JP2023062264A - 距離計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】計測可能な距離レンジを長くできる距離計測装置を提供すること。【解決手段】距離計測装置は、第１波長の第１パルス光を出力する第１レーザー光源と、第１波長とは異なる第２波長の第２パルス光を、第１パルス光がオフの期間に出力する第２レーザー光源と、第１パルス光と第２パルス光とを同じ光軸上に合波して測定対象に照射する光学系と、測定対象で反射し、第１パルス光と第２パルス光とが合波された第１反射光を受光し、光電変換する第１受光素子と、第１受光素子からの信号が入力され、第１反射光のエネルギーのローレベルとハイレベルとの差に応じた電気信号を生成する処理部と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、距離計測装置に関する。

パルス発光したレーザー光を走査し、測定対象からの反射光を受光素子で検出して、発光から検出までの時間と光速から距離を算出する距離計測装置の水中での利用が検討されている。

特開２０１１－０１３１３８号公報 特開２０１０－１６９４０５号公報 国際公開第２０１３／０８４６１６号

本開示は、計測可能な距離レンジを長くできる距離計測装置を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態に係る距離計測装置は、第１波長の第１パルス光を出力する第１レーザー光源と、前記第１波長とは異なる第２波長の第２パルス光を、前記第１パルス光がオフの期間に出力する第２レーザー光源と、前記第１パルス光と前記第２パルス光とを同じ光軸上に合波して測定対象に照射する光学系と、前記測定対象で反射し、前記第１パルス光と前記第２パルス光とが合波された第１反射光を受光し、光電変換する第１受光素子と、前記第１受光素子からの信号が入力され、前記第１反射光のエネルギーのローレベルとハイレベルとの差に応じた電気信号を生成する処理部と、を備える。

本開示によれば、計測可能な距離レンジを長くできる距離計測装置を提供することができる。

本発明の実施形態の距離計測装置の概略図である。 本発明の実施形態の距離計測装置の概略図である。 本発明の実施形態の距離計測装置の概略図である。 本発明の実施形態の処理部の概略図である。 本発明の実施形態の距離計測装置を用いた距離計測方法を示すフローチャートである。 本発明の実施形態における第１パルス光の出力波形図である。 本発明の実施形態における第２パルス光の出力波形図である。 図６Ａ及び図６Ｂで示すパルス光の合波光が、第１距離（近距離）に位置する測定対象で反射して、第１受光素子に入力する第１反射光のエネルギーの波形図である。 図７Ａに示す第１反射光を第１受光素子が検出するエネルギーの波形図である。 図７Ｂに示す検出エネルギーから取り出された交流電圧の波形図である。 本発明の実施形態において、第２距離（遠距離）に位置する測定対象で反射して、第１受光素子に入力する第１反射光のエネルギーの波形図である。 図８Ａに示す第１反射光を第１受光素子が検出するエネルギーの波形図である。 図８Ｂに示す検出エネルギーから取り出された交流電圧の波形図である。 本発明の実施形態における第１パルス光の出力波形図である。 本発明の実施形態における第２パルス光の出力波形図である。 本発明の実施形態における第３パルス光の出力波形図である。 図９Ａ～図９Ｃで示すパルス光の合波光が、第１距離（近距離）に位置する測定対象で反射して、第１受光素子に入力する第１反射光のエネルギーの波形図である。 図１０Ａに示す第１反射光を第１受光素子が検出するエネルギーの波形図である。 図１０Ｂに示す検出エネルギーから取り出された交流電圧の波形図である。 図９Ａ～図９Ｃで示すパルス光の合波光が、第２距離（中距離）に位置する測定対象で反射して、第１受光素子に入力する第１反射光のエネルギーの波形図である。 図１１Ａに示す第１反射光を第１受光素子が検出するエネルギーの波形図である。 図１１Ｂに示す検出エネルギーから取り出された交流電圧の波形図である。 図９Ａ～図９Ｃで示すパルス光の合波光が、第３距離（遠距離）に位置する測定対象で反射して、第１受光素子に入力する第１反射光のエネルギーの波形図である。 図１２Ａに示す第１反射光を第１受光素子が検出するエネルギーの波形図である。 図１２Ｂに示す検出エネルギーから取り出された交流電圧の波形図である。

