JP2010014598A - 距離測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測定対象物までの距離によらず、測定対象物までの距離を精度良く測定することができる、距離測定装置を提供する。
【解決手段】光源から一定間隔で光パルスＬＤｓを射出し、測定対象物までの距離に要する応答時間Ｔ後に反射光パルスＳｉｎを受光する。反射光パルスの強度Ｓｉｎは距離に応じた減衰をし、反ファイバ増幅器で増幅される。励起光源からのポンプ光ＬＤｐの光出力は、光パルスＬＤｓの立ち上がり時間をスタートとして、時間経過に従って直線的に増加し、受光期間経過直後にゼロとなり、休止時間Ｔｒの期間ゼロを維持する。この鋸歯状のポンプ光ＬＤｐで光ファイバ増幅器を励振することで、光パルスＬＤｓが射出されてからの時間経過に応じて光ファイバ増幅器の光増幅率Ｇａｉｎが増加する。これにより、増幅された反射光パルスの強度Ｓｏｕｔは測定対象物までの距離に依存しない一定値となり、距離をより高い精度で測定することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、距離測定装置に関する。

従来、測定対象物に対し光パルスを照射し、光パルスが射出されてから反射光パルスを受光するまでに要した応答時間を計測して、測定対象物までの距離を測定する距離測定装置が用いられている。距離測定装置は自動車にも搭載され、車両前方の障害物との距離を測定するのに使用されている。自動車用の距離測定装置には、約１００ｍ離れた位置に在る測定対象物までの距離を精度よく測定する性能が求められる。このような距離測定装置としては、レーザ光の直進性を利用して、広い範囲で測定対象物までの距離を測定できるレーザレーダ装置等が用いられている。

上記の距離測定装置では、測定対象物までの距離が長くなると、外乱等の要因により反射光パルスによる信号強度が小さくなり、測定精度が低下するという問題がある。特に、自動車用の距離測定装置、レーザレーダ装置など、広い範囲で測定対象物までの距離を測定する必要がある距離測定装置では、測定精度の低下は大きな問題となる。このため、受信信号を増幅する方法が種々検討されている。

例えば、受信信号増幅回路で受信信号を増幅すると共に、光パルスを受光する光電子増倍素子（アバランシェフォトダイオード：ＡＰＤ）における光電変換の増幅率を増加させて、測定精度を高めた距離測定装置が提案されている（特許文献１）。この装置では、光電子増倍素子に印加するバイアス電圧を時間的に変化させて、光電変換の増幅率を増加させ、遠距離での測定精度を高めている。

また、受光素子（ＡＰＤ）用の電源回路によって、受光素子で受光された反射光の受光量に応じて、受光素子に印加するバイアス電圧を制御し、光電変換の増幅率を動的に変化させる光波距離計が提案されている（特許文献２）。

しかしながら、特許文献１、２に記載されたＡＰＤ等の光電子増倍素子は、バイアス電圧に対して指数関数で増幅率が変化すること、環境温度により増幅率が変化すること等から、光電変換の増幅率の制御は非常に難しいという問題がある。また、特許文献２に記載された装置のように、反射光の受光量に応じて増幅率を動的に調整していたのでは、計測に要する時間が長くなるという欠点がある。

一方、光増幅器を用いることで、信号光を直接増幅することができる。例えば、高出力光源として光ファイバ増幅器を用いたレーザレーダ装置が提案されている（特許文献３）。しかしながら、光増幅器で増幅された高出力光により、他の光学部品が損傷するおそれがある。このため、反射光パルスの検出装置に、光増幅器を用いた例は少なかった。

特開平０７−１６７９５４号公報 特開２００６−３２９７９７号公報 特開２００３−３０７５６７号公報

本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであり、本発明の目的は、測定対象物までの距離によらず、測定対象物までの距離を精度良く測定することができる、距離測定装置を提供することにある。

上記目的を達成するために請求項１に記載の距離測定装置は、光パルスを射出する光源、前記光源を駆動する光源駆動部、及び測定対象物に対し光パルスを照射する照射光学系を備え、前記光源駆動部により前記光源を駆動して、測定対象物に対し光パルスを照射する光出力部と、測定対象物で反射された反射光パルスを受光する受光光学系と、対応する反射光パルスを受光する受光期間内は、光パルスが射出されてからの時間経過に応じて増加させた光増幅率で、前記受光光学系で受光された反射光パルスを増幅する光増幅器と、前記光増幅器で増幅された反射光パルスを電気信号に変換する光検出器と、前記光パルスが射出されたタイミング及び前記光パルスに対応する反射光パルスが受光されたタイミングを取得し、前記光パルスが射出されてから前記反射光パルスを受光するまでに要した応答時間を計算して、計算された応答時間に基づいて測定対象物までの距離を演算する演算手段と、を備えたことを特徴としている。

請求項２に記載の距離測定装置は、請求項１に記載の距離測定装置において、前記光増幅器は、対応する反射光パルスを受光する受光期間内は、光パルスが射出されてからの時間経過に応じて線形に増加させた光増幅率で、前記受光光学系で受光された反射光パルスを増幅することを特徴としている。

請求項３に記載の距離測定装置は、請求項１又は２に記載の距離測定装置において、前記光増幅器は、前記受光期間の経過後から次の光パルスが射出される前までの緩和期間内に、光増幅率をゼロにすることを特徴としている。

請求項４に記載の距離測定装置は、請求項１〜３の何れか１項に記載の距離測定装置において、前記光増幅器は、光増幅媒体として用いられる希土類が添加された光ファイバと、前記光ファイバに注入する励起光を発生させる励起光源と、前記励起光源を駆動する励起光源駆動部と、前記励起光源で発生させた励起光と前記光ファイバの一端から入射された反射光パルスとを合波する光合波器と、を備えた光ファイバ増幅器であり、前記励起光源駆動部によって前記励起光源を駆動して前記光ファイバに励起光を注入し、励起光の注入によって前記光ファイバに蓄積されたエネルギーに比例した光増幅率で、前記光ファイバの一端から入射された反射光パルスを増幅し、増幅された反射光パルスを前記光ファイバの他端から射出することを特徴としている。

請求項５に記載の距離測定装置は、請求項４に記載の距離測定装置において、前記受光期間の経過後から次の光パルスが射出される前までの緩和期間内に、前記光ファイバに蓄積されたエネルギーを放出して光増幅率をゼロにすることを特徴としている。

