JP2820095B2 - レーザ計測装置 - Google Patents
レーザ計測装置Info
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- JP2820095B2 JP2820095B2 JP7342517A JP34251795A JP2820095B2 JP 2820095 B2 JP2820095 B2 JP 2820095B2 JP 7342517 A JP7342517 A JP 7342517A JP 34251795 A JP34251795 A JP 34251795A JP 2820095 B2 JP2820095 B2 JP 2820095B2
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- light
- photon
- analog measurement
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- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Electronic Switches (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザによる大気
の散乱計測装置に関し、特に人工衛星等に搭載する受信
入力レベルが大きく変化するレーザ計測装置に関する。
の散乱計測装置に関し、特に人工衛星等に搭載する受信
入力レベルが大きく変化するレーザ計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、レーザ光を用いて目標までの距離
を計測したり、大気やエアロゾルからの散乱光を受光し
て上空の環境等を計測する謂わゆるレーザレーダ（ライ
ダ）では受信光の強さに応じて、受信光レベルを直接計
測する「アナログ計測」（比較的受信光が強い場合）
と、受信した光子を１つづつ数える「フォトンカウン
ト」（受信光が極めて弱い場合）が用いられている。受
信光が強い場合は、アナログ計測を行って何ら問題は無
いが、弱くなるにつれて「信号に比べ検出器の雑音が大
きくなり」正確な測定が困難となる。そのため長時間計
測して、そのデータを積算することにより、信号対雑音
比（Ｓ／Ｎ比）が大きくなるようにしている。しかしな
がら、更に信号が弱くなると、アナログ計測では測定が
困難となる。
を計測したり、大気やエアロゾルからの散乱光を受光し
て上空の環境等を計測する謂わゆるレーザレーダ（ライ
ダ）では受信光の強さに応じて、受信光レベルを直接計
測する「アナログ計測」（比較的受信光が強い場合）
と、受信した光子を１つづつ数える「フォトンカウン
ト」（受信光が極めて弱い場合）が用いられている。受
信光が強い場合は、アナログ計測を行って何ら問題は無
いが、弱くなるにつれて「信号に比べ検出器の雑音が大
きくなり」正確な測定が困難となる。そのため長時間計
測して、そのデータを積算することにより、信号対雑音
比（Ｓ／Ｎ比）が大きくなるようにしている。しかしな
がら、更に信号が弱くなると、アナログ計測では測定が
困難となる。
【０００３】フォトンカウントは光の粒子１粒（エネル
ギは、波長により異なるが１０のマイナス１９乗ジュー
ルのオーダである）が入射したか否かを検出するもので
あり、微小な信号の検出に適しているが、光が強くなる
と極めて短い間隔で光の粒子が次々入射するので相互の
分別が出来なくなる（即ち飽和してしまう）と言う問題
点を有している。どの程度の距離に相当する時間の分解
能で計測するかにより異なるが、１０ｍ程度の距離分解
能を想定すると、アナログ計測可能な最低受信レベル
と、フォトンカウントでも飽和しない最大受信レベルと
の間に２桁程度の差異があり、アナログ計測を行うには
弱すぎるがフォトンカウントを行おうとすると飽和する
範囲が存在する。この範囲では当然のことながらアナロ
グ計測は行えないので、減光フィルタ等により受光レベ
ルを下げてフォトンカウントを行っている。
ギは、波長により異なるが１０のマイナス１９乗ジュー
ルのオーダである）が入射したか否かを検出するもので
あり、微小な信号の検出に適しているが、光が強くなる
と極めて短い間隔で光の粒子が次々入射するので相互の
分別が出来なくなる（即ち飽和してしまう）と言う問題
点を有している。どの程度の距離に相当する時間の分解
能で計測するかにより異なるが、１０ｍ程度の距離分解