以下、図面を参照し、実施形態について説明する。各図面中、同じ構成には同じ符号を付している。なお、各図面は、実施形態を模式的または概念的に示したものであるため、各部材のスケール、間隔若しくは位置関係などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。又、部材の一部の図示を省略する場合がある。

図１に示すように、実施形態の距離計測装置は、第１レーザー光源１１と、第２レーザー光源１２と、光学系３０と、第１受光素子２１と、第２受光素子２２とを有する。

第１レーザー光源１１及び第２レーザー光源１２は、例えば、誘導放出を起こす媒質に半導体を用いた半導体レーザー（またはレーザーダイオード）である。また、第１レーザー光源１１及び第２レーザー光源１２として、媒質に絶縁性固体材料を用いた固体レーザーを用いることもできる。

第１レーザー光源１１は、第１波長λ１の第１パルス光Ｐ１を出力する。第２レーザー光源１２は、第１波長λ１とは波長が異なる第２波長λ２の第２パルス光Ｐ２を出力する。例えば、第１波長λ１は３５０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲で設定でき、第２波長λ２は５００ｎｍ以上１６００ｎｍ以下の範囲で設定できる。

光学系３０は、後述するように、第１パルス光Ｐ１と第２パルス光Ｐ２とを同じ光軸上に合波して測定対象１００に照射する。光学系３０は、ダイクロイックミラー３１と、ビームスプリッタ３２と、透過反射部材３３と、集光レンズ３４とを有する。

第１レーザー光源１１、ダイクロイックミラー３１、ビームスプリッタ３２、及び透過反射部材３３は、同じ光軸上に配置されている。上記光軸上において、ダイクロイックミラー３１は第１レーザー光源１１とビームスプリッタ３２との間に配置され、ビームスプリッタ３２はダイクロイックミラー３１と透過反射部材３３との間に配置されている。

第１パルス光Ｐ１と第２パルス光Ｐ２は、ダイクロイックミラー３１により、同じ光軸上に合波させられる。第１パルス光Ｐ１は、ダイクロイックミラー３１を透過する。第２パルス光Ｐ２は、ダイクロイックミラー３１で反射して、ダイクロイックミラー３１を透過した第１パルス光Ｐ１と同じ光軸上で第１パルス光Ｐ１と合波される。

第１レーザー光源１１と第２レーザー光源１２は、図１に示す位置から互いを入れ替えた位置に配置することもできる。この場合、第２レーザー光源１２からの第２パルス光Ｐ２はダイクロイックミラー３１を透過し、第１レーザー光源１１からの第１パルス光Ｐ１はダイクロイックミラー３１で反射する。

ビームスプリッタ３２は、第１レーザー光源１１と透過反射部材３３との間、および第２レーザー光源１２と透過反射部材３３との間に配置されている。ビームスプリッタ３２は、第１パルス光Ｐ１と第２パルス光Ｐ２との合波光Ｐを、透過反射部材３３に向かう透過光と、第２受光素子２２に向かう第２反射光Ｒ２とに分割する。

透過反射部材３３は、ビームスプリッタ３２を透過した合波光Ｐを透過させる孔部３３ａを有する。また、透過反射部材３３は、測定対象１００で反射した第１反射光Ｒ１を第１受光素子２１に向けて反射させるミラー部３３ｂを有する。

第１受光素子２１は、測定対象１００で反射し、透過反射部材３３のミラー部３３ｂを経由した第１反射光Ｒ１を受光し、光電変換する。第１受光素子２１は、例えばフォトダイオードである。第１受光素子２１と透過反射部材３３との間に、集光レンズ３４が配置されている。

第２受光素子２２は、上記合波光Ｐのうちビームスプリッタ３２で反射して分割された第２反射光Ｒ２を受光し、光電変換する。第２受光素子２２は、例えばフォトダイオードである。

第１パルス光Ｐ１と第２パルス光Ｐ２を同じ光軸上に合波させる合波器としては、ダイクロイックミラー３１に限らず、図２に示す合波用ビームスプリッタ３５を用いることもできる。合波用ビームスプリッタ３５は、偏光ビームスプリッタであり、例えば、Ｐ偏光を透過させ、Ｓ偏光を反射させる。