請求項６に記載の距離測定装置は、光パルスを射出する光源及び前記光源を駆動する光源駆動部を備え、前記光源駆動部により前記光源を駆動して光パルスを射出する光源ユニットと、測定対象物に対し光パルスを照射すると共に、測定対象物で反射された反射光パルスを受光する共通光学系と、光パルスの射出時には、前記光源ユニットから射出された光パルスを任意の光増幅率で増幅すると共に、光パルスの射出後から次の光パルスが射出されるまでの間は、光パルスが射出されてからの時間経過に応じて増加させた光増幅率で、前記共通光学系で受光された反射光パルスを増幅する光増幅器と、前記光増幅器で増幅された反射光パルスを電気信号に変換する光検出器と、前記光源ユニット、前記光増幅器、及び前記光検出器を光結合する結合点に設けられ、光パルスの射出時には、前記光源ユニットから射出された光パルスを前記光増幅器に入射させると共に、反射光パルスの受光時には、前記光増幅器で増幅された反射光パルスを前記光検出器に入射させるように、光路を変更する光路変更手段と、光パルスが射出されたタイミング及び該光パルスに対応する反射光パルスが受光されたタイミングを取得し、前記光パルスが射出されてから前記反射光パルスを受光するまでに要した応答時間を計算して、計算された応答時間に基づいて測定対象物までの距離を演算する演算手段と、を備えたことを特徴としている。

請求項７に記載の距離測定装置は、請求項６に記載の距離測定装置において、前記光増幅器は、対応する反射光パルスを受光するまでの受光期間内は、光パルスが射出されてからの時間経過に応じて増加させた光増幅率で、前記共通光学系で受光された反射光パルスを増幅することを特徴としている。

請求項８に記載の距離測定装置は、請求項６又は７に記載の距離測定装置において、前記光増幅器は、光増幅媒体として用いられる希土類が添加された光ファイバと、前記光ファイバに注入する励起光を発生させる励起光源と、前記励起光源を駆動する励起光源駆動部と、前記励起光源で発生させた励起光と前記光ファイバの一端から入射された光パルス又は反射光パルスとを合波する光合波器と、を備えた光ファイバ増幅器であり、前記励起光源駆動部によって前記励起光源を駆動して前記光ファイバに励起光を注入し、励起光の注入によって前記光ファイバに蓄積されたエネルギーに比例した光増幅率で、前記光ファイバの一端から入射された光パルス又は反射光パルスを増幅し、増幅された光パルス又は反射光パルスを前記光ファイバの他端から射出することを特徴としている。

各請求項に係る発明によれば、以下に記載した効果を奏する。

請求項１に係る発明によれば、測定対象物までの距離によらずに測定対象物までの距離を精度良く測定することができる、という効果がある。

請求項２に係る発明によれば、測定対象物までの距離によらずに反射光パルスについて一定の信号強度を得ることができ、測定対象物までの距離をより高い精度で測定することができる、という効果がある。

請求項３に係る発明によれば、更に、反射光パルスの信号強度を安定化することができる、という効果がある。

請求項４に係る発明によれば、光ファイバ増幅器で反射光パルスを効率よく増幅することで、測定対象物までの距離によらずに測定対象物までの距離を精度良く測定することができる、という効果がある。

請求項５に係る発明によれば、更に、光ファイバ増幅器における光サージの発生を防止することができる、という効果がある。

請求項６に係る発明によれば、光ファイバ増幅器で光パルス又は反射光パルスを増幅することで、測定対象物までの距離によらずに測定対象物までの距離を精度良く測定することができると共に、より遠くまでの距離を測定することができ、外乱の影響を受け難くなる、という効果がある。

請求項７に係る発明によれば、更に、反射光パルスの信号強度を安定化することができる、という効果がある。

請求項８に係る発明によれば、光ファイバ増幅器で光パルス又は反射光パルスを簡易な構成で効率よく増幅することができ、測定対象物までの距離によらずに測定対象物までの距離を精度良く測定することができると共に、より遠くまでの距離を測定することができ、外乱の影響を受け難くなる、という効果がある。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態に係る距離測定装置の概略構成図である。第１の実施の形態に係る距離測定装置は、レーザレーダ装置として構成されている。図１に示すように、レーザレーダ装置１０は、レーザ光パルスを出力する光出力部と、測定対象物で反射されたレーザ光パルスを検出する光検出部と、を備えている。また、レーザレーダ装置１０は、これら光出力部及び光検出部の外に、装置全体を制御し且つ距離の演算などの各種処理を実行する制御回路２４と、測定結果を表示するディスプレイ等の表示部２６と、を備えている。表示部２６は、制御回路２４に接続されている。

以下では、レーザ光パルスを単に「光パルス」と称し、測定対象物で反射されたレーザ光パルスを「反射光パルス」と称する。また、後述する「励起光」と区別する意味で、「反射光パルス」を「信号光」と称する場合がある。

＜光出力部＞
まず、レーザ光パルスを出力する光出力部について説明する。
光出力部は、光パルスを射出するレーザ光源（光源ＬＤ_ｓ）１２、光源ＬＤ_ｓ１２を駆動するＬＤ_ｓ駆動部１４、及び測定対象物（図示せず）に対して光パルスを照射する照射光学系としてのレンズ１６を備えている。ＬＤ_ｓ駆動部１４は、制御回路２４に接続されている。光源ＬＤ_ｓ１２としては、半導体レーザを用いることができる。例えば、発振波長１．５５μｍの半導体レーザがアイセーフの観点から好適である。本実施の形態では、光源ＬＤ_ｓ１２として、発振波長１．５５μｍの半導体レーザを使用する場合について説明する。なお、制御回路２４については後述する。

ここで光出力部の動作を簡単に説明する。上記の光出力部では、制御回路２４からＬＤ_ｓ駆動部１４に制御信号が入力される。ＬＤ_ｓ駆動部１４は、入力された制御信号に基づいて光源ＬＤ_ｓ１２を駆動する。光源ＬＤ_ｓ１２からは光パルスが射出される。射出された光パルスは、レンズ１６により測定対象物に照射される。光源ＬＤ_ｓ１２を構成する半導体レーザには、通常、出力モニタ用のフォトダイオードが内蔵されている。従って、光源ＬＤ_ｓ１２から出力された光パルスは、内蔵されたフォトダイオードで検出（光電変換）される。検出信号は、光パルスの出力信号として、制御回路２４に入力される。

＜光検出部＞
次に、測定対象物で反射された反射光パルスを検出する光検出部について説明する。
光検出部は、反射光パルスを受光する受光光学系としてのレンズ１８、レンズ１８で集光された反射光パルスを増幅する光ファイバ増幅器２０、及び光ファイバ増幅器２０で増幅された反射光パルスを検出（光電変換）する光検出器（フォトダイオード：ＰＤ）２２を備えている。ＰＤ２２は、制御回路２４に接続されている。本実施の形態では、光源ＬＤ_ｓ１２に発振波長１．５５μｍの半導体レーザを用いるため、ＰＤ２２としては、波長１．５５μｍを含む赤外線に感度を有するフォトダイオードが使用される。

光ファイバ増幅器２０は、入力された反射光パルス「Ｓ_ｉｎ」を増幅して、増幅された反射光パルス「Ｓ_ｏｕｔ」を出力する光増幅器である。光ファイバ増幅器２０は、増幅用光ファイバ３０、励起光を発生させる励起光源（励起光源ＬＤ_ｐ）３２、励起光源ＬＤ_ｐ３２を駆動するＬＤ_ｐ駆動部３４、励起光と反射光パルスとを合波する光合波器３６、反射光パルス「Ｓ_ｉｎ」を光合波器３６に入力する入力用光ファイバ２８Ａ、及び励起光を光合波器３６に入力する入力用光ファイバ２８Ｂを備えている。

