JP2008107099A - リモートセンシング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ノイズ成分を低減してリモートセンシングの性能を向上させ、長距離であっても信号解析が可能なリモートセンシング装置を提供する。
【解決手段】レーザ送信光を測定対象に向けて送出し、測定対象からのレーザ反射光を光受信器によって受信する光学系装置を有するリモートセンシング装置であって、光受信器は、レーザ反射光を集光するレンズ２０と、帯域の異なる複数のフィルタを有し、複数のフィルタのいずれか一つによりレンズ２０を通して集光されたレーザ反射光をフィルタリングするフィルタホルダ３０と、複数のフィルタのいずれか一つによりフィルタリングされたレーザ反射光を検知するとともに検知した光に応じて信号を出力する光検知器２４と、信号に基づきレーザ反射光のＳ／Ｎ比又は信号強度を測定するＳ／Ｎ比検出回路４０と、Ｓ／Ｎ比検出回路４０により測定された結果に基づきフィルタホルダ３０を制御してレーザ反射光のＳ／Ｎ比又は信号強度が最も大きくなる複数のフィルタのいずれか一つを選択する制御回路４２とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ送信光を測定対象に向けて送出し、そのレーザ反射光を光受信器によって受信する光学系装置を有するリモートセンシング装置に係り、特にＳ／Ｎ比を大きくして遠距離でも解析可能なリモートセンシング装置に関する。

従来のレーザ・レーダに代表されるリモートセンシング装置にあっては、測定対象に対してレーザ光を照射し、測定対象からのレーザ反射光を受信し、その反射光を分析することによって測定対象の特徴情報を抽出している。この測定対象が、回転中心から放射状に透過／ 不透過のパターンを形成した光学パターン板を有しており、その光学パターン板を所定の速度で回転させながら像を結像させている場合は、レーザ反射光の受信信号の周波数成分を分析することで、光学パターン板の回転周波数と光チョッピングによって生じるキャリア周波数を抽出することが可能である。（例えば、特許文献１参照）。

図７はこの種の従来のリモートセンシング装置の構成を示すブロック図である。光学パターン板１１は、測定対象において回転中心から放射状に透過／ 不透過のパターンを形成する。レーザ１２は、レーザ送信光を放射する。測定対象である光学パターン板１１は、レーザ送信光をチョッピングしつつ反射する。そのレーザ反射光は、パルス列となって光受信器１３により受信される。レーザ１２及び光受信器１３は、本発明の光学系装置に対応する。光受信器１３により得られた受信信号は、周波数変換器１４に入力される。周波数変換器１４は、所定の精度を有するＦＦＴによって時間領域の信号から周波数領域の信号に変換する。このようにして得られた周波数領域の信号は、周波数分析器１５により周波数分析が行われる。その分析結果は、表示装置１６に適宜表示される。

リモートセンシング装置において、対象物からの反射光シグナル（Ｓ）と対象物以外からのノイズ（Ｎ）の比（Ｓ／Ｎ比）を向上することは、リモートセンシングの反射光の解析に非常に有利である。従来は、対象物に対して照射するレーザ光の反射光シグナルを含むように反射光を受信する検知器にフィルタを設置していた。図８は、従来のリモートセンシング装置の光受信器１３の構成を示す図である。レンズ２０は、レーザ反射光を集光する。フィルタ２２は、レンズ２０により集光されたレーザ反射光をフィルタリングし、所定の帯域の波長を有するレーザ反射光のみを透過させる。光検知器２４は、フィルタリングされたレーザ反射光を検知するとともに検知した光に応じて信号を出力する。

図９は、フィルタ２２の波長に対する透過率を示す図である。フィルタ２２は、仮にレーザ反射光がＡμｍ帯、Ｂμｍ帯、ｃμｍ帯といった複数（ここでは３つ）の帯域を有していたとしても、いずれの帯域のレーザ反射光も透過させるような広い波長帯域ＢＷを有している。
特開２００５−３７２０６号公報

しかしながら、上述した従来のリモートセンシング装置のフィルタ２２は、照射するレーザ光の波長が２〜３種類となった場合に、それぞれの波長を含むような広帯域なフィルタとする必要があるため、図９に示すようにレーザ光の波長以外の帯域からノイズ成分を拾ってしまうという問題がある。その結果、対象物以外からのノイズ（Ｎ）が非常に大きくなり、Ｓ／Ｎ比が低下し、リモートセンシングの性能が低下していた。

さらに測定対象との距離が長距離である場合、ノイズ成分が大きくなって信号の解析が困難となるので、測定対象までの距離が短距離の場合にしかリモートセンシングを行うことができないという問題もある。