通常、半導体レーザーが出力するレーザー光は直線偏光状態にあり、半導体レーザーを回転させることで偏光方向をコントロールすることができる。例えば、合波用ビームスプリッタ３５に対して、Ｐ偏光状態に制御した第１パルス光Ｐ１は合波用ビームスプリッタ３５を透過し、Ｓ偏光状態に制御した第２パルス光Ｐ２は合波用ビームスプリッタ３５で反射して、合波用ビームスプリッタ３５を透過した第１パルス光Ｐ１に対して同じ光軸上で合波される。

また、第１パルス光Ｐ１と第２パルス光Ｐ２を同じ光軸上に合波させる合波器としては、図３に示すファイバーカプラ３６を用いることもできる。

ファイバーカプラ３６において２本の光ファイバー３７ａ、３７ｂが結合している。第１レーザー光源１１からの第１パルス光Ｐ１は第１光ファイバー３７ａに入射し、第２レーザー光源１２からの第２パルス光Ｐ２は第２光ファイバー３７ｂに入射する。第１光ファイバー３７ａを伝搬した第１パルス光Ｐ１と、第２光ファイバー３７ｂを伝搬した第２パルス光Ｐ２とは、ファイバーカプラ３６において同じ光軸上に合波される。

実施形態の距離計測装置は、さらに、図４に示す処理部５０を有する。処理部５０は、第１受光素子２１と電気的に接続された第１アンプ５１と、第１アンプ５１と電気的に接続されたＡＣ結合コンデンサ５２と、ＡＣ結合コンデンサ５２と電気的に接続された第２アンプ５３と、第２アンプ５３と電気的に接続されたＡＤコンバーター５４とを有する。

次に、本発明の実施形態の距離計測装置を用いた測定対象１００までの距離の計測方法について、前述した図に加えて、図５に示すフローチャート及び図６Ａ～図８Ｃに示す波形図も参照して説明する。

本発明の実施形態の距離計測装置は、例えば、ケース内に収容された状態で、水中に設置、または水中を移動する装置に搭載され、ケースの外部に位置する測定対象１００までの距離を計測することができる。

＜ステップＳ１＞
第１レーザー光源１１から第１波長λ１の第１パルス光Ｐ１を出力し、第２レーザー光源１２から第２波長λ２の第２パルス光Ｐ２を出力する。第１パルス光Ｐ１及び第２パルス光Ｐ２は、単発パルスではなく、連続パルスである。

図６Ａは第１パルス光Ｐ１の出力波形図であり、図６Ｂは第２パルス光Ｐ２の出力波形図である。図６Ａ及び図６Ｂにおいて、横軸は時間［秒］を、縦軸は出力［Ｗ］を表す。

第２レーザー光源１２は、第２パルス光Ｐ２を、第１パルス光Ｐ１がオフの期間に出力する。すなわち、第１パルス光Ｐ１の位相と第２パルス光Ｐ２の位相とは、逆位相の関係にある。

実施形態の距離計測装置を水中に設置した際に、第２波長λ２の第２パルス光Ｐ２の水中での減衰率は、第１波長λ１の第１パルス光Ｐ１の水中での減衰率よりも大きい。第２レーザー光源１２は、第１パルス光Ｐ１のピーク出力よりも低いピーク出力の第２パルス光Ｐ２を出力する。

第１パルス光Ｐ１と第２パルス光Ｐ２は、図１に示すダイクロイックミラー３１、図２に示す合波用ビームスプリッタ３５、または図３に示すファイバーカプラ３６により、同じ光軸上に合波される。第１パルス光Ｐ１と第２パルス光Ｐ２との合波光Ｐは、逆位相の関係にある第１パルス光Ｐ１と第２パルス光Ｐ２とが重畳したパルス光である。

＜ステップＳ２＞
合波光Ｐは、ビームスプリッタ３２で透過反射部材３３に向かう透過光と、第２受光素子２２に向かう第２反射光Ｒ２とに分割される。

＜ステップＳ３＞
ビームスプリッタ３２を透過した合波光Ｐは、透過反射部材３３の孔部３３ａを透過し、さらにケース外に出射し、測定対象１００に照射される。測定対象１００に照射された合波光Ｐは、測定対象１００で拡散反射する。

