JP6561546B2 - Laser distance measuring device and laser distance measuring method - Google Patents
Laser distance measuring device and laser distance measuring methodInfo
- Publication number
- JP6561546B2 JP6561546B2 JP2015078518A JP2015078518A JP6561546B2 JP 6561546 B2 JP6561546 B2 JP 6561546B2 JP 2015078518 A JP2015078518 A JP 2015078518A JP 2015078518 A JP2015078518 A JP 2015078518A JP 6561546 B2 JP6561546 B2 JP 6561546B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- transmission
- laser light
- laser
- reception
- optical
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Description
本発明は、レーザ測距装置、及びレーザ測距方法に関し、特にポインティングが初期値から変化した場合の調整に関する。 The present invention relates to a laser distance measuring device and a laser distance measuring method, and more particularly to adjustment when pointing changes from an initial value.
探査機による小惑星の探査ミッションにおいて、目的の小惑星に確実に到達することと小惑星の科学的観測のために、レーザ測距装置が利用されることがある。また探査機には重量制限があるため、搭載する機能に制約が発生する。レーザ測距装置では高精度で信頼性の高い測定結果を要求されるが、宇宙空間では環境などによる外的要因により構造的に微小な変化が発生してしまうことがあり、遠距離では構造的な僅かな変化が測距性能に影響してしまう。 In an asteroid exploration mission using a spacecraft, a laser range finder may be used to reliably reach the target asteroid and to scientifically observe the asteroid. In addition, since the spacecraft has a weight limit, there are restrictions on the functions to be installed. Laser ranging devices require highly accurate and reliable measurement results, but in space, structural changes may occur due to external factors such as the environment. A slight change will affect the distance measurement performance.
より高性能で高精度な測定を実現するためには、打上げ後の軌道上で光軸補正を行える機能が必要となる。また科学的観測の観点では、目的の小惑星表面の物質を同定するために、レーザ光の反射率分布を高い分解能で観測することが期待されている。これらの課題について重量制限を考慮しながら実現することが望まれる。 In order to realize higher performance and higher accuracy measurement, a function capable of correcting the optical axis on the orbit after launch is required. From the viewpoint of scientific observation, it is expected to observe the reflectance distribution of laser light with high resolution in order to identify the material on the target asteroid surface. It is desirable to realize these problems while considering weight restrictions.
特許文献1はレーザ測距装置に関するものであり、温度で波長変換効率が変化する波長変換素子により、基本波のパルスレーザ光と第2高調波のパルスレーザ光とを混合して送信パルスレーザ光とすることが、提案されている。これにより、レーザ測距装置の測定距離が大幅に変化するような場合にも、測距精度の確保を実現している。
レーザ測距装置が送信したレーザ光は、距離の2乗に反比例して光量が減衰する。例えば、小惑星からの距離が50km〜50mまでの距離を測距するレーザ測距装置では、測距距離によって受信光量に6〜7桁の変化が生じる。このような僅かな受信光量で測距を成立させるためには、送信レーザ光のポインティングが初期値から変化しないことが望ましい。しかし、振動や温度環境によりポインティングが初期値から変化してしまうことが問題となる。ポインティングが初期値から変化した場合には、反射ビームの方向に基づいて受光系の焦点を合致させるように、調整する必要がある。 The laser light transmitted from the laser distance measuring device is attenuated in light quantity in inverse proportion to the square of the distance. For example, in a laser distance measuring device that measures a distance from an asteroid to a distance of 50 km to 50 m, the received light quantity changes by 6 to 7 digits depending on the distance measured. In order to establish distance measurement with such a small amount of received light, it is desirable that the pointing of the transmission laser light does not change from the initial value. However, there is a problem that pointing changes from the initial value due to vibration and temperature environment. When the pointing changes from the initial value, it is necessary to adjust the focus of the light receiving system based on the direction of the reflected beam.
また、小惑星の反射率分布は科学的に重要であり、その手段が課題であった。 In addition, the reflectance distribution of asteroids is scientifically important, and its means has been a challenge.
本発明の目的は、ポインティングが初期値から変化した場合でも、反射ビームの方向に基づいて受光系の焦点を合致させるように調整できる、レーザ測距装置、及びレーザ測距方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a laser distance measuring apparatus and a laser distance measuring method that can be adjusted so that the focus of a light receiving system is matched based on the direction of a reflected beam even when pointing changes from an initial value. is there.