増幅用光ファイバ３０は、エルビウム（Ｅｒ）やネオジウム（Ｎｄ）等の希土類元素がコアに添加された光ファイバであり、光増幅媒体として使用される。波長１．５５μｍのレーザ光を信号光とする場合には、増幅用光ファイバ３０としては、エルビウムが添加されたＥｒ添加光ファイバが好適である。増幅用光ファイバ３０の入射端は、光合波器３６に結合されている。増幅用光ファイバ３０の出射端は、増幅されて射出される反射光パルス「Ｓ_ｏｕｔ」がＰＤ２２で検出されるように、ＰＤ２２に近接させて配置されている。

入力用光ファイバ２８Ａの入射端は、レンズ１８で集光された反射光パルス「Ｓ_ｉｎ」が入射するように、レンズ１８の集光位置に配置されている。入力用光ファイバ２８Ａの出射端は、光合波器３６に結合されている。また、入力用光ファイバ２８Ｂの入射端は、励起光源ＬＤ_ｐ３２で生成された励起光を入射させるために、励起光源ＬＤ_ｐ３２に結合されている。入力用光ファイバ２８Ｂの出射端は、光合波器３６に結合されている。

励起光源ＬＤ_ｐ３２としては、連続発振するＣＷ型の半導体レーザを用いることができる。増幅用光ファイバ３０としてＥｒ添加光ファイバを用いる場合には、励起光源ＬＤ_ｐ３２としては、エルビウムイオン（Ｅｒ^＋３）のエネルギー準位に応じて、発振波長０．９８μｍ又は発振波長１．４８μｍの半導体レーザを用いることができる。本実施の形態では、励起光源ＬＤ_ｐ３２として、発振波長０．９８μｍの半導体レーザを用いる場合について説明する。励起光源ＬＤ_ｐ３２から出力されたレーザ光は、内蔵されたフォトダイオードで検出（光電変換）される。検出信号は、励起光の出力信号として、制御回路２４に入力される。

光合波器３６としては、例えば、波長１．５５μｍ（反射光パルス）、波長０．９８μｍ（励起光）というように、波長の異なる反射光パルスと励起光とを合波するために、波長多重化方式（ＷＤＭ：Wavelength Domain Multiplexing）において光合波回路として使用される、ＷＤＭカプラー等を用いることができる。

光ファイバ増幅器２０では、励起光源ＬＤ_ｐ３２で発生させた励起光が増幅用光ファイバ３０に注入されると、注入された励起光に応じて増幅用光ファイバ３０にエネルギーが蓄積される。入力用光ファイバ２８Ａに入射された反射光パルス「Ｓ_ｉｎ」は、光合波器３６を介して増幅用光ファイバ３０に入射する。入射された反射光パルスは、増幅用光ファイバ３０を伝搬する間に、増幅用光ファイバ３０に蓄積されたエネルギーに比例した光増幅率で増幅される。増幅された反射光パルス「Ｓ_ｏｕｔ」は、増幅用光ファイバ３０の出射端から射出される。

例えば、増幅用光ファイバ３０としてＥｒ添加光ファイバを用いる場合には、エルビウムイオンが、波長０．９８μｍの励起光により励起されて、Ｅｒ添加光ファイバ内に反転分布が形成される。この状態のＥｒ添加光ファイバに、波長１．５５μｍの反射光パルスが入射することで、誘導放出が起きて反射光パルスが増幅される。

ここで光検出部の動作を簡単に説明する。上記の光検出部では、測定対象物で反射された反射光パルスが、レンズ１８により集光される。集光された反射光パルス「Ｓ_ｉｎ」は、入力用光ファイバ２８Ａの入射端から光ファイバ増幅器２０に入射する。一方、制御回路２４からＬＤ_ｐ駆動部３４に制御信号が入力される。ＬＤ_ｐ駆動部３４は、入力された制御信号に基づいて励起光源ＬＤ_ｐ３２を駆動する。励起光源ＬＤ_ｐ３２からは励起光が射出される。励起光は、入力用光ファイバ２８Ｂを介して光合波器３６に入射する。

光合波器３６により、反射光パルス「Ｓ_ｉｎ」に対して励起光が合波される。上述した通り、増幅用光ファイバ３０に入射した反射光パルスは、蓄積されたエネルギーに比例した光増幅率で増幅され、増幅された反射光パルス「Ｓ_ｏｕｔ」が増幅用光ファイバ３０から射出される。射出された反射光パルス「Ｓ_ｏｕｔ」は、ＰＤ２２で検出（光電変換）される。検出信号は、反射光パルスの受光信号として、制御回路２４に入力される。

＜制御回路及び表示部＞
次に、制御回路及び表示部について説明する。
図示はしていないが、制御回路２４は、Ａ／Ｄ変換器、ＲＯＭ，ＲＡＭ等の記憶部、ＣＰＵ等の演算部を備えている。制御回路２４には、光源ＬＤ_ｓ１２に内蔵されたフォトダイオードの検出信号（光パルスの出力信号）、励起光源ＬＤ_ｐ３２に内蔵されたフォトダイオードの検出信号（励起光の出力信号）、及び光ファイバ増幅器２０で増幅された反射光パルスのＰＤ２２による検出信号（反射光パルスの受光信号）が入力される。制御回路２４に入力されたこれらのアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換器（図示せず）でデジタル信号に変換され、記憶部（図示せず）に保持される。

制御回路２４は、これらのデジタル信号に基づいて、光出力部から光パルスが出力されたタイミングと、光検出部で対応する反射光パルスが検出されたタイミングと、を取得する。光パルスの出力タイミングとは、光源ＬＤ_ｓ１２から光パルスが射出されたタイミングである。また、反射光パルスの検出タイミングとは、反射光パルスがレンズ１８で受光されたタイミングである。

実際には、反射光パルスは、レンズ１８で受光され、光ファイバ増幅器２０で増幅された後に、ＰＤ２２で検出される。反射光パルスは、入力用光ファイバ２８Ａ及び増幅用光ファイバ３０を伝搬するのに要する時間だけ遅延して、ＰＤ２２で検出される。従って、この遅延時間により計測誤差が発生しないように、ＰＤ２２での反射光パルスの検出タイミングから遅延時間だけ遡ったタイミングを、反射光パルスの検出タイミングとする。

制御回路２４は、取得された光パルスの出力タイミングと、取得された反射光パルスの検出タイミングとに基づいて、光パルスが射出されてから反射光パルスを受光するまでに要した応答時間を計算する。また、制御回路２４は、計算された応答時間に基づいて、測定対象物までの距離を演算する。そして、演算により得られた測定対象物までの距離を、測定結果として表示部２６に表示する。