測定対象１００で反射した第１反射光Ｒ１は、ケース内に戻り、透過反射部材３３のミラー部３３ｂに入射する。ミラー部３３ｂに入射した第１反射光Ｒ１は、ミラー部３３ｂで反射して、集光レンズ３４によって集光され、第１受光素子２１に入射する。第１反射光Ｒ１は、第１パルス光Ｐ１と第２パルス光Ｐ２との合波光Ｐが測定対象１００で反射した光であり、パルス光である。

＜ステップＳ４Ａ＞
第１受光素子２１は、第１反射光Ｒ１を受光し、第１反射光Ｒ１のエネルギーに応じた電流を、図４に示す処理部５０に出力する。第１受光素子２１から信号（電流信号）の入力を受けた処理部５０は、以下に示すステップＳ５Ａ～ステップＳ８Ａにより、パルス光である第１反射光Ｒ１のエネルギーのローレベルとハイレベルとの差に応じた電気信号を生成する。

＜ステップＳ５Ａ＞
図４において、各要素の入出力信号の波形図を吹き出しに示している。第１アンプ５１は、第１受光素子２１からの電流信号Ａ１を電圧信号Ｖ１に変換し、増幅する。

＜ステップＳ６Ａ＞
ＡＣ結合コンデンサ５２は、第１アンプ５１から出力された電圧信号Ｖ１から直流成分を減衰させて（または遮断して）交流成分を取り出し、交流電圧Ｖ２を生成する。図４には、例えば交流成分のみからなる交流電圧Ｖ２の波形を示す。

＜ステップＳ７Ａ＞
第２アンプ５３は、交流電圧Ｖ２における交流成分のローレベルを０Ｖに調整した電圧Ｖ３を生成する。ここまでの処理で扱われる信号はアナログ信号である。

＜ステップＳ８Ａ＞
ＡＤコンバーター５４は、電圧Ｖ３をデジタルデータに変換する。

上記ステップＳ２の後、ビームスプリッタ３２で分割された第２反射光Ｒ２に対しても、ステップＳ４Ｂ～ステップＳ８Ｂにおいて、ステップＳ４Ａ～ステップＳ８Ａと同じ信号処理が実行される。

＜ステップＳ４Ｂ＞
ステップＳ４Ｂにおいて、測定対象１００を経由しない第２反射光Ｒ２を受光した第２受光素子２２は、第２反射光Ｒ２のエネルギーに応じた電流を、処理部５０に出力する。第２反射光Ｒ２は、測定対象１００で反射した第１反射光Ｒ１を利用して測定対象１００までの距離を算出するための基準光（パルス光）となる。

＜ステップＳ５Ｂ～ステップＳ８Ｂ＞
以降、処理部５０において、ステップＳ５Ａ～ステップＳ８Ａと同じ処理が、ステップＳ５Ｂ～ステップＳ８Ｂとして実行される。この結果、ステップＳ８Ｂにおいて、第２受光素子２２が受光した基準光のエネルギーのローレベルとハイレベルとの差に応じた電気信号（デジタルデータ）が生成される。

＜ステップＳ９＞
第２受光素子２２が第２反射光Ｒ２（基準光）を受光した時刻（基準時刻）と、第１受光素子２１が第１反射光Ｒ１を受光した時刻との時間差から、測定対象１００までの距離が算出される。

レーザー光を利用して例えば水中で距離計測を行う場合、レーザー光の水中での減衰により、近距離計測時と遠距離計測時で測定対象からの反射光のエネルギーに大きな差が生じやすく、反射光の全てのエネルギー範囲に電気回路の入力レンジを対応させることが困難なことがある。一般的には、状況に応じて、レーザー光のエネルギーを可変、または受光素子のゲインを可変することで、電気回路に入力する信号エネルギーのレンジを電気回路の入力レンジに収めるようにできる。しかしながら、高精度の距離計測には微小時間の計測が必要となるため、レーザー光のエネルギーや受光素子のゲインの可変による信号波形の変形で計測誤差が大きくなりやすい問題がある。