前記目的を達成するため、本発明に係るレーザ測距装置は、
光源手段からのレーザ光を受けて対象物へ送信レーザ光として出力する送信光学手段と、
上記光源手段と上記送信光学手段との間の経路に挿入され、入力される制御信号に応じて上記レーザ光の送信光軸を補正する送信光軸補正手段と、
上記送信レーザ光が上記対象物で反射された受信レーザ光を入力する受信光学手段と、
上記送信レーザ光の一部及び上記受信レーザ光の一部を受けてモニタするモニタ手段と、
上記送信光学手段の上記送信レーザ光及び上記受信光学手段の上記受信レーザ光のタイミング情報から上記対象物までの距離を示すカウンタ情報を生成するカウント手段と、
上記カウント手段のカウンタ情報に基づいて上記対象物までの距離を算出すると共に、上記モニタ手段の監視結果に基づいて、上記送信光軸補正手段へ上記制御信号を出力する制御手段と、を有する。
In order to achieve the above object, a laser distance measuring device according to the present invention includes:
A transmission optical means for receiving the laser light from the light source means and outputting it as a transmission laser light to the object;
A transmission optical axis correction unit that is inserted in a path between the light source unit and the transmission optical unit and corrects the transmission optical axis of the laser beam in accordance with an input control signal;
Receiving optical means for inputting the receiving laser light reflected by the object, the transmitting laser light;
Monitoring means for receiving and monitoring part of the transmission laser light and part of the reception laser light;
Count means for generating counter information indicating the distance from the timing information of the transmission laser light of the transmission optical means and the reception laser light of the reception optical means to the object;
Control means for calculating a distance to the object based on the counter information of the counting means and outputting the control signal to the transmission optical axis correction means based on a monitoring result of the monitoring means.
本発明に係るレーザ測距方法は、光源手段からレーザ光を受けて送信光学手段が対象物へ送信レーザ光として出力し、
上記送信レーザ光が上記対象物で反射された受信レーザ光を入力し、
上記送信レーザ光の一部及び上記受信レーザ光の一部を受けてモニタし、
上記送信レーザ光及び上記受信レーザ光のタイミング情報から上記対象物までの距離を示すカウンタ情報を生成し、上記カウンタ情報に基づいて上記対象物までの距離を算出し、上記送信レーザ光の一部及び上記受信レーザ光の一部のモニタ結果に基づいて、上記光源手段から上記送信光学手段へ出力される上記レーザ光の送信光軸を補正する。
In the laser distance measuring method according to the present invention, the laser beam is received from the light source unit, and the transmission optical unit outputs the transmission laser beam to the object.
The transmission laser beam is input as a reception laser beam reflected by the object,
Receive and monitor a part of the transmission laser light and a part of the reception laser light,
A counter information indicating a distance to the object is generated from timing information of the transmission laser light and the reception laser light, a distance to the object is calculated based on the counter information, and a part of the transmission laser light The transmission optical axis of the laser beam outputted from the light source unit to the transmission optical unit is corrected based on the monitoring result of a part of the received laser beam.
本発明によれば、送信レーザ光の一部及び受信レーザ光の一部をモニタし、これに基づいて上記レーザ光の送信光軸を補正するので、ポインティングが初期値から変化した場合でも、反射ビームの方向に基づいて受光系の焦点を合致させるように調整できる。 According to the present invention, a part of the transmission laser beam and a part of the reception laser beam are monitored, and based on this, the transmission optical axis of the laser beam is corrected. Therefore, even if the pointing changes from the initial value, the reflection is reflected. The light receiving system can be adjusted to be in focus based on the beam direction.
本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、本発明の最上位概念のレーザ測距装置の構成を説明するためのブロック図である。 Preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram for explaining the configuration of the laser range finder according to the highest concept of the present invention.