能を想定すると、アナログ計測可能な最低受信レベル
と、フォトンカウントでも飽和しない最大受信レベルと
の間に２桁程度の差異があり、アナログ計測を行うには
弱すぎるがフォトンカウントを行おうとすると飽和する
範囲が存在する。この範囲では当然のことながらアナロ
グ計測は行えないので、減光フィルタ等により受光レベ
ルを下げてフォトンカウントを行っている。
【０００４】受信した光の強さが大きく違わなければ、
その強さに応じてアナログ計測かフォトンカウントかど
ちらか一方を事前に決定して、それに応じた光検出器及
び信号処理装置を用意すればよいが、人工衛星から地上
の大気の散乱等を計測する場合、空気の希薄な上空から
の散乱光の強さと地上付近の濃密な大気からの散乱光あ
るいは雲からの反射光の強さとでは数桁の差異があり、
前者はフォトンカウントでなければ検出出来ないほど弱
い反面、後者はアナログ計測が十分可能な（当然フォト
ンカウントでは飽和する）ほど強い入射光が入ってく
る。
その強さに応じてアナログ計測かフォトンカウントかど
ちらか一方を事前に決定して、それに応じた光検出器及
び信号処理装置を用意すればよいが、人工衛星から地上
の大気の散乱等を計測する場合、空気の希薄な上空から
の散乱光の強さと地上付近の濃密な大気からの散乱光あ
るいは雲からの反射光の強さとでは数桁の差異があり、
前者はフォトンカウントでなければ検出出来ないほど弱
い反面、後者はアナログ計測が十分可能な（当然フォト
ンカウントでは飽和する）ほど強い入射光が入ってく
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】この大きく変化する入
射光を同時に計測する方法として、ビーム分割器により
受光信号を百対１程度に分割して、大部分の光をアナロ
グ計測用光検出器に入れ、僅かな光をフォトンカウント
用光検出器に入れることが考えられる。信号が弱い間は
フォトンカウントを行い、これが飽和し始める頃にはア
ナログ計測が可能になるという利点を有するが、フォト
ンカウント用検出器に入射する信号は百分の１の光量と
なってしまうので、より上空からの極めて弱い信号はこ
の影響を受けて十分な信号対雑音比で検出することが困
難となる。弱い信号を検出する目的で分割比を変えた場
合、より弱い信号を検出することが可能となるが、その
状態ではフォトンカウントでは飽和してしまうが、アナ
ログ計測では受信困難な受信レベルの範囲が出来てしま
う。
射光を同時に計測する方法として、ビーム分割器により
受光信号を百対１程度に分割して、大部分の光をアナロ
グ計測用光検出器に入れ、僅かな光をフォトンカウント
用光検出器に入れることが考えられる。信号が弱い間は
フォトンカウントを行い、これが飽和し始める頃にはア
ナログ計測が可能になるという利点を有するが、フォト
ンカウント用検出器に入射する信号は百分の１の光量と
なってしまうので、より上空からの極めて弱い信号はこ
の影響を受けて十分な信号対雑音比で検出することが困
難となる。弱い信号を検出する目的で分割比を変えた場
合、より弱い信号を検出することが可能となるが、その
状態ではフォトンカウントでは飽和してしまうが、アナ
ログ計測では受信困難な受信レベルの範囲が出来てしま
う。
【０００６】この部分を非常に単純化して説明すると以
下のようになる。 強さ１〜１００はフォトンカウントで計測可能であ
るとする。 強さ約１００００以上ならアナログ計測が可能とす
る。 １００〜１００００の間はそのままでは計測出来な
いので、百分の１の減衰器（フィルタ等）を用いて、１
〜１００の強さにしてフォトンカウントを行う。（一般
に行われている方法） 広い範囲を同時に計測する場合は、入射光を約百対
１に分ける。（大部分はアナログ計測用に使用し、百分
の１をフォトンカウント用に使用する） 仮に１００〜１００００００の範囲の入射光が有る
場合、１００００〜１００００００は当然のことながら
アナログ計測が可能である。一方、１００〜１００００
の範囲の信号は百分の１にされることにより、１〜１０
０となりフォトンカウントにて計測することが出来る。 この方法で計測系を構成した場合、フォトンカウン
ト用光検出器に入る光は百分の１になっているので１〜
１００に相当する信号が有った場合０．０１〜１とな
り、検出できない。 入射光の分割比を１０対１とすると１０〜１０００
の信号は１〜１００となり、フォトンカウントで検出出
来るが、１０００〜１００００の範囲の信号は１００〜
１０００となり、フォトンカウントでもアナログ計測で