本発明の実施形態によれば、処理部５０において、第１反射光Ｒ１の全体のエネルギーではなく、第１反射光Ｒ１のローレベルとハイレベルとの差を利用する。

図７Ａは、距離計測装置から第１距離に位置する測定対象で反射して、第１受光素子２１に入力する第１反射光Ｒ１の出力波形図である。図７Ａにおいて、横軸は時間［秒］を、縦軸は出力［Ｗ］を表す。第１反射光Ｒ１は、前述したように、図６Ａに示す第１パルス光（実線）と、図６Ｂに示す第２パルス光（破線）とが同じ光軸上で合波された合波光である。

第１受光素子２１においては、図７Ａに示す第１反射光Ｒ１を、第１パルス光と第２パルス光の区別なく、図７Ｂに示すエネルギーとして検出する。図７Ｂにおいて、横軸は時間［秒］を、縦軸はエネルギー［Ｗ］を表す。

第１パルス光と第２パルス光は逆位相の関係にある。第２パルス光のピーク出力は第１パルス光のピーク出力よりも低い。レーザー光の水中での減衰率は、レーザー光の波長に依存する。第１パルス光の波長と第２パルス光の波長は異なる。この波長の違いにより、本実施形態では、第２パルス光の水中での減衰率は第１パルス光の水中での減衰率よりも大きい。このような条件により、図７Ｂに示す第１受光素子２１の検出エネルギーにおけるハイレベルとローレベルの差が生じやすくなる。

図８Ａは、距離計測装置から、第１距離よりも長い第２距離に位置する測定対象で反射して、第１受光素子２１に入力する第１反射光Ｒ１のエネルギーの波形図である。図８Ａにおいて、横軸は時間［秒］を、縦軸はエネルギー［Ｗ］を表す。

第２距離は第１距離よりも長いため、第２距離に位置する測定対象で反射した第１反射光Ｒ１が第１受光素子２１で検出されるまでの時間は、第１距離に位置する測定対象で反射した第１反射光Ｒ１が第１受光素子２１で検出されるまでの時間よりも長くなる。

第２距離の計測においても、第１受光素子２１は、図８Ａに示す第１反射光Ｒ１を、第１パルス光と第２パルス光の区別なく、図８Ｂに示すエネルギーとして検出する。図８Ｂにおいて、横軸は時間［秒］を、縦軸はエネルギー［Ｗ］を表す。第２距離の計測においても、上記条件により、図８Ｂに示す第１受光素子２１の検出エネルギーにおけるハイレベルとローレベルの差が生じやすくなる。

ここで、第２距離は第１距離よりも長いため、図８Ａに示す第１反射光Ｒ１は、図７Ａに示す第１反射光Ｒ１よりも減衰して、第１受光素子２１に入力する。図８Ａには、第２パルス光が減衰して、第２パルス光のエネルギーレベルがほとんど０になった例を示す。

第１受光素子２１が検出したエネルギーからは、前述したように、処理部５０のＡＣ結合コンデンサ５２において交流成分が取り出される。図７Ｃは、図７Ｂに示す検出エネルギーから取り出された交流成分（交流電圧）の波形図であり、図８Ｃは、図８Ｂに示す検出エネルギーから取り出された交流成分（交流電圧）の波形図である。図７Ｃ及び図８Ｃにおいて、横軸は時間［秒］を、縦軸は電圧［Ｖ］を表す。

図７Ｂ及び図８Ｂに示すように、測定対象との距離が近距離（第１距離）か、遠距離（第２距離）かによって、第１受光素子２１の検出エネルギーに大きな差があったとしても、処理部５０における信号処理により、図７Ｃ及び図８Ｃに示すように、測定対象との距離が近距離（第１距離）でも遠距離（第２距離）でも交流成分のレベル（電圧レベル）は大きな差がなくなり、電気回路の入力レンジ内での信号処理が可能となる。これにより、本発明の実施形態によれば、高い精度で計測可能な距離レンジを長くすることができる。

図７Ｂ及び図８Ｂに示す第１受光素子２１の検出エネルギーにおけるハイレベルとローレベルの差が生じればよい。第２パルス光の水中での減衰率が第１パルス光の水中での減衰率よりも大きい場合に、第２パルス光のピーク出力を第１パルス光のピーク出力よりも高くすると、第２パルス光が減衰して、第２パルス光のハイレベルが第１パルス光のハイレベルと同一レベルになった状態で第１反射光Ｒ１が第１受光素子２１に入力する可能性がある。この場合、図７Ｂ及び図８Ｂに示す第１受光素子２１の検出エネルギーにおけるハイレベルとローレベルの差が生じない。

