドメイン反射率計の使用と代替可能である。
【００５７】
以下に、例示的な実施形態を基に、添付の図面を参照しつつ、本発明を更に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】図１は、本発明の例示的な実施形態に係るライダ測定システムの概略図を示す。
【図２】図２は、本発明の例示的な実施形態に係る連続波レーザ光源の概略図を示す。
【図３】図３は、本発明の例示的な実施形態に係るライダ測定部の一部としてのライダ測定システムの概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５９】
図１に概略的に示すライダ測定システム１は、例えば、１ｍＷの出力と、例えば、１５３０ｎｍの波長を有する連続波レーザ源２を備え、連続波レーザ源２の光は、光ファイバカプラの形態をとるビームスプリッタ３により分割され、光ファイバにより部分的に規定された測定ブランチ４と光ファイバにより完全に規定された基準ブランチ５とに入力される。使用される光ファイバは、好ましくは、低い減衰率と、例えば、５μｍのフィールド径を有する単一モードファイバである。測定ブランチ４及び基準ブランチ５の終点には、測定ブランチ４の光と基準ブランチ５の光とを結合する別の光ファイバカプラ６が配置されている。そして、既知のマッハ・ツェンダ干渉計の配置と同様に、光はコヒーレントに重畳され、コヒーレントに重畳された光の相違する部分は、光検出器部７の２つの光検出器７ａ、７ｂ上へ導かれる。光検出器７ａ、７ｂは、例えば、ＩｎＧａＡｓ検出器であっても良い。光検出器７ａ、７ｂに入射する光の特性である光検出器７ａ、７ｂの検出器信号は、干渉を取り除くために減算素子８においてその差が求められる。差分信号は最終的に評価部９へ供給され、評価部９において、粒子及び／又は物体の存在及び／又は動きを検出するために差分信号が評価又は分析される。
【００６０】
基準ブランチ５は、可調光ファイバ偏光制御素子又は装置１０と、例えば、ファイバの巻部１８の形態をとる迂回区間とを備える。測定ブランチ４は、例えば、１Ｗの出力を有するエルビウム増幅器１１と、例えば、８０ＭＨｚの周波数を有する音響光学変調器１２と、光サーキュレータ１３とを連続的に備える。
【００６１】
光は、サーキュレータ１３を用いて、ファイバ区間１４を介し、例えば、２５０ｍｍの焦点距離を有する投光・受光レンズ１５へ導かれ、測定システム１を囲む領域にフォーカスされる。もし、この領域内で、光が再びレンズ１５に到達するように後方散乱粒子に当たると、再びファイバ区間１４に結合され、続いて、サーキュレータ１３を介して測定区間４の残りの部分と結合される。粒子での後方散乱により光が再びレンズ１５に到達することができる領域は、測定ブランチ４の測定部分１６を構成する。粒子及び／又は物体の存在及び／又は動きは、測定部分１６の全て又はその一部のみにおいて検出でき、それは、本出願において遠隔空間領域と呼ばれている。従って、遠隔空間領域は、特定の測定で注目される測定部分１６の一部である。
【００６２】
連続波レーザ源２は、レーザダイオード２０と、下流光位相変調器２１とを備える。下流光位相変調器２１の変調特性は、変調を決めると共に擬似ランダムノイズ信号を定義する位相関数θ（ｔ）を特定する制御装置２２により制御される。光位相変調器２１又は連続波レーザ源２によって放出されるレーザ光２３は、レーザダイオード２０の光と比べると、位相関数θ（ｔ）に応じた変調によって、光パワー密度スペクトルにおいて拡張及び変形される。
【００６３】
異なる時間シフト値Δｔshiftを考慮すると、上述のような評価部９による評価において、レンズ１５から異なる距離にある異なる副部１７に対して、空間分解的にそれぞれ別々に検出することを、純粋に計算によって、上記配置に変更を加えることなく行うことができる。
【００６４】
図３は、図１にも示すライダ測定システム１を備えたライダ測定部を示す。しかし、測定部分１６は、光ファイバ２４の形態をとる光導波路、つまり、ファイバ２４の内部の光ガイドによって規定されている。複数の反射手段又は装置２５が、ファイバ２４に沿って、ファイバ２４の延長方向に互い離隔されて設けられている。各反射手段又は装置２５は、連続波レーザ源２の光を部分的に反射する。この測定部において、反射手段又は装置２５は、粒子又は物体を表し、その存在及び／又は動きが測定され、及び／又は、そのための更なる特性、例えば、反射特性又は偏光特性などが測定される。
【図１】
0006598682.tif 000007
【図２】
0006598682.tif 000008
【図３】
0006598682.tif 000009