そこで、本発明は、ノイズ成分を低減してリモートセンシングの性能を向上させ、長距離であっても信号解析が可能なリモートセンシング装置を提供することを課題とする。

本発明に係るリモートセンシング装置は、上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、レーザ送信光を測定対象に向けて送出し、前記測定対象からのレーザ反射光を光受信器によって受信する光学系装置を有するリモートセンシング装置であって、前記光受信器は、前記レーザ反射光を集光するレンズと、帯域の異なる複数のフィルタを有し、前記複数のフィルタのいずれか一つにより前記レンズを通して集光された前記レーザ反射光をフィルタリングするフィルタホルダと、前記複数のフィルタのいずれか一つによりフィルタリングされた前記レーザ反射光を検知するとともに検知した光に応じて信号を出力する光検知手段と、前記信号に基づき前記レーザ反射光のＳ／Ｎ比又は信号強度を測定する信号測定手段と、前記信号測定手段により測定された結果に基づき前記フィルタホルダを制御して前記レーザ反射光のＳ／Ｎ比又は信号強度が最も大きくなる前記複数のフィルタのいずれか一つを選択する制御手段とを備えることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１において、前記フィルタホルダを回転させるモータを備え、前記フィルタホルダは、同一平面上に前記複数のフィルタを有し、前記制御手段は、前記モータを駆動することにより前記フィルタホルダを回転させて前記複数のフィルタのいずれか一つを選択することを特徴とする。

本発明の請求項１記載の発明によれば、光検知手段により検知されたレーザ反射光のＳ／Ｎ比又は信号強度を測定する信号測定手段と、信号測定手段により測定された結果に基づきフィルタホルダを制御してレーザ反射光のＳ／Ｎ比又は信号強度が最も大きくなる複数のフィルタのいずれか一つを選択する制御手段とを備えるので、従来よりもフィルタの帯域を狭くすることができ、ノイズ成分を低減できる。したがって、リモートセンシングの性能を向上させ、長距離であっても問題無く信号解析を行うことができる。

本発明の請求項２記載の発明によれば、フィルタホルダが同一平面上に複数のフィルタを有し、制御手段は、モータを駆動することによりフィルタホルダを回転させて複数のフィルタのいずれか一つを選択するので、簡易な構成で迅速に最適なフィルタを選択することができる。

以下、本発明のリモートセンシング装置の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明の実施例１に係るリモートセンシング装置の光受信器の構成を示すブロック図である。なお、図７及び図８における構成要素と同一ないし均等のものは、前記と同一符号を以て示し、重複した説明を省略する。

このリモートセンシング装置の光受信器は、レンズ２０、フィルタホルダ３０、光検知器２４、Ｓ／Ｎ比検出回路４０、制御回路４２、及びモータ４４から構成されている。

図７のリモートセンシング装置のように、レーザ送信光を測定対象に向けて送出し、測定対象からのレーザ反射光を光受信器によって受信する光学系装置を有する点は従来と同様である。レーザ１２及び光受信器１３は、本発明の光学系装置に対応する。

レンズ２０は、レーザ反射光を集光する。フィルタホルダ３０は、レンズ２０と光検知器２４との間に配置され、帯域の異なる複数のフィルタを有し、その複数のフィルタのいずれか一つによりレンズ２０を通して集光されたレーザ反射光をフィルタリングする。光検知器２４は、本発明の光検知手段に対応し、複数のフィルタのいずれか一つによりフィルタリングされたレーザ反射光を検知するとともに検知した光に応じて信号を出力する。Ｓ／Ｎ比検出回路４０は、本発明の信号測定手段に対応し、光検知器２４が出力した信号に基づきレーザ反射光のＳ／Ｎ比を測定する。この信号測定手段は、信号強度を測定するものであっても良い。

制御回路４２は、本発明の制御手段に対応し、Ｓ／Ｎ比検出回路４０により測定された結果に基づきフィルタホルダ３０を制御してレーザ反射光のＳ／Ｎ比が最も大きくなる複数のフィルタのいずれか一つを選択する。ここで信号測定手段が信号強度を測定するものである場合には、制御回路４２は、信号強度が最も大きくなる複数のフィルタのいずれか一つを選択する。

モータ４４は、フィルタホルダ３０を回転させる。さらにフィルタホルダ３０は、同一平面上に複数のフィルタを有し、制御回路４２は、モータ４４を用いてフィルタホルダ３０を回転させることにより複数のフィルタのいずれか一つを選択する。

図２は、本発明の実施例１に係るリモートセンシング装置のフィルタホルダ３０の構成を示す図である。本実施例において、フィルタホルダ３０は、平面円盤状の形状を有し、Ａμｍ帯透過フィルタ３２、Ｂμｍ帯透過フィルタ３４、ｃμｍ帯透過フィルタ３６、及び広帯域透過フィルタ３８の４種類のフィルタが同一平面上の円周方向に所定の間隔を空けて設けられている。モータ４４は、フィルタホルダ３０の中心軸を回転させるように設けられている。制御回路４２は、モータ４４を駆動することによりフィルタホルダ３０を回転させて、４種類のフィルタのいずれか一つを選択する。図１のように、フィルタホルダ３０の上部がレンズ２０と光検知器２４との間に固定された配置の場合、上部に固定されたフィルタが選択されたフィルタであることを意味する。したがって、図２のような位置にフィルタが固定されている場合には、Ａμｍ帯透過フィルタ３２が選択されている。選択されたフィルタにより、レーザ反射光はフィルタリングされる。