したがって、第２パルス光の水中での減衰率が第１パルス光の水中での減衰率よりも大きい場合には、第２パルス光のピーク出力を第１パルス光のピーク出力よりも低くすることが好ましい。逆に、第１パルス光の水中での減衰率が第２パルス光の水中での減衰率よりも大きい場合には、第１パルス光のピーク出力を第２パルス光のピーク出力よりも低くすることが好ましい。

第１パルス光のピーク出力と第２パルス光のピーク出力が同じ場合でも、第１パルス光の水中での減衰率と第２パルス光の水中での減衰率との関係によっては、図７Ｂ及び図８Ｂに示す第１受光素子２１の検出エネルギーにおけるハイレベルとローレベルの差が生じ得る。

ビームスプリッタ３２及び第２受光素子２２を配置せずに、第１レーザー光源１１及び第２レーザー光源１２からのパルス光の出射タイミング（出射時刻）と、第１受光素子２１が第１反射光Ｒ１を受光した時刻との時間差から、測定対象１００までの距離を算出することも可能である。

なお、基準時刻と、第１受光素子２１が第１反射光Ｒ１を受光する時刻との正確な時間差を得るには、基準時刻として、レーザー光源１１、１２自体の出射時刻を利用するよりも、上記実施形態のように第２受光素子２２で受光する時刻を用いた方が好ましい。

また、距離計測装置は、第３レーザー光源をさらに有することができる。第３レーザー光源は、第１パルス光の第１波長λ１及び第２パルス光の第２波長λ２とは波長が異なる第３波長λ３の第３パルス光を出力する。例えば、第２波長λ２は第１波長λ１よりも長く、第３波長λ３は第２波長λ２よりも長い。

図９Ａは第１パルス光の出力波形図であり、図９Ｂは第２パルス光の出力波形図であり、図９Ｃは第３パルス光の出力波形図である。図９Ａ～図９Ｃにおいて、横軸は時間［秒］を、縦軸は出力［Ｗ］を表す。

第２レーザー光源１２は、第２パルス光を、第１パルス光がオフの期間に出力し、第３レーザー光源も、第３パルス光を、第１パルス光がオフの期間に出力する。すなわち、第第２パルス光の位相と第３パルス光の位相は、第１パルス光の位相に対して逆位相である。

距離計測装置が水中に設置された際に、第３パルス光の水中での減衰率は、第１レーザー光源１１からの第１パルス光の水中での減衰率よりも大きく、かつ第２レーザー光源１２からの第２パルス光の水中での減衰率と異なる。例えば、第２パルス光の水中での減衰率は第１パルス光の水中での減衰率よりも大きく、第３パルス光の水中での減衰率は第２パルス光の水中での減衰率よりも大きい。第２パルス光のピーク出力は第１パルス光のピーク出力よりも低く、第３パルス光のピーク出力は第２パルス光のピーク出力よりも低い。

図１に示すダイクロイックミラー３１、図２に示す合波用ビームスプリッタ３５、または図３に示すファイバーカプラ３６は、第１パルス光と、少なくとも第２パルス光と第３パルス光のいずれかと、を同じ光軸上に合波させる。上記実施形態では、第１パルス光と第２パルス光とを合波した例を示したが、第１パルス光と第３パルス光とを合波することもできる。さらには、第１パルス光、第２パルス光、及び第３パルス光を合波することもできる。

第１パルス光、第２パルス光、及び第３パルス光の合波光は、上記実施形態と同様に、測定対象１００に照射され、測定対象１００で拡散反射する。この第１反射光Ｒ１は第１受光素子２１で光電変換され、光電変換された電気信号に対しては処理部５０において上記実施形態と同様の信号処理が実行される。