＜光増幅器の増幅動作＞
次に、第１の実施の形態における光増幅器の増幅動作について説明する。
図２は第１の実施の形態で使用する光ファイバ増幅器の増幅動作を説明するためのタイミングチャートである。ここでは、「ＬＤ_ｓ」は光源ＬＤ_ｓ１２から射出される光パルスの光出力を表し、「ＬＤ_ｐ」は励起光源ＬＤ_ｐ３２から射出されるレーザ光の光出力を表す。また、「Ｓ_in」は光ファイバ増幅器２０で増幅される前の反射光パルスの光出力を表し、「Ｓ_out」は光ファイバ増幅器２０で増幅された反射光パルスの光出力を表す。「Ｇａｉｎ」は光ファイバ増幅器２０の光増幅率を表す。光増幅率は「利得」とも称され「Ｇ」と略称される。また、「光出力」とは「光出力強度」の意味でもある。

光源ＬＤ_ｓ１２からは、所定強度の光パルスＬＤ_ｓが一定の間隔で出力される。これに対して、励起光源ＬＤ_ｐ３２からは、鋸歯状の連続光（ポンプ光）ＬＤ_ｐが出力される。本実施の形態では、ポンプ光ＬＤ_ｐの光出力は、光パルスＬＤ_ｓのパルス立ち上がり時間をスタートとして、対応する反射光パルスを受光する受光期間内は、下記式（１）に示すように、スタートからの時間ｔ（秒）の経過に従って直線的に増加する。受光期間経過直後には、ポンプ光ＬＤ_ｐの光出力をゼロとして、光ファイバ増幅器における光サージの発生を防止する。

ＬＤ_ｐ＝Ａｔ 式（１） （ここで、Ａは定数である。）

なお、受光期間Δｔ（秒）は、レーザレーダ装置１０の測定範囲をＬ_ｍａｘ（ｍ）として、Δｔ＝２Ｌ_ｍａｘ／Ｃで表される期間である。また、受光期間Δｔは、光パルスＬＤ_ｓのパルス周期より短く設定されている。Ｃは光速度を表し、Ｃ＝３．０×１０^８ｍ／ｓである。

光ファイバ増幅器２０の増幅用光ファイバ３０には、ポンプ光ＬＤ_ｐの光出力に応じてエネルギーが蓄積される。光ファイバ増幅器２０の光増幅率Ｇは、増幅用光ファイバ３０に蓄積されたエネルギーに比例した値となる。鋸歯状のポンプ光ＬＤ_ｐで光ファイバ増幅器２０を励振すると、受光期間内の光増幅率Ｇは、下記式（２）に示すように、時間ｔ（秒）の二乗に比例した値となる。

Ｇ＝Ａｔ^２／２ 式（２）

一方、測定対象物までの距離を「Ｌ」とすると、レーザレーダ方程式により、増幅前の反射光パルスの強度「Ｓ_in」は、下記式（３）に示すように、距離Ｌ（ｍ）の二乗に反比例する。

Ｓ_in∝１／Ｌ^２ 式（３）

光パルスが射出されてから対応する反射光パルスを受光するまでに要する応答時間を「Ｔ」とすると、Ｔ＝２Ｌ／Ｃ（Ｃは光速度）の関係式が成立するため、時間Ｔ（秒）は距離Ｌ（ｍ）の二乗に比例し、下記式（４）が成り立つ。

Ｓ_in∝１／Ｌ^２＝（２／ＣＴ）^２∝１／Ｔ^２ 式（４）

反射光パルスの応答時における光増幅率ＧはＴ^２に比例し、反射光パルスの強度Ｓ_inはＴ^２に反比例する。従って、鋸歯状のポンプ光ＬＤ_ｐで光ファイバ増幅器２０を励振することで、時間Ｔの項が打ち消しあい、増幅された反射光パルスの強度Ｓ_outは、測定対象物までの距離Ｌ（ｍ）に依存しない一定値となる。これにより、ＰＤ２２では安定した強度の反射光パルスを検出することができる。

即ち、光ファイバ増幅器２０を用い上記の条件で光増幅することで、遠距離に在る測定対象物からの反射光パルスの増幅後の強度Ｓ_outが、近距離に在る測定対象物からの反射光パルスの増幅後の強度Ｓ_outと略等しくなり、測定対象物までの距離が近いか遠いかによらず、測定対象物までの距離Ｌをより高い精度で測定することができる。

なお、ポンプ光ＬＤ_ｐの光出力は、受光期間経過直後にゼロとなり、次の光パルスＬＤ_ｓのパルス立ち上がり時間までゼロのまま維持される。安定した強度の反射光パルスを検出するために、次の光パルスＬＤ_ｓの立ち上がり時間までに、光ファイバ増幅器２０の増幅用光ファイバ３０に蓄積されたエネルギーを全部放出する。従って、ポンプ光ＬＤ_ｐの光出力をゼロに維持する期間を休止時間「Ｔ_ｒ」とすると、蓄積されたエネルギーを全部放出するのに要する緩和時間は、休止時間Ｔ_ｒよりも短くする必要がある。

（第２の実施の形態）
図３は本発明の第２の実施の形態に係る距離測定装置の概略構成図である。第２の実施の形態に係る距離測定装置は、光パルスを増幅して出力するレーザレーダ装置として構成されている。図３に示すように、レーザレーダ装置５０は、光パルスを出力する光出力部と、測定対象物で反射された反射光パルスを検出する光検出部とが、「光出力検出部」として一体に構成されている。即ち、光出力部と光検出部とで、光学系及び光増幅器を共用するシンプルな構成とされている。また、レーザレーダ装置５０は、第１の実施の形態と同様に、制御回路６４と、制御回路６４に接続された表示部６６とを備えている。

＜光出力検出部＞
まず、光出力検出部について説明する。
光出力検出部は、光パルスを射出する光源ＬＤ_ｓ５２、光源ＬＤ_ｓ５２を駆動するＬＤ_ｓ駆動部５４、光パルス又は反射光パルスを増幅する光ファイバ増幅器５６、光ファイバ増幅器５６で増幅された反射光パルスを検出する光検出器（ＰＤ）５８、光源ＬＤ_ｓ５２及びＰＤ５８を光ファイバ増幅器５６に接続するサーキュレータ６０、及び共用光学系としてのレンズ６２を備えている。ＬＤ_ｓ駆動部５４及びＰＤ５８の各々は、制御回路６４に接続されている。

光源ＬＤ_ｓ５２としては、半導体レーザを用いることができる。例えば、発振波長１．５５μｍの半導体レーザがアイセーフの観点から好適である。本実施の形態では、第１の実施の形態と同様に、光源ＬＤ_ｓ５２として、発振波長１．５５μｍの半導体レーザを使用すると共に、ＰＤ５８として、波長１．５５μｍを含む赤外線に感度を有するフォトダイオードを使用する場合について説明する。