も測れないことになる。 これを避けるには、フォトンカウント用に分割した
信号を更に１０対１に分割して２台の光検出器（アナロ
グ計測用の光検出器と合わせると３台）とそれに対応し
た信号処理装置を用いることが考えられるが、機器構成
信号処理が複雑となる。 しかしの場合でも１〜１０は計測できない。１対
１に分割した後更に１０対１、また更に１０対１とすれ
ば、広い範囲をカバー出来る筈であるが、１００対１或
いは１０対１に分割するのであれば分割した光量は全体
から見れば無視してよいが、１対１に分割する場合は、
各々が元の強さの半分になるので、アナログ計測用の光
量も大きく低下することになる。
下のようになる。 強さ１〜１００はフォトンカウントで計測可能であ
るとする。 強さ約１００００以上ならアナログ計測が可能とす
る。 １００〜１００００の間はそのままでは計測出来な
いので、百分の１の減衰器（フィルタ等）を用いて、１
〜１００の強さにしてフォトンカウントを行う。（一般
に行われている方法） 広い範囲を同時に計測する場合は、入射光を約百対
１に分ける。（大部分はアナログ計測用に使用し、百分
の１をフォトンカウント用に使用する） 仮に１００〜１００００００の範囲の入射光が有る
場合、１００００〜１００００００は当然のことながら
アナログ計測が可能である。一方、１００〜１００００
の範囲の信号は百分の１にされることにより、１〜１０
０となりフォトンカウントにて計測することが出来る。 この方法で計測系を構成した場合、フォトンカウン
ト用光検出器に入る光は百分の１になっているので１〜
１００に相当する信号が有った場合０．０１〜１とな
り、検出できない。 入射光の分割比を１０対１とすると１０〜１０００
の信号は１〜１００となり、フォトンカウントで検出出
来るが、１０００〜１００００の範囲の信号は１００〜
１０００となり、フォトンカウントでもアナログ計測で
も測れないことになる。 これを避けるには、フォトンカウント用に分割した
信号を更に１０対１に分割して２台の光検出器（アナロ
グ計測用の光検出器と合わせると３台）とそれに対応し
た信号処理装置を用いることが考えられるが、機器構成
信号処理が複雑となる。 しかしの場合でも１〜１０は計測できない。１対
１に分割した後更に１０対１、また更に１０対１とすれ
ば、広い範囲をカバー出来る筈であるが、１００対１或
いは１０対１に分割するのであれば分割した光量は全体
から見れば無視してよいが、１対１に分割する場合は、
各々が元の強さの半分になるので、アナログ計測用の光
量も大きく低下することになる。
【０００７】従って分割比を微妙に調整して、検出でき
ない範囲を無くす必要がある。そうすると項以上に検
出器と信号処理装置が複雑となってしまう。
ない範囲を無くす必要がある。そうすると項以上に検
出器と信号処理装置が複雑となってしまう。
【０００８】以上のようにアナログ計測とフォトンカウ
ントを巧く組み合わせた構成としても、広い範囲の入射
光を同時に計測するのに難があり、限られた重量、スペ
ースの衛星搭載用には適当とは言えない。
ントを巧く組み合わせた構成としても、広い範囲の入射
光を同時に計測するのに難があり、限られた重量、スペ
ースの衛星搭載用には適当とは言えない。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明のレーザ計測装置
は、上記課題を解決するため、反射率と透過率が大きく
かけ離れた（大部分を透過させるか反射させる）分割鏡
と、フォトンカウント用検出器と、アナログ計測フォト
ンカウント兼用検出器と、兼用検出器への印加電圧切り
替え用回路とを有している。
は、上記課題を解決するため、反射率と透過率が大きく
かけ離れた（大部分を透過させるか反射させる）分割鏡
と、フォトンカウント用検出器と、アナログ計測フォト
ンカウント兼用検出器と、兼用検出器への印加電圧切り
替え用回路とを有している。
【００１０】
【発明の実施の形態】次に、本発明について図面を参照
して説明する。図１は、本発明の実施の形態の機器構成
を示す。
して説明する。図１は、本発明の実施の形態の機器構成
を示す。
【００１１】図で、レーザ発振器１から出たレーザ光は
送受信光学系２を経由して外部に放射される。外部に放
射されたレーザ光は、大気やエアロゾルにより散乱され
る。散乱された光のうち一部は装置の方向に戻るがこれ
を送受信光学系２により受信集光した後細い平行光とす
る。この光を分割鏡３により極めてアンバランスになる