図１０Ａは、距離計測装置から第１距離（近距離）に位置する測定対象で反射して、第１受光素子２１に入力する第１反射光Ｒ１のエネルギーの波形図である。図１０Ａにおいて、横軸は時間［秒］を、縦軸はエネルギー［Ｗ］を表す。ここで、第１反射光Ｒ１は、図９Ａに示す第１パルス光（実線）と、図９Ｂに示す第２パルス光（破線）と、図９Ｃに示す第３パルス光（１点鎖線）とが同じ光軸上で合波された合波光である。

第１受光素子２１においては、図１０Ａに示す第１反射光Ｒ１を、第１パルス光と第２パルス光と第３パルス光との区別なく、図１０Ｂに示すエネルギーとして検出する。図１０Ｂにおいて、横軸は時間［秒］を、縦軸はエネルギー［Ｗ］を表す。

図１１Ａは、距離計測装置から、第１距離よりも長い第２距離（中距離）に位置する測定対象で反射して、第１受光素子２１に入力する第１反射光Ｒ１のエネルギーの波形図である。図１１Ａにおいて、横軸は時間［秒］を、縦軸はエネルギー［Ｗ］を表す。第２距離は第１距離よりも長いため、第２距離に位置する測定対象で反射した第１反射光Ｒ１が第１受光素子２１で検出されるまでの時間は、第１距離に位置する測定対象で反射した第１反射光Ｒ１が第１受光素子２１で検出されるまでの時間よりも長くなる。

第２距離の計測においても、第１受光素子２１は、図１１Ａに示す第１反射光Ｒ１を、第１パルス光と第２パルス光と第３パルス光との区別なく、図１１Ｂに示すエネルギーとして検出する。図１１Ｂにおいて、横軸は時間［秒］を、縦軸はエネルギー［Ｗ］を表す。第２距離は第１距離よりも長いため、図１１Ａに示す第１反射光Ｒ１は、図１０Ａに示す第１反射光Ｒ１よりも減衰して、第１受光素子２１に入力する。

図１２Ａは、距離計測装置から、第２距離よりも長い第３距離（遠距離）に位置する測定対象で反射して、第１受光素子２１に入力する第１反射光Ｒ１のエネルギーの波形図である。図１２Ａにおいて、横軸は時間［秒］を、縦軸はエネルギー［Ｗ］を表す。第３距離は第２距離よりも長いため、第３距離に位置する測定対象で反射した第１反射光Ｒ１が第１受光素子２１で検出されるまでの時間は、第２距離に位置する測定対象で反射した第１反射光Ｒ１が第１受光素子２１で検出されるまでの時間よりも長くなる。

第３距離の計測においても、第１受光素子２１は、図１２Ａに示す第１反射光Ｒ１を、第１パルス光と第２パルス光と第３パルス光との区別なく、図１２Ｂに示すエネルギーとして検出する。図１２Ｂにおいて、横軸は時間［秒］を、縦軸はエネルギー［Ｗ］を表す。第３距離は第２距離よりも長いため、図１２Ａに示す第１反射光Ｒ１は、図１１Ａに示す第１反射光Ｒ１よりも減衰して、第１受光素子２１に入力する。図１２Ａには、第２パルス光及び第３パルス光が減衰して、第２パルス光及び第３パルス光のエネルギーレベルがほとんど０になった例を示す。

第１受光素子２１が検出したエネルギーからは、前述したように、処理部５０のＡＣ結合コンデンサ５２において交流成分が取り出される。図１０Ｃは、図１０Ｂに示す検出エネルギーから取り出された交流成分（交流電圧）の波形図であり、図１１Ｃは、図１１Ｂに示す検出エネルギーから取り出された交流成分（交流電圧）の波形図であり、図１２Ｃは、図１２Ｂに示す検出エネルギーから取り出された交流成分（交流電圧）の波形図である。図１０Ｃ、図１１Ｃ、及び図１２Ｃにおいて、横軸は時間［秒］を、縦軸は電圧［Ｖ］を表す。

図１０Ｂ、図１１Ｂ、及び図１２Ｂに示すように、測定対象との距離が近距離（第１距離）か、中距離（第２距離）か、遠距離（第３距離）かによって、第１受光素子２１の検出エネルギーに大きな差があったとしても、処理部５０における信号処理により、図１０Ｃ、図１１Ｃ、及び図１２Ｃに示すように交流成分のレベル（電圧レベル）は大きな差がなくなり、電気回路の入力レンジ内での信号処理が可能となる。これにより、高い精度で計測可能な距離レンジを長くすることができる。