サーキュレータ６０は、所定方向の光は通すが逆方向の光は遮断する、非相反性を有する光回路素子である。本実施の形態では、Ａ〜Ｃの３端子を有するサーキュレータ６０が用いられる。サーキュレータ６０の端子Ａには、光源ＬＤ_ｓ５２から射出された光パルスを入力する入力用光ファイバ６８Ａが接続されている。サーキュレータ６０の端子Ｂには、光ファイバ増幅器５６が接続されている。サーキュレータ６０の端子Ｃには、ＰＤ５８に反射光パルスを射出する出力用光ファイバ６８Ｂが接続されている。

これらの端子Ａ〜Ｃ間では、Ａ→Ｂ、Ｂ→Ｃの方向の光は通し、Ｂ→Ａ、Ｃ→Ｂの方向の光は遮断する。即ち、光源ＬＤ_ｓ５２から射出された光パルスは、入力用光ファイバ６８Ａを伝搬して光ファイバ増幅器５６に入力される。一方、光ファイバ増幅器５６で増幅された反射光パルスは、出力用光ファイバ６８Ｂを伝搬してＰＤ５８側に射出される。

光ファイバ増幅器５６は、入力された光パルスを増幅してレンズ６２側に射出すると共に、入力された反射光パルス「Ｓ_ｉｎ」を増幅して、増幅された反射光パルス「Ｓ_ｏｕｔ」をＰＤ５８側に出力する光増幅器である。光ファイバ増幅器５６は、増幅用光ファイバ７０、励起光源ＬＤ_ｐ７２、励起光源ＬＤ_ｐ７２を駆動するＬＤ_ｐ駆動部７４、光パルス又は反射光パルスに対し励起光を合波する光合波器７６、反射光パルス「Ｓ_ｉｎ」を光合波器７６に入力する入力用光ファイバ７８Ａ、及び励起光を光合波器７６に入力する入力用光ファイバ７８Ｂを備えている。ＬＤ_ｐ駆動部７４は、制御回路６４に接続されている。

光ファイバ増幅器５６の各部は、第１の実施の形態と同様の構成を備えているため、各部の詳細な説明は省略する。また、本実施の形態でも、第１の実施の形態と同様に、増幅用光ファイバ７０としてＥｒ添加光ファイバを用い、励起光源ＬＤ_ｐ７２として、発振波長０．９８μｍの半導体レーザを用いる場合について説明する。

増幅用光ファイバ７０の入射端は、光合波器７６に結合されている。増幅用光ファイバ７０の出射端は、増幅された反射光パルス「Ｓ_ｏｕｔ」がＰＤ５８で検出されるように、サーキュレータ６０の端子Ｂに接続されている。入力用光ファイバ７８Ａの入射端は、レンズ６２で集光された反射光パルス「Ｓ_ｉｎ」が入射するように、レンズ６２の集光位置に配置されている。入力用光ファイバ７８Ａの出射端は、光合波器７６に結合されている。また、入力用光ファイバ７８Ｂの入射端は、励起光源ＬＤ_ｐ７２で生成された励起光を入射させるために、励起光源ＬＤ_ｐ７２に結合されている。入力用光ファイバ７８Ｂの出射端は、光合波器７６に結合されている。

レンズ６２は、測定対象物（図示せず）に対して光パルスを照射する照射光学系として機能すると共に、反射光パルスを受光する受光光学系として機能する、共用光学系として設けられている。このように投受光を同軸の構成で行うことにより、振動等の外乱が照射光学系（投光系）及び受光光学系（受光系）に対して同じように加わるため、外乱が相殺されてその影響が小さくなる。

ここで光出力検出部の動作を簡単に説明する。
光出力動作の場合には、制御回路６４からＬＤ_ｓ駆動部５４に制御信号が入力される。ＬＤ_ｓ駆動部５４は、入力された制御信号に基づいて光源ＬＤ_ｓ５２を駆動する。光源ＬＤ_ｓ５２からは光パルスが射出される。射出された光パルスは、サーキュレータ６０を通過して増幅用光ファイバ７０に入射する。光源ＬＤ_ｓ５２から射出された光パルスは、内蔵されたフォトダイオードで検出される。検出信号は、光パルスの出力信号として、制御回路６４に入力される。

一方、制御回路６４からＬＤ_ｐ駆動部７４に制御信号が入力される。ＬＤ_ｐ駆動部７４は、入力された制御信号に基づいて励起光源ＬＤ_ｐ７２を駆動する。励起光源ＬＤ_ｐ７２からは励起光が射出される。励起光源ＬＤ_ｐ７２から出力されたレーザ光は、内蔵されたフォトダイオードで検出される。検出信号は、励起光の出力信号として、制御回路６４に入力される。

励起光は、入力用光ファイバ７８Ｂを介して光合波器７６に入射する。光合波器７６により、光パルスに対して励起光が合波される。増幅用光ファイバ７０に入射した光パルスは、蓄積されたエネルギーに比例した光増幅率で増幅され、増幅された光パルスが増幅用光ファイバ７０から射出される。増幅された光パルスは、光合波器７６を通過し、入力用光ファイバ７８Ａを伝搬して、入力用光ファイバ７８Ａの出射端から射出される。射出された光パルスは、レンズ６２により測定対象物に照射される。

測定対象物に照射される光パルスの強度を大きくすると、光パルスの強度に比例して反射光パルスの強度も大きくなる。これにより、測定可能な距離が長くなり、測定範囲をより遠くまで拡げることができる。また、光パルスを射出する光源ＬＤ_ｓ５２として、高出力光源を用意する必要がなくなり、低出力光源を選択することも可能となる。一般に、レーザ光源は、高出力になるほど高価で制御が難しくなる。光源の選択肢が拡がることで、コストの低減を図ることが可能となり、装置設計の自由度が向上する。

一方、光検出動作の場合には、測定対象物で反射された反射光パルスが、レンズ６２により集光される。集光された反射光パルス「Ｓ_ｉｎ」は、入力用光ファイバ７８Ａの入射端から、光ファイバ増幅器５６の光合波器７６に入射する。一方、制御回路６４からＬＤ_ｐ駆動部７４に制御信号が入力される。ＬＤ_ｐ駆動部７４は、入力された制御信号に基づいて励起光源ＬＤ_ｐ７２を駆動する。励起光源ＬＤ_ｐ７２からは励起光が射出される。励起光源ＬＤ_ｐ７２から出力されたレーザ光は、内蔵されたフォトダイオードで検出される。検出信号は、励起光の出力信号として、制御回路６４に入力される。

励起光は、入力用光ファイバ７８Ｂを介して光合波器７６に入射する。光合波器７６により、反射光パルス「Ｓ_ｉｎ」に対して励起光が合波される。増幅用光ファイバ７０に入射した反射光パルス「Ｓ_ｉｎ」は、蓄積されたエネルギーに比例した光増幅率で増幅され、増幅された反射光パルス「Ｓ_ｏｕｔ」が増幅用光ファイバ７０から射出される。射出された反射光パルス「Ｓ_ｏｕｔ」は、サーキュレータ６０を通過してＰＤ５８で検出される。検出信号は、反射光パルスの受光信号として、制御回路６４に入力される。