図1のレーザ測距装置は、光源手段21と、送信光軸補正手段22と、送信光学手段23と、受信光学手段24と、モニタ手段25と、カウント手段26と、制御手段27と、を有する。
1 includes a light source means 21, a transmission optical axis correction means 22, a transmission
光源手段21は、レーザ測距のためのレーザ光を出力する。送信光学手段23は、光源手段21からのレーザ光を対象物へ送信レーザ光を照射すると共に、光源手段21からのレーザ光を分岐してモニタ手段25に供給する。送信光学手段23は、カウント開始を示すスタートタイミング情報をカウント手段26に与える。受信光学手段24は、対象物で反射したレーザ光を受信レーザ光として受信する。受信光学手段24は、受信レーザ光を分岐してモニタ手段25に供給する。受信光学手段24は、カウント停止を示すストップタイミング情報をカウント手段26に与える。
The light source means 21 outputs laser light for laser ranging. The transmission
モニタ手段25は、送信光学手段23からの送信レーザ光の一部と受信光学手段24からの受信レーザ光の一部をモニタして、監視結果として制御手段27に与える。
The
カウント手段26は、送信光学手段23からのスタートタイミング情報と受信光学手段24からのストップタイミング情報とに基づいて、対象物までの距離に対応するカウンタ情報を制御手段27に与える。
The
制御手段27は、カウント手段26からのカウンタ情報に基づいて、対象物までの距離を算出する。更に、モニタ手段25の監視結果に基づいて、送信光軸補正手段22に制御信号を出力する。モニタ手段25の監視結果とは、例えば、送信レーザ光の一部の重心と受信レーザ光の一部の重心のリファレンス位置からの変動である。
The
そして、送信光軸補正手段22は、制御手段27からの制御信号に基づいて、光源手段21が送信光学手段23へ出力するレーザ光の光軸を補正する。
Then, the transmission optical
図1のレーザ測距装置によれば、対象物へレーザ光を照射し、反射したレーザ光を受信することにより対象物までの距離を算出することができる。更に、モニタ手段25の監視結果に基づいて、光源手段21が送信光学手段23へ出力するレーザ光の光軸を補正している。このレーザ光の光軸補正の結果、ポインティングが初期値から変化した場合でも、反射ビームの方向に基づいて受光系の焦点を合致させるように、調整することができる。以下、より具体的な実施形態について本発明を説明する。
According to the laser distance measuring device of FIG. 1, the distance to the object can be calculated by irradiating the object with laser light and receiving the reflected laser light. Further, based on the monitoring result of the
〔第1実施形態〕
本発明の第1実施形態によるレーザ測距装置について、説明する。図2は、本発明の第1実施形態によるレーザ測距装置の構成を説明するためのブロック図である。
[First Embodiment]
A laser range finder according to a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 2 is a block diagram for explaining the configuration of the laser distance measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention.
(本実施形態の構成の説明)
図2のレーザ測距装置は、送信光軸と受信光軸を監視して送信レーザ光軸を補正する機能と、小惑星の反射率の強度分布を観測する機能、を持つレーザ測距装置である。このレーザ測距装置は例えば小惑星探査機に搭載され、パルスレーザの往復時間を計測することでレーザ測距装置から小惑星までの距離を算出し、探査機を小惑星まで誘導する航法支援に用いられる。
(Description of the configuration of the present embodiment)
The laser distance measuring device of FIG. 2 is a laser distance measuring device having a function of monitoring the transmission optical axis and the reception optical axis to correct the transmission laser optical axis and a function of observing the intensity distribution of the reflectance of the asteroid. . This laser range finder is mounted on, for example, an asteroid explorer, and is used for navigation support for calculating the distance from the laser range finder to the asteroid by measuring the round trip time of the pulse laser and guiding the probe to the asteroid.
レーザ測距装置としての通常測距と同時に、送信光軸と受信光軸を監視して送信レーザ光軸を補正する機能により、振動や熱などの外的要因によって変動する送信光軸と受信光軸の変化を補正する。送信レーザ光と受信レーザ光の強度分布を比較することにより、小惑星の反射率の強度分布を観測し、小惑星の反射率の分布を高い空間分解能で識別する機能を実現する。図2で、実線は送信レーザ光や受信レーザ光などの光信号の経路を示し、点線の矢印は電気信号の経路を示す。 Simultaneously with normal distance measurement as a laser distance measuring device, the transmission optical axis and the reception light that fluctuate due to external factors such as vibration and heat are monitored by the function of monitoring the transmission optical axis and the reception optical axis and correcting the transmission laser optical axis Compensate for axis changes. By comparing the intensity distribution of the transmitted laser beam and the received laser beam, the intensity distribution of the reflectance of the asteroid is observed, and the function of identifying the reflectance distribution of the asteroid with high spatial resolution is realized. In FIG. 2, a solid line indicates a path of an optical signal such as a transmission laser beam or a reception laser beam, and a dotted arrow indicates a path of an electric signal.