ように分割する。本実施の形態では９９％を反射し、１
％を透過するものを用いているが、この分割比に拘るも
のではない。
送受信光学系２を経由して外部に放射される。外部に放
射されたレーザ光は、大気やエアロゾルにより散乱され
る。散乱された光のうち一部は装置の方向に戻るがこれ
を送受信光学系２により受信集光した後細い平行光とす
る。この光を分割鏡３により極めてアンバランスになる
ように分割する。本実施の形態では９９％を反射し、１
％を透過するものを用いているが、この分割比に拘るも
のではない。
【００１２】１％透過した光はフォトンカウント用光検
出器４に入射する。この際、必要に応じて外乱光をカッ
トする干渉フィルタ８や小さな受光面に集光するための
集光レンズ９を使用する。他方、９９％反射した光はア
ナログ計測フォトンカウント兼用光検出器５に入射す
る。同様に干渉フィルタ等を用いることもある。兼用光
検出器５としてはアバランシェフォトダイオード（ＡＰ
Ｄ）や光電子増倍管を用いることができる。ＡＰＤで
は、アナログ計測とフォトンカウントとは印加するバイ
アス電圧を切替えることで行う。光電子増倍管は多少の
機器雑音による誤カウントを許容するならば、同一の機
器、同一の印加電圧でアナログ計測とフォトンカウント
を兼用させることが可能となるが、長波長の光の計測に
は使用出来ない（厳密には量子効率が極端に低くなり、
計測用として実用的では無くなる）長波長に高い量子効
率を有するＡＰＤ等の固体光検出器では、入射光の強さ
に比例した信号を必要とするアナログ計測を行う場合と
１光子の入射の有無を検出するフォトンカウントの場合
とでは、検出素子に印加する電圧が大きく異なるので、
今までは急激に強度が変化する場合に兼用は困難とされ
ていたが、高速で印加電圧を変化させる回路を実現した
ことにより、兼用が可能となったものである。
出器４に入射する。この際、必要に応じて外乱光をカッ
トする干渉フィルタ８や小さな受光面に集光するための
集光レンズ９を使用する。他方、９９％反射した光はア
ナログ計測フォトンカウント兼用光検出器５に入射す
る。同様に干渉フィルタ等を用いることもある。兼用光
検出器５としてはアバランシェフォトダイオード（ＡＰ
Ｄ）や光電子増倍管を用いることができる。ＡＰＤで
は、アナログ計測とフォトンカウントとは印加するバイ
アス電圧を切替えることで行う。光電子増倍管は多少の
機器雑音による誤カウントを許容するならば、同一の機
器、同一の印加電圧でアナログ計測とフォトンカウント
を兼用させることが可能となるが、長波長の光の計測に
は使用出来ない（厳密には量子効率が極端に低くなり、
計測用として実用的では無くなる）長波長に高い量子効
率を有するＡＰＤ等の固体光検出器では、入射光の強さ
に比例した信号を必要とするアナログ計測を行う場合と
１光子の入射の有無を検出するフォトンカウントの場合
とでは、検出素子に印加する電圧が大きく異なるので、
今までは急激に強度が変化する場合に兼用は困難とされ
ていたが、高速で印加電圧を変化させる回路を実現した
ことにより、兼用が可能となったものである。
【００１３】次に、本発明の実施の形態例の動作を以下
順を追って説明する。今、図２のような強さの受信信号
が得られるものと仮定する。これは衛星搭載用として検
討中のモデルの一例であり、距離分解能１０ｍ（時間に
して約６７ｎｓ）の間に入射する光子の数で示してい
る。実際の光子は１以下のものはあり得ないが、受信さ
れる光子は統計的であるので、０．１というのは１０回
の計測で、１回受信出来るということを示しており、同
様に０．０１は１００回に１回受信出来る程に弱いレベ
ルであることを示している。 衛星に搭載された装置から発射されたレーザ光は、
初め３０ｋｍ程度上空の薄い大気からの弱い散乱光とし
て受信される。図２に示すように受信レベルは１００分
の１光子のオーダであり、距離分解能１０ｍでは１００
回の計測で１光子が受光されるに過ぎないことになる
が、一般に高空では１０ｍの分解能は必要としないの
で、仮に分解能を１ｋｍとすると平均して１光子が受信
でき、ある程度のデータ積算を考えると特に問題はない
強度である。 この光のうち９９％が反射され、フォトンカウント
モードとなっている光検出器５に入射し、受信光子数に
応じた信号が計測した光子に対応したパルス数として得
られる。 散乱される高度が下がるにつれて、受信される光子
数が増え、ある程度以上の数の光子が入射するような高
度になると光検出器５の方は飽和し始めるが、フォトン