＜制御回路及び表示部＞
次に、制御回路及び表示部について説明する。
第１の実施の形態と同様に、制御回路６４は、Ａ／Ｄ変換器、ＲＯＭ，ＲＡＭ等の記憶部、ＣＰＵ等の演算部を備えている。制御回路２４には、光源ＬＤ_ｓ５２から得られた「光パルスの出力信号」、励起光源ＬＤ_ｐ７２から得られた「励起光の出力信号」、及びＰＤ５８から得られた「反射光パルスの受光信号」が入力される。制御回路６４に入力されたこれらのアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換器（図示せず）でデジタル信号に変換され、記憶部（図示せず）に保持される。

制御回路６４は、これらのデジタル信号に基づいて、光パルスの出力タイミングと反射光パルスの検出タイミングとを取得し、取得された光パルスの出力タイミングと反射光パルスの検出タイミングとに基づいて、光パルスが射出されてから反射光パルスを受光するまでに要した応答時間を計算する。また、制御回路６４は、計算された応答時間に基づいて、測定対象物までの距離を演算して、演算により得られた測定対象物までの距離を、測定結果として表示部６６に表示する。

＜光増幅器の増幅動作＞
次に、第２の実施の形態における光増幅器の増幅動作について説明する。
図４は第２の実施の形態で使用する光ファイバ増幅器の増幅動作を説明するためのタイミングチャートである。ここでは、「ＬＤ_ｓ」は光源ＬＤ_ｓ５２から射出される光パルスの光出力を表し、「ＬＤ_ｐ」は励起光源ＬＤ_ｐ７２から射出されるレーザ光の光出力を表す。また、「Ｓ_in」は光ファイバ増幅器５６で増幅される前の反射光パルスの光出力を表し、「Ｓ_out」は光ファイバ増幅器５６で増幅された反射光パルスの光出力を表す。「Ｇａｉｎ」は光ファイバ増幅器５６の光増幅率を表す。

光源ＬＤ_ｓ５２からは、所定強度の光パルスＬＤ_ｓが一定の間隔で出力される。これに対して、励起光源ＬＤ_ｐ７２からは、鋸歯状の連続光（ポンプ光）ＬＤ_ｐが出力される。本実施の形態では、ポンプ光ＬＤ_ｐの光出力は、光パルスＬＤ_ｓのパルス立ち下り時間をスタートとして、次の光パルスＬＤ_ｓのパルス立ち下り時間まで、スタートからの時間ｔ（秒）の経過に従って直線的に増加し、一旦ゼロになる。

上述した通り、光ファイバ増幅器５６の増幅用光ファイバ７０には、ポンプ光ＬＤ_ｐの光出力に応じてエネルギーが蓄積される。光ファイバ増幅器５６の光増幅率Ｇは、増幅用光ファイバ７０に蓄積されたエネルギーに比例した値となる。反射光パルスの応答時における光増幅率ＧはＴ^２に比例し、反射光パルスの強度Ｓ_inはＴ^２に反比例する。従って、鋸歯状のポンプ光ＬＤ_ｐで光ファイバ増幅器５６を励振することで、時間Ｔの項が打ち消しあい、増幅された反射光パルスの強度Ｓ_outは、測定対象物までの距離Ｌ（ｍ）に依存しない一定値となる。これにより、ＰＤ５８では安定した強度の反射光パルスを検出することができる。

即ち、光ファイバ増幅器５６を用い上記の条件で光増幅することで、遠距離に在る測定対象物からの反射光パルスの増幅後の強度Ｓ_outが、近距離に在る測定対象物からの反射光パルスの増幅後の強度Ｓ_outと略等しくなり、測定対象物までの距離が近いか遠いかによらず、測定対象物までの距離Ｌをより高い精度で測定することができる。

なお、ポンプ光ＬＤ_ｐの光出力は、光パルスＬＤ_ｓのパルス立ち下り時間に一旦ゼロとする。安定した強度の反射光パルスを検出するために、次の光パルスＬＤ_ｓの立ち下り時間までに、光ファイバ増幅器５６の増幅用光ファイバ７０に蓄積されたエネルギーを全部放出して利得をゼロにするためである。これで光増幅率Ｇが一旦リセットされる。

しかしながら、本実施の形態では、光源ＬＤ_ｓ５２から射出される光パルスを、光ファイバ増幅器５６で増幅している。射出される光パルスの強度は、受光される反射光パルスとは異なり、桁違いの強度に増幅されても支障は無い。このため、光パルスの増幅は、増幅用光ファイバ７０に蓄積されたエネルギーを全部放出する作用も兼ねることができる。従って、光検出側にだけ光増幅器を設けた第１の実施の形態と比べると、ポンプ光ＬＤ_ｐの光出力をゼロに維持する休止時間「Ｔ_ｒ」を設ける必要が無くなる。これにより、光パルスＬＤ_ｓのパルス間隔、即ち、測定間隔を短縮することが可能となる。

（ポンプ光の光出力の変形例）
なお、上記の実施の形態では、ポンプ光ＬＤ_ｐの光出力が、時間経過に従って直線的に増加する場合（図２、図４参照）について説明したが、ポンプ光ＬＤ_ｐの光出力が直線的に増加する場合には限定されない。確かに、この場合には、増幅された反射光パルスの強度が、測定対象物までの距離Ｌに依存しない一定値となり、安定した強度の反射光パルスを検出することができる。

しかしながら、対応する反射光パルスを受光する受光期間内は、光パルスが射出されてからの時間経過に応じて増加させた光増幅率で反射光パルスを増幅するようにすれば、遠距離に在る測定対象物からの反射光パルスを精度良く検出することができる。例えば、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、ポンプ光ＬＤ_ｐの光出力を、時間経過に従って曲線状に増加させてもよい。図５（Ａ）は上に凸な曲線状に増加させた例であり、図５（Ｂ）は下に凸な曲線状に増加させた例である。

また、図５（Ｃ）に示すように、ポンプ光ＬＤ_ｐの光出力を、時間経過に従って直線状に増加させた後、所定期間だけ一定値としてもよい。また、図５（Ｄ）に示すように、ポンプ光ＬＤ_ｐの光出力を、時間経過に従って階段状に増加させることもできる。なお、図５（Ａ）〜（Ｄ）は、図２に示したポンプ光ＬＤ_ｐの光出力との比較で、ポンプ光ＬＤ_ｐの出力状態を図示したものである。

（光増幅器の変形例）
また、上記の実施の形態では、光増幅器として光ファイバ増幅器を用いる場合について説明したが、上述した通り、時間経過に応じて増加させた光増幅率で反射光パルスを増幅することができればよく、他の種類の光増幅器を用いることもできる。

図６は半導体光増幅器を用いた第１の変形例を示す概略構成図である。図６に示すように、第１の変形例に係るレーザレーダ装置１０Ａは、光ファイバ増幅器２０に代えて半導体光増幅器２０Ａを用いた以外は、図１に示す第１の実施の形態に係るレーザレーダ装置１０と同じ構成である。従って、第１の実施の形態と同じ構成部分には、同じ符号を付して説明を省略する。