図３は、Ａμｍ帯透過フィルタ３２の波長に対する透過率を示す図である。図３に示すように、Ａμｍ帯透過フィルタ３２は、Ａμｍ帯のレーザ光を透過させる特性を有する狭帯域のフィルタである。したがって、Ａμｍ帯透過フィルタ３２は、それ以外の帯域のレーザ光（例えばＢμｍ帯やＣμｍ帯のレーザ光）を遮る。

図４は、Ｂμｍ帯透過フィルタ３４の波長に対する透過率を示す図である。図３と同様に、Ｂμｍ帯透過フィルタ３４は、Ｂμｍ帯のレーザ光を透過させる特性を有する狭帯域のフィルタであり、それ以外の帯域のレーザ光（例えばＡμｍ帯やＣμｍ帯のレーザ光）を遮る。

図５は、Ｃμｍ帯透過フィルタ３６の波長に対する透過率を示す図である。図３及び図４と同様に、Ｃμｍ帯透過フィルタ３６は、Ｃμｍ帯のレーザ光を透過させる特性を有する狭帯域のフィルタであり、それ以外の帯域のレーザ光（例えばＡμｍ帯やＢμｍ帯のレーザ光）を遮る。

広帯域透過フィルタ３８は、図９に示す従来のフィルタと同様、広い波長帯域を有するフィルタである。したがって、仮にレーザ反射光がＡμｍ帯、Ｂμｍ帯、ｃμｍ帯といった複数（ここでは３つ）の帯域を有していたとしても、いずれの帯域のレーザ反射光も透過させるような広い波長帯域を有している。

次に、本発明の実施例１に係るリモートセンシング装置の動作を説明する。図６は、本実施例の形態の動作を示すフローチャート図である。レーザ１２は、レーザ送信光を測定対象に向けて放射する（ステップＳ１）。

その後制御回路４２は、モータ４４によりフィルタホルダ３０を回転させる（ステップＳ２）。制御回路４２は、フィルタホルダ３０が有する複数のフィルタの各々の位置でモータ４４の回転を止める。光検知器２４は、それぞれのフィルタによってフィルタリングされた測定対象からのレーザ反射光を検知して、レーザ反射光の強さに応じた信号を出力する。Ｓ／Ｎ比検出回路４０は、光検出器２４からの信号に基づきレーザ反射光のＳ／Ｎ比又は信号強度を測定し、測定結果を制御回路４２に出力する。制御回路４２は、入力されたＳ／Ｎ比又は信号強度の測定結果に基づき、最も大きな値を示したフィルタを判定する（ステップＳ３）。本実施例において制御回路４２は、Ａμｍ帯透過フィルタ３２、Ｂμｍ帯透過フィルタ３４、ｃμｍ帯透過フィルタ３６、及び広帯域透過フィルタ３８の４種類のフィルタの中から最も大きなＳ／Ｎ比が測定されるフィルタを検索する。

次に、制御回路４２は、最も大きなＳ／Ｎ比を示したフィルタによりフィルタリングされたレーザ反射光の測定結果が所定の閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ４）。Ｓ／Ｎ比検出回路４０による測定結果が所定の閾値以上でない場合には、ステップＳ３に戻り、再び各フィルタによりフィルタリングされた反射光のＳ／Ｎ比の測定が行われる。測定結果が所定の閾値以上でない場合には、測定ミス等が考えられるからである。なお、単に最も大きなＳ／Ｎ比が測定されるフィルタを判定するのみでよい場合には、ステップＳ４は省略することも可能である。

Ｓ／Ｎ比検出回路４０による測定結果が所定の閾値以上である場合には、制御回路４２は、モータ４４を用いてフィルタホルダ３０を回転させ、最も大きなＳ／Ｎ比が測定されたときのフィルタに固定する（ステップＳ５）。

固定されたフィルタによりレーザ反射光はフィルタリングされる。光検出器２４は、フィルタリングされたレーザ反射光を検知して信号を出力する。出力された信号は、従来のリモートセンシング装置と同様に、周波数変換器１４及び周波数分析器１５により解析が行われる（ステップＳ６）。