カウント専用の光検出器４には約１００分の１に減衰さ
れた（１％の透過による）光が適度なレベルで入射する
ことになるので、こちらで適度な強度でデータを取得す
ることが可能となる。 以後しばらくは、光検出器４によりデータを取得出
来、その間光検出器５は検出器印加電圧切り替え用回路
６により印加電圧を下げられて、アナログ計測が出来る
よう準備される。約３０μｓ（５ｋｍ弱）で切り替えが
完了させることができ、データの連続性が損なわれるこ
とはない。今後、更に時間短縮させることも可能であ
る。 更に散乱される高度が下がり（発射後多くの時間が
経過して）、光検出器４でも飽和するような強い入射光
となる頃には、光検出器５は印加電圧が調整され、アナ
ログ計測可能な検出器となっているので、光検出器５に
よるアナログ計測が行えることになる。特に雲等が存在
した場合には強い反射光が戻って来るが、この時はアナ
ログ計測モードとなっているので十分に対応は可能であ
る。 光検出器４と５に入射する光の強さが約１００倍
（２桁）であるので、アナログ計測とフォトンカウント
の可能範囲をオーバラップさせることが出来ると共に、
当初は大部分の光が入射する光検出器５をフォトンカウ
ントモードで使用することにより、微弱な光も減衰させ
ることなく使用して、良い精度で計測を行うことが出来
る。 本説明では光検出器４をフォトンカウント専用とし
たが、当然のことながらアナログ計測とフォトンカウン
トを兼用できる検出器とすることも可能であり、光検出
器５によるアナログ計測でも飽和する程に強い信号を適
度な強さで受光することも出来る。
順を追って説明する。今、図２のような強さの受信信号
が得られるものと仮定する。これは衛星搭載用として検
討中のモデルの一例であり、距離分解能１０ｍ（時間に
して約６７ｎｓ）の間に入射する光子の数で示してい
る。実際の光子は１以下のものはあり得ないが、受信さ
れる光子は統計的であるので、０．１というのは１０回
の計測で、１回受信出来るということを示しており、同
様に０．０１は１００回に１回受信出来る程に弱いレベ
ルであることを示している。 衛星に搭載された装置から発射されたレーザ光は、
初め３０ｋｍ程度上空の薄い大気からの弱い散乱光とし
て受信される。図２に示すように受信レベルは１００分
の１光子のオーダであり、距離分解能１０ｍでは１００
回の計測で１光子が受光されるに過ぎないことになる
が、一般に高空では１０ｍの分解能は必要としないの
で、仮に分解能を１ｋｍとすると平均して１光子が受信
でき、ある程度のデータ積算を考えると特に問題はない
強度である。 この光のうち９９％が反射され、フォトンカウント
モードとなっている光検出器５に入射し、受信光子数に
応じた信号が計測した光子に対応したパルス数として得
られる。 散乱される高度が下がるにつれて、受信される光子
数が増え、ある程度以上の数の光子が入射するような高
度になると光検出器５の方は飽和し始めるが、フォトン
カウント専用の光検出器４には約１００分の１に減衰さ
れた（１％の透過による）光が適度なレベルで入射する
ことになるので、こちらで適度な強度でデータを取得す
ることが可能となる。 以後しばらくは、光検出器４によりデータを取得出
来、その間光検出器５は検出器印加電圧切り替え用回路
６により印加電圧を下げられて、アナログ計測が出来る
よう準備される。約３０μｓ（５ｋｍ弱）で切り替えが
完了させることができ、データの連続性が損なわれるこ
とはない。今後、更に時間短縮させることも可能であ
る。 更に散乱される高度が下がり（発射後多くの時間が
経過して）、光検出器４でも飽和するような強い入射光
となる頃には、光検出器５は印加電圧が調整され、アナ
ログ計測可能な検出器となっているので、光検出器５に
よるアナログ計測が行えることになる。特に雲等が存在
した場合には強い反射光が戻って来るが、この時はアナ
ログ計測モードとなっているので十分に対応は可能であ
る。 光検出器４と５に入射する光の強さが約１００倍
（２桁）であるので、アナログ計測とフォトンカウント
の可能範囲をオーバラップさせることが出来ると共に、
当初は大部分の光が入射する光検出器５をフォトンカウ
ントモードで使用することにより、微弱な光も減衰させ
ることなく使用して、良い精度で計測を行うことが出来
る。 本説明では光検出器４をフォトンカウント専用とし
たが、当然のことながらアナログ計測とフォトンカウン
トを兼用できる検出器とすることも可能であり、光検出