半導体光増幅器２０Ａは、半導体光増幅素子８０、半導体光増幅素子８０を駆動するアンプ駆動部８２、入射した反射光パルス「Ｓ_ｉｎ」を平行光化するコリメートレンズ８４、及び増幅された反射光パルス「Ｓ_ｏｕｔ」を集光する集光レンズ８６を備えている。アンプ駆動部８２は、制御回路２４に接続されている。半導体光増幅素子８０は、半導体レーザの両端面にＡＲコート等の反射防止膜を設けて端面間での共振を抑制し、レーザ活性層の増幅作用を利用して伝搬する光を増幅する光増幅素子である。

測定対象物で反射された反射光パルスが、レンズ１８により集光される。集光された反射光パルス「Ｓ_ｉｎ」は、コリメートレンズ８４で平行光化されて、半導体光増幅素子８０の一方の端面から入射する。一方、制御回路２４からアンプ駆動部８２に制御信号が入力される。アンプ駆動部８２は、入力された制御信号に基づいて、半導体光増幅素子８０の電極間にレーザ駆動電流を印加する。

半導体光増幅素子８０に入射した反射光パルスは、印加されたレーザ駆動電流に応じた光増幅率で増幅され、増幅された反射光パルス「Ｓ_ｏｕｔ」が半導体光増幅素子８０の他方の端面から射出される。増幅された反射光パルス「Ｓ_ｏｕｔ」は、集光レンズ８６で集光されて、ＰＤ２２で検出される。検出信号は、反射光パルスの受光信号として、制御回路２４に入力される。

第１の変形例に係るレーザレーダ装置１０Ａにおいても、半導体光増幅器２０Ａで反射光パルスを増幅する場合に、対応する反射光パルスを受光する受光期間内は、光パルスが射出されてからの時間経過に応じて増加させた光増幅率で反射光パルスを増幅するようにすれば、遠距離に在る測定対象物からの反射光パルスを精度良く検出することができる。

図７は固体素子を利用した光増幅器を用いた第２の変形例を示す概略構成図である。図７に示すように、第２の変形例に係るレーザレーダ装置１０Ｂは、光ファイバ増幅器２０に代えて、固体素子を利用した光増幅器２０Ｂを用いた以外は、図１に示す第１の実施の形態に係るレーザレーダ装置１０と同じ構成である。従って、第１の実施の形態と同じ構成部分には、同じ符号を付して説明を省略する。

固体素子を利用した光増幅器２０Ｂは、光増幅媒体である固体素子９０、励起光源ＬＤ_ｐ９２、励起光源ＬＤ_ｐ９２を駆動するＬＤ_ｐ駆動部９４、励起光（光軸を点線で図示する）と反射光パルス（光軸を実線で図示する）とを合波する光合波器としてのダイクロイックミラー９６、合波光を固体素子９０に入射させるコリメートレンズ９８、固体素子９０を透過した合波光を再び固体素子９０側に反射するミラー１００、固体素子９０を透過した反射合波光を再び固体素子９０側に反射するミラー１０２、固体素子９０を透過した反射合波光を集光する集光レンズ１０４、及び励起光と反射光パルスとを分波する光分波器としてのダイクロイックミラー１０６を備えている。

第２の変形例では、光源ＬＤ_ｓ１２として、発振波長１．５５μｍの半導体レーザを使用すると共に、ＰＤ２２として、波長１．５５μｍを含む赤外線に感度を有するフォトダイオードを使用する場合について説明する。また、固体素子９０として、Ｅｒ添加光ファイバのコアと同様に、エルビウムが添加されたシリカ（酸化ケイ素）を用いると共に、励起光源ＬＤ_ｐ９２として、発振波長０．９８μｍの半導体レーザを用いる場合について説明する。また、ダイクロイックミラー９６及びダイクロイックミラー１０６は、波長０．９８μｍの励起光を反射し、波長１．５５μｍの反射光パルスを透過する干渉フィルタである。

測定対象物で反射された反射光パルスが、レンズ１８により集光される。集光された反射光パルス「Ｓ_ｉｎ」は、ダイクロイックミラー９６を透過して、光増幅器２０Ｂに入射する。一方、制御回路２４からＬＤ_ｐ駆動部９４に制御信号が入力される。ＬＤ_ｐ駆動部９４は、入力された制御信号に基づいて励起光源ＬＤ_ｐ９２を駆動する。励起光源ＬＤ_ｐ９２からは励起光が射出される。励起光は、ダイクロイックミラー９６で反射光パルスと同じ方向に反射され、反射光パルス「Ｓ_ｉｎ」に対して励起光が合波される。

合波光はコリメートレンズ９８で平行光化され、固体素子９０に入射される。固体素子９０を透過した合波光は、ミラー１００で反射され再び固体素子９０に入射する。再び固体素子９０を透過した反射合波光は、ミラー１０２で反射され再び固体素子９０に入射する。再び固体素子９０を透過した反射合波光は、集光レンズ１０４に入射して集光され、ダイクロイックミラー９６に照射される。

励起光と反射光パルスが合波された合波光が、固体素子９０を何度も通過することにより、増幅用光ファイバの場合と同様に、反射光パルスが増幅される。固体素子９０としてＥｒ添加シリカを用いる場合には、エルビウムイオンが、波長０．９８μｍの励起光により励起されて、Ｅｒ添加シリカ内に反転分布が形成される。この状態のＥｒ添加シリカに、波長１．５５μｍの反射光パルスが同時に入射することで、誘導放出が起きて反射光パルスが増幅される。

この場合は、励起光（ポンプ光ＬＤ_ｐ）の光出力に応じて固体素子９０にエネルギーが蓄積される。光増幅器２０Ｂの光増幅率Ｇは、固体素子９０に蓄積されたエネルギーに比例した値となる。光増幅器２０Ｂに入射した反射光パルス「Ｓ_ｉｎ」は、光増幅率Ｇに応じて増幅され、増幅された反射光パルス「Ｓ_ｏｕｔ」がダイクロイックミラー１０６を透過して、光増幅器２０Ｂから射出される。射出された反射光パルス「Ｓ_ｏｕｔ」は、ＰＤ２２で検出される。検出信号は、反射光パルスの受光信号として、制御回路２４に入力される。

第２の変形例に係るレーザレーダ装置１０Ｂにおいても、固体素子を利用した光増幅器２０Ｂで反射光パルスを増幅する場合に、対応する反射光パルスを受光する受光期間内は、光パルスが射出されてからの時間経過に応じて増加させた光増幅率で反射光パルスを増幅するようにすれば、遠距離に在る測定対象物からの反射光パルスを精度良く検出することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る距離測定装置の概略構成図である。 第１の実施の形態で使用する光ファイバ増幅器の増幅動作を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の第２の実施の形態に係る距離測定装置の概略構成図である。 第２の実施の形態で使用する光ファイバ増幅器の増幅動作を説明するためのタイミングチャートである。 （Ａ）〜（Ｄ）はポンプ光ＬＤ_ｐの光出力状態の変形例を表す図である。 レーザレーダ装置の第１の変形例を示す概略構成図である。 レーザレーダ装置の第２の変形例を示す概略構成図である。