前述した距離計測において、第１パルス光、第２パルス光、及び第３パルス光の合波光を用いた場合には、第１パルス光及び第２パルス光の合波光を用いた場合に比べて、図１０Ｂ、図１１Ｂ、及び図１２Ｂに示す第１受光素子２１の検出エネルギーにおけるハイレベルとローレベルの差を生じさせやすくできる。

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。本発明の上述した実施形態を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての形態も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものである。

１１…第１レーザー光源、１２…第２レーザー光源、３０…光学系、２１…第１受光素子、２２…第２受光素子、３１…ダイクロイックミラー、３２…ビームスプリッタ、３３…透過反射部材、３５…合波用ビームスプリッタ、３６…ファイバーカプラ、５０…処理部、１００…測定対象、Ｐ１…第１パルス光、Ｐ２…第２パルス光、Ｐ…合波光、Ｒ１…第１反射光、Ｒ２…第２反射光

Claims (12)

1. 第１波長の第１パルス光を出力する第１レーザー光源と、
   前記第１波長とは異なる第２波長の第２パルス光を、前記第１パルス光がオフの期間に出力する第２レーザー光源と、
   前記第１パルス光と前記第２パルス光とを同じ光軸上に合波して測定対象に照射する光学系と、
   前記測定対象で反射し、前記第１パルス光と前記第２パルス光とが合波された第１反射光を受光し、光電変換する第１受光素子と、
   前記第１受光素子からの信号が入力され、前記第１反射光のエネルギーのローレベルとハイレベルとの差に応じた電気信号を生成する処理部と、
   を備える距離計測装置。
2. 前記電気信号は、交流電圧である請求項１に記載の距離計測装置。
3. 前記距離計測装置を水中に設置した際に、前記第２パルス光の前記水中での減衰率は、前記第１パルス光の前記水中での減衰率よりも大きい請求項１または２に記載の距離計測装置。
4. 前記第２レーザー光源のピーク出力は、前記第１レーザー光源のピーク出力よりも低いピーク出力の前記第２パルス光を出力する請求項１～３のいずれか１つに記載の距離計測装置。
5. 前記第１波長は、３５０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であり、
   前記第２波長は、５００ｎｍ以上１６００ｎｍ以下である請求項１～４のいずれか１つに記載の距離計測装置。
6. 前記第１反射光を前記第１受光素子に向けて反射させる透過反射部材をさらに有する請求項１～５のいずれか１つに記載の距離計測装置。
7. 第２受光素子と、
   前記第１レーザー光源と前記透過反射部材との間、および前記第２レーザー光源と前記透過反射部材との間に配置され、前記第１パルス光および前記第２パルス光を、前記透過反射部材に向かう透過光と、前記第２受光素子に向かう第２反射光とに分割するビームスプリッタと、
   をさらに有する請求項６に記載の距離計測装置。
8. 前記距離計測装置を水中に設置した際に、前記水中での減衰率が前記第１パルス光よりも大きく、かつ前記第２パルス光と異なる第３パルス光を出力する第３レーザー光源をさらに有する請求項１～７のいずれか１つに記載の距離計測装置。
9. 前記光学系は、前記第１パルス光と、少なくとも前記第２パルス光と前記第３パルス光のいずれかを合波させるダイクロイックミラーを有する請求項８に記載の距離計測装置。
10. 前記光学系は、前記第１パルス光と、少なくとも前記第２パルス光と前記第３パルス光のいずれかの光と、を合波させるファイバーカプラを有する請求項８に記載の距離計測装置。
11. 前記光学系は、前記第１パルス光と、少なくとも前記第２パルス光と前記第３パルス光のいずれかの光と、を合波させる合波用ビームスプリッタを有する請求項８に記載の距離計測装置。
12. 前記処理部は、
    前記第１受光素子からの電流信号を電圧信号に変換し、
    前記電圧信号から直流成分を減衰させ、交流成分を取り出し、
    前記交流成分のローレベルを０Ｖに調整した電圧を生成し、
    前記電圧をデジタルデータに変換する請求項１～１１のいずれか１つに記載の距離計測装置。

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