器５によるアナログ計測でも飽和する程に強い信号を適
度な強さで受光することも出来る。
【００１４】図３は図１のバイアス電圧切替回路６を中
心とした詳細図であり、同期信号発生回路１０はレーザ
発射に同期して同期信号を発生し、カウンタ１１はレー
ザ発射からの時間を計数し、所定時間後に電圧切替のた
めの制御信号を出力する。電圧切替回路６はこの制御信
号を基に光検出器５に印加する電圧をアナログ計測用の
低い電圧に切替える。フォトンカウント用バイアス電圧
発生１２は光検出器５をフォトンカウント動作させるた
めのバイアス電圧を発生し、これを電圧切替回路６へ供
給する。アナログ計測用バイアス電圧発生回路１３は光
検出器５をアナログ計測動作させるための電圧を発生
し、電圧切替回路６へ供給する。光検出器５には温度検
出部１４が付帯しており、この温度検出結果は最適バイ
アス算出回路１５に送られ、ここで検出された温度に対
する最適なフォトンカウント動作用バイアスとアナログ
計測用バイアスを算出し、この情報をフォトンカウント
用バイアス電圧発生回路１２とアナログ計測用バイアス
発生回路１３へそれぞれ送る。また、温度検出部１４の
出力を温度コントローラ１６に送り、この温度検出結果
に応じて光検出器５の温度を所定温度に制御してやれ
ば、温度に応じたバイアス制御は不要にできる。
心とした詳細図であり、同期信号発生回路１０はレーザ
発射に同期して同期信号を発生し、カウンタ１１はレー
ザ発射からの時間を計数し、所定時間後に電圧切替のた
めの制御信号を出力する。電圧切替回路６はこの制御信
号を基に光検出器５に印加する電圧をアナログ計測用の
低い電圧に切替える。フォトンカウント用バイアス電圧
発生１２は光検出器５をフォトンカウント動作させるた
めのバイアス電圧を発生し、これを電圧切替回路６へ供
給する。アナログ計測用バイアス電圧発生回路１３は光
検出器５をアナログ計測動作させるための電圧を発生
し、電圧切替回路６へ供給する。光検出器５には温度検
出部１４が付帯しており、この温度検出結果は最適バイ
アス算出回路１５に送られ、ここで検出された温度に対
する最適なフォトンカウント動作用バイアスとアナログ
計測用バイアスを算出し、この情報をフォトンカウント
用バイアス電圧発生回路１２とアナログ計測用バイアス
発生回路１３へそれぞれ送る。また、温度検出部１４の
出力を温度コントローラ１６に送り、この温度検出結果
に応じて光検出器５の温度を所定温度に制御してやれ
ば、温度に応じたバイアス制御は不要にできる。
【００１５】図４は電圧切替回路６の構成の１例を示
し、フォトンカウント用バイアス電圧発生回路１２とア
ナログ計測用バイアス電圧発生回路１３からのそれぞれ
のバイアス電圧がダイオードを経て入力される。フォト
ンカウント用バイアス電圧はスイッチ素子１７の入力側
に、アナログ計測用バイアス電圧はスイッチ素子の出力
側に接続され、出力側の電圧が光検出器５へ供給され
る。スイッチ素子１７はカウンタ１１（図３）からの制
御信号を受て、スイッチ素子をオフにする。図４で、出
力側には放電用抵抗またはスイッチ素子１８がグランド
との間に挿入される。スイッチ素子の場合、制御信号に
より、出力側がアナログ計測用のバイアス電圧までに下
ったときにオープンとなる。
し、フォトンカウント用バイアス電圧発生回路１２とア
ナログ計測用バイアス電圧発生回路１３からのそれぞれ
のバイアス電圧がダイオードを経て入力される。フォト
ンカウント用バイアス電圧はスイッチ素子１７の入力側
に、アナログ計測用バイアス電圧はスイッチ素子の出力
側に接続され、出力側の電圧が光検出器５へ供給され
る。スイッチ素子１７はカウンタ１１（図３）からの制
御信号を受て、スイッチ素子をオフにする。図４で、出
力側には放電用抵抗またはスイッチ素子１８がグランド
との間に挿入される。スイッチ素子の場合、制御信号に
より、出力側がアナログ計測用のバイアス電圧までに下
ったときにオープンとなる。
【００１６】図５はバイアス電圧切替回路６によって切
替られるバイアス電圧の変化を示す図で、最初、ＡＰＤ
のブレイク電圧ＶB よりΔＶだけ高められていた電圧が
制御信号のタイミングから約３０μｓ（光の往復で４．
５ｋｍ相当）でアナログ計測に必要なバイアス電圧に変
化している。
替られるバイアス電圧の変化を示す図で、最初、ＡＰＤ
のブレイク電圧ＶB よりΔＶだけ高められていた電圧が
制御信号のタイミングから約３０μｓ（光の往復で４．
５ｋｍ相当）でアナログ計測に必要なバイアス電圧に変
化している。