符号の説明

１０ レーザレーダ装置
１０Ａ レーザレーダ装置
１０Ｂ レーザレーダ装置
１２ 光源ＬＤ_ｓ
１４ ＬＤ_ｓ駆動部
１６ レンズ
１８ レンズ
２０ 光ファイバ増幅器
２０Ａ 半導体光増幅器
２０Ｂ 光増幅器（固体素子を利用した光増幅器）
２２ 光検出器（フォトダイオード：ＰＤ）
２４ 制御回路
２６ 表示部
２８Ａ 入力用光ファイバ
２８Ｂ 入力用光ファイバ
３０ 増幅用光ファイバ
３２ 励起光源ＬＤ_ｐ
３４ ＬＤ_ｐ駆動部
３６ 光合波器
５０ レーザレーダ装置
５２ 光源ＬＤ_ｓ
５４ ＬＤ_ｓ駆動部
５６ 光ファイバ増幅器
５８ 光検出器（ＰＤ）
６０ サーキュレータ
６２ レンズ
６４ 制御回路
６６ 表示部
６８Ａ 入力用光ファイバ
６８Ｂ 出力用光ファイバ
７０ 増幅用光ファイバ
７２ 励起光源ＬＤ_ｐ
７４ ＬＤ_ｐ駆動部
７６ 光合波器
７８Ａ 入力用光ファイバ
７８Ｂ 入力用光ファイバ
８０ 半導体光増幅素子
８２ アンプ駆動部
８４ コリメートレンズ
８６ 集光レンズ
９０ 固体素子
９２ 励起光源ＬＤ_ｐ
９４ ＬＤ_ｐ駆動部
９６ ダイクロイックミラー
９８ コリメートレンズ
１００ ミラー
１０２ ミラー
１０４ 集光レンズ
１０６ ダイクロイックミラー

Claims (8)

1. 光パルスを射出する光源、前記光源を駆動する光源駆動部、及び測定対象物に対し光パルスを照射する照射光学系を備え、前記光源駆動部により前記光源を駆動して、測定対象物に対し光パルスを照射する光出力部と、
   測定対象物で反射された反射光パルスを受光する受光光学系と、
   対応する反射光パルスを受光する受光期間内は、光パルスが射出されてからの時間経過に応じて増加させた光増幅率で、前記受光光学系で受光された反射光パルスを増幅する光増幅器と、
   前記光増幅器で増幅された反射光パルスを電気信号に変換する光検出器と、
   前記光パルスが射出されたタイミング及び前記光パルスに対応する反射光パルスが受光されたタイミングを取得し、前記光パルスが射出されてから前記反射光パルスを受光するまでに要した応答時間を計算して、計算された応答時間に基づいて測定対象物までの距離を演算する演算手段と、
   を備えた距離測定装置。
2. 前記光増幅器は、対応する反射光パルスを受光する受光期間内は、光パルスが射出されてからの時間経過に応じて線形に増加させた光増幅率で、前記受光光学系で受光された反射光パルスを増幅する、請求項１に記載の距離測定装置。
3. 前記光増幅器は、前記受光期間の経過後から次の光パルスが射出される前までの緩和期間内に、光増幅率をゼロにする、請求項１又は２に記載の距離測定装置。
4. 前記光増幅器は、
   光増幅媒体として用いられる希土類が添加された光ファイバと、前記光ファイバに注入する励起光を発生させる励起光源と、前記励起光源を駆動する励起光源駆動部と、前記励起光源で発生させた励起光と前記光ファイバの一端から入射された反射光パルスとを合波する光合波器と、を備えた光ファイバ増幅器であり、
   前記励起光源駆動部によって前記励起光源を駆動して前記光ファイバに励起光を注入し、励起光の注入によって前記光ファイバに蓄積されたエネルギーに比例した光増幅率で、前記光ファイバの一端から入射された反射光パルスを増幅し、増幅された反射光パルスを前記光ファイバの他端から射出する、
   請求項１〜３の何れか１項に記載の距離測定装置。
5. 前記受光期間の経過後から次の光パルスが射出される前までの緩和期間内に、前記光ファイバに蓄積されたエネルギーを放出して光増幅率をゼロにする、請求項４に記載の距離測定装置。
6. 光パルスを射出する光源及び前記光源を駆動する光源駆動部を備え、前記光源駆動部により前記光源を駆動して光パルスを射出する光源ユニットと、
   測定対象物に対し光パルスを照射すると共に、測定対象物で反射された反射光パルスを受光する共通光学系と、
   光パルスの射出時には、前記光源ユニットから射出された光パルスを任意の光増幅率で増幅すると共に、光パルスの射出後から次の光パルスが射出されるまでの間は、光パルスが射出されてからの時間経過に応じて増加させた光増幅率で、前記共通光学系で受光された反射光パルスを増幅する光増幅器と、
   前記光増幅器で増幅された反射光パルスを電気信号に変換する光検出器と、
   前記光源ユニット、前記光増幅器、及び前記光検出器を光結合する結合点に設けられ、光パルスの射出時には、前記光源ユニットから射出された光パルスを前記光増幅器に入射させると共に、反射光パルスの受光時には、前記光増幅器で増幅された反射光パルスを前記光検出器に入射させるように、光路を変更する光路変更手段と、
   光パルスが射出されたタイミング及び該光パルスに対応する反射光パルスが受光されたタイミングを取得し、前記光パルスが射出されてから前記反射光パルスを受光するまでに要した応答時間を計算して、計算された応答時間に基づいて測定対象物までの距離を演算する演算手段と、
   を備えた距離測定装置。
7. 前記光増幅器は、対応する反射光パルスを受光するまでの受光期間内は、光パルスが射出されてからの時間経過に応じて増加させた光増幅率で、前記共通光学系で受光された反射光パルスを増幅する、請求項６に記載の距離測定装置。
8. 前記光増幅器は、
   光増幅媒体として用いられる希土類が添加された光ファイバと、前記光ファイバに注入する励起光を発生させる励起光源と、前記励起光源を駆動する励起光源駆動部と、前記励起光源で発生させた励起光と前記光ファイバの一端から入射された光パルス又は反射光パルスとを合波する光合波器と、を備えた光ファイバ増幅器であり、
   前記励起光源駆動部によって前記励起光源を駆動して前記光ファイバに励起光を注入し、励起光の注入によって前記光ファイバに蓄積されたエネルギーに比例した光増幅率で、前記光ファイバの一端から入射された光パルス又は反射光パルスを増幅し、増幅された光パルス又は反射光パルスを前記光ファイバの他端から射出する、
   請求項６又は７に記載の距離測定装置。

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