ここで、１例を示す。例えば測定対象からのレーザ反射光がＢμｍ帯の帯域を有していた場合、このレーザ反射光を透過させるフィルタは、Ｂμｍ帯透過フィルタ３４又は広帯域透過フィルタ３８である。しかしながら、広帯域透過フィルタ３８は、Ｂμｍ帯のレーザ反射光のみならず他の帯域のノイズ成分をも拾ってしまうため、Ｓ／Ｎ比検出回路４０による測定結果は低い値となる。したがって、制御回路４２は、Ｂμｍ帯透過フィルタ３４を選択する。Ｂμｍ帯透過フィルタ３４によりフィルタリングされたレーザ反射光のＳ／Ｎ比が所定の閾値以上である場合、制御回路４２は、モータ４４を制御してＢμｍ帯透過フィルタ３４によりフィルタリングが行われるように固定する。

また、レーザ反射光が複数の帯域を有している場合には、広帯域透過フィルタ３８が選択されることもある。

上述のとおり、本発明の実施例１の形態に係るリモートセンシング装置によれば、光検知器２４により検知されたレーザ反射光のＳ／Ｎ比又は信号強度を測定するＳ／Ｎ比検出回路４０と、Ｓ／Ｎ比検出回路４０により測定された結果に基づきフィルタホルダ３０を制御してレーザ反射光のＳ／Ｎ比又は信号強度が最も大きくなる複数のフィルタのいずれか一つを選択する制御回路４２とを備えるので、従来よりもフィルタの帯域を狭くすることができ、ノイズ成分を低減できる。したがって、Ｓ／Ｎ比が大きくなりリモートセンシングの性能を向上させ、レーザ反射光の解析を効率よく行うことができる。また長距離であっても問題無く信号解析を行うことができる。

さらに、フィルタホルダ３０が同一平面上に複数のフィルタを有し、制御回路４２は、モータ４４を用いてフィルタホルダ３０を回転させることにより複数のフィルタのいずれか一つを選択するので、簡易な構成で迅速に最適なフィルタを選択することができる。

本発明は、レーザ送信光を測定対象に向けて送出し、測定対象からのレーザ反射光から測定対象のパターン板の回転周波数やパターン特性を分析するリモートセンシング装置に適用可能である。

本発明の実施例１に係るリモートセンシング装置の光受信器の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例１に係るリモートセンシング装置のフィルタホルダの構成を示す図である。 本発明の実施例１に係るリモートセンシング装置のＡμｍ帯透過フィルタ３２の波長に対する透過率を示す図である。 本発明の実施例１に係るリモートセンシング装置のＢμｍ帯透過フィルタ３４の波長に対する透過率を示す図である。 本発明の実施例１に係るリモートセンシング装置のＣμｍ帯透過フィルタ３６の波長に対する透過率を示す図である。 本発明の実施例１に係るリモートセンシング装置の動作を示すフローチャート図である。 従来のリモートセンシング装置の構成を示すブロック図である。 従来のリモートセンシング装置の光受信器の構成を示す図である。 従来のリモートセンシング装置のフィルタの波長に対する透過率を示す図である。

符号の説明

１１ 光学パターン板
１２ レーザ
１３ 光受信器
１４ 周波数変換器
１５ 周波数分析器
１６ 表示装置
２０ レンズ
２２ フィルタ
２４ 光検知器
３０ フィルタホルダ
３２ Ａμｍ帯透過フィルタ
３４ Ｂμｍ帯透過フィルタ
３６ Ｃμｍ帯透過フィルタ
３８ 広帯域透過フィルタ
４０ Ｓ／Ｎ比検出回路
４２ 制御回路
４４ モータ

Claims (2)

1. レーザ送信光を測定対象に向けて送出し、前記測定対象からのレーザ反射光を光受信器によって受信する光学系装置を有するリモートセンシング装置であって、
   前記光受信器は、
   前記レーザ反射光を集光するレンズと、
   帯域の異なる複数のフィルタを有し、前記複数のフィルタのいずれか一つにより前記レンズを通して集光された前記レーザ反射光をフィルタリングするフィルタホルダと、
   前記複数のフィルタのいずれか一つによりフィルタリングされた前記レーザ反射光を検知するとともに検知した光に応じて信号を出力する光検知手段と、
   前記信号に基づき前記レーザ反射光のＳ／Ｎ比又は信号強度を測定する信号測定手段と、
   前記信号測定手段により測定された結果に基づき前記フィルタホルダを制御して前記レーザ反射光のＳ／Ｎ比又は信号強度が最も大きくなる前記複数のフィルタのいずれか一つを選択する制御手段と、
   を備えることを特徴とするリモートセンシング装置。
2. 前記フィルタホルダを回転させるモータを備え、
   前記フィルタホルダは、同一平面上に前記複数のフィルタを有し、
   前記制御手段は、前記モータを駆動することにより前記フィルタホルダを回転させて前記複数のフィルタのいずれか一つを選択することを特徴とする請求項１記載のリモートセンシング装置。

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