【００１７】
【発明の効果】以上、本発明によれば、１つの検出器に
フォトンカウントとアナログ計測動作を切替えてやるこ
とで、受信できない範囲が生じるのを防ぐとともに、更
にアナログ計測とフォトンカウントの動作をオーバラッ
プさせ、精度の高い計測を行うことができる。
フォトンカウントとアナログ計測動作を切替えてやるこ
とで、受信できない範囲が生じるのを防ぐとともに、更
にアナログ計測とフォトンカウントの動作をオーバラッ
プさせ、精度の高い計測を行うことができる。
【図１】本発明の実施の形態を示すブロック図。
【図２】本発明の装置を人工衛星に搭載した場合に得ら
れる散乱光の強度を受信する光子数として計算した例を
示す図。
れる散乱光の強度を受信する光子数として計算した例を
示す図。
【図３】図１の実施の形態の図のうち、電圧切替回路を
中心とした詳細構成図。
中心とした詳細構成図。
【図４】図１の実施の形態の図のうち、電圧切替回路の
構成例を示す図。
構成例を示す図。
【図５】電圧切替回路で切替えられたバイアス電圧の変
化を示す図。
化を示す図。
１ レーザ発振器 ２ 送受信光学系 ３ 分割鏡 ４ フォトンカウント用光検出器 ５ アナログ計測フォトンカウント兼用光検出器 ６ 検出器印加電圧切り替え用回路 ７ 信号処理装置（少なくともフォトンカウント用カ
ウンタ２組、アナログ計測用のＡ／Ｄ変換器等を１組有
する） ８ 干渉フィルタ（必要に応じて） ９ 集光レンズ（必要に応じて）
ウンタ２組、アナログ計測用のＡ／Ｄ変換器等を１組有
する） ８ 干渉フィルタ（必要に応じて） ９ 集光レンズ（必要に応じて）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01S 7/48 - 7/51 G01S 17/00 - 17/95 G01J 1/04 G01N 21/47
Claims (5)
- 【請求項１】 反射してきたレーザ光を受け異なる割合
でこれを分ける分光系と、小さい割合で分けられた反射
光を検出するフォトンカウント動作の第１の光検出器
と、大きい割合で分けられた反射光を検出するフォトン
カウント動作とアナログ計測動作兼用の第２の光検出器
と、第２の光検出器の動作をフォトンカウント動作から
アナログ計測動作へ切替える切替手段とを具備するレー
ザ計測装置。 - 【請求項２】 検出結果として、第１番目にフォトンカ
ウント動作の第２の光検出器の出力を採用し、第２番目
に第１の光検出器の出力を採用し、第３番目にアナログ
動作の第２の光検出器の出力を採用することを特徴とす
る請求項１のレーザ計測装置。 - 【請求項３】 第２の光検出器として、アバランシェフ
ォトダイオードを用い、切替手段がこのダイオードに印
加する電圧を変える請求項１のレーザ計測装置。 - 【請求項４】 切替手段の切り替えが、第２番目の検出
結果として第１の光検出器の出力を採用している間に行
われる請求項２のレーザ計測装置。 - 【請求項５】 アバランシェフォトダイオードにフォト
ンカウント動作させるとき、切替手段が、このダイオー
ドにブレイク電圧より高い電圧を加えるようにする請求
項３のレーザ計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7342517A JP2820095B2 (ja) | 1995-12-28 | 1995-12-28 | レーザ計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7342517A JP2820095B2 (ja) | 1995-12-28 | 1995-12-28 | レーザ計測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09178852A JPH09178852A (ja) | 1997-07-11 |
| JP2820095B2 true JP2820095B2 (ja) | 1998-11-05 |
Family
ID=18354363
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7342517A Expired - Fee Related JP2820095B2 (ja) | 1995-12-28 | 1995-12-28 | レーザ計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2820095B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010149593A1 (en) | 2009-06-22 | 2010-12-29 | Toyota Motor Europe Nv/Sa | Pulsed light optical rangefinder |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4040789B2 (ja) | 1999-03-26 | 2008-01-30 | 浜松ホトニクス株式会社 | 光計測装置、シンチレーションカウンタ、パーティクルカウンタ、光計測方法、シンチレーション計数方法及び粒子計数方法 |
| JP5797884B2 (ja) | 2010-08-04 | 2015-10-21 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 光量検出方法及びその装置 |
| JP5673955B2 (ja) * | 2011-09-27 | 2015-02-18 | 株式会社島津製作所 | 分光蛍光光度計 |
| JP5676419B2 (ja) * | 2011-11-24 | 2015-02-25 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 欠陥検査方法およびその装置 |
| JP6285168B2 (ja) * | 2013-12-17 | 2018-02-28 | 株式会社デンソー | レーダ装置 |
| JP2016048263A (ja) * | 2015-12-22 | 2016-04-07 | 国立大学法人宇都宮大学 | 光強度計測装置 |
| KR102617368B1 (ko) * | 2016-07-25 | 2023-12-26 | 엘지이노텍 주식회사 | 다이나믹레인지 증가를 위한 수광 장치 |
| WO2018021800A1 (ko) | 2016-07-25 | 2018-02-01 | 엘지이노텍 주식회사 | 수광 장치 및 라이다 |
| CN106546991A (zh) * | 2016-11-02 | 2017-03-29 | 哈尔滨工业大学（威海） | 水下发声目标空中探测装置及方法 |
| JP6775119B2 (ja) * | 2017-03-23 | 2020-10-28 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 距離測定装置 |
| US11016180B2 (en) * | 2017-09-25 | 2021-05-25 | Waymo Llc | Combination photodetector arrays for extended dynamic range |
| KR102132519B1 (ko) * | 2017-12-22 | 2020-07-10 | 주식회사 에스오에스랩 | 라이다 시스템 및 그의 동작 방법 |
| CN112083394B (zh) * | 2020-07-30 | 2024-05-03 | 上海航天控制技术研究所 | 一种拼接式面阵激光探测器 |
| CN112130163B (zh) * | 2020-11-26 | 2021-02-05 | 南京天朗防务科技有限公司 | 一种基于单光子检测的激光测距系统及测距方法 |
-
1995
- 1995-12-28 JP JP7342517A patent/JP2820095B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 田幸敏治、辻内順平、南茂夫 編、「光学的測定ハンドブック」、株式会社朝倉書店、１９９０年７月１５日初版第６刷発行、Ｐ．３９９−４０７ |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010149593A1 (en) | 2009-06-22 | 2010-12-29 | Toyota Motor Europe Nv/Sa | Pulsed light optical rangefinder |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09178852A (ja) | 1997-07-11 |
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