図2のレーザ測距装置は、レーザ発振器1と、送信光軸補正部2と、送信光学系3と、送光検出部4と、分離結合光学系5と、受信光学系6と、モニタ部7と、受光検出部8と、測距カウンタ部9と、制御部10と、電源部11と、を有する。
2 includes a
レーザ発振器1は、パルスレーザを出力する。
The
送信光軸補正部2は、レーザ発振器1が出力する送信レーザ光の光軸を調整する機構を持つ。送信光軸補正部2は、制御部10から与えられる制御信号に応じて、送信レーザ光の光軸を調整する。
The transmission optical
送信光学系3は、送信レーザ光を整形し外部へレーザビームを出力し、送信レーザ光の一部を分岐し送信検出部へ、一部を分離結合光学系へ導光する光学部品を有し、送信光の偏光を制御する機能を有する。送光検出部4は、送信レーザ光を検知し電気信号に変換し、電気信号に変換された送信信号を増幅し、閾値を設けタイミング信号に変換する。送光検出部4は、送信レーザ光を検知して電気信号に変換し、電気信号に変換された送信信号を増幅し、閾値を設けタイミング信号に変換する。送光検出部4は、カウント開始を示す送信タイミング情報を測距カウンタ部9に出力する。
The transmission optical system 3 has an optical component that shapes the transmission laser light, outputs a laser beam to the outside, branches a part of the transmission laser light, guides the part to the transmission detection unit, and partially guides it to the separation / coupling optical system. And has a function of controlling the polarization of the transmitted light. The light transmission detector 4 detects the transmission laser light and converts it into an electrical signal, amplifies the transmission signal converted into the electrical signal, provides a threshold value, and converts it into a timing signal. The light transmission detection unit 4 detects the transmission laser light and converts it into an electrical signal, amplifies the transmission signal converted into the electrical signal, provides a threshold value, and converts it into a timing signal. The light transmission detection unit 4 outputs transmission timing information indicating the start of counting to the distance
分離結合光学系5は、送信光学系3から分岐した送信レーザ光と、受信光学系6からの受信レーザ光をレーザ測距装置内部で導光する光学部品を有する。受信光学系6は、受信レーザ光を集光して一部をモニタ部7へ、一部を分離結合光学系5へ分岐する。受信光学系6は、更に送信レーザ光をモニタ部7へ伝搬する光学部品を有する。受光検出部8は、受信レーザ光を検知して電気信号に変換し、電気信号に変換された受信信号を増幅し、閾値を設けタイミング信号に変換する。受光検出部8は、カウント停止を示す受信タイミング情報を測距カウンタ部9に出力する。
The separation / coupling
モニタ部7は、アレイセンサによるレベル検出機能を有し、送信光学系3から分岐した送信レーザ光と受信光学系6から分岐した受信レーザ光を観測することができる。送信光学系3から分岐した送信レーザ光の強度分布と、受信光学系6から分岐した受信レーザ光の強度分布とを比較し、フットプリント内において対象物の反射率を2次元の分布情報として観測する。このレベル検出機能を備えるモニタ部7は、受信光学系6で分岐された受信レーザ光と送信レーザ光の一部を同時にモニタできる位置に、設置されている。
The
測距カウンタ部9は、送信レーザ光の検出を測距開始のカウンタ値として制御部10に伝達し、受信レーザ光の検出を測距停止のカウンタ値として制御部10に伝達する。
The distance
制御部10は、モニタ部7で得られた強度分布情報を基に、分岐した送信レーザ光と分岐した受信レーザ光の強度重心及び強度分布を算出する。制御部10は、送信光軸補正量を算出して送信光軸補正部2を制御する。更に制御部10は、強度情報を基に送信レーザの偏光を制御し、レーザ発振器1の発射タイミングを制御し、かつ測距カウンタ値やその他ステータスなどを外部機器に出力する機能を有する。
The
電源部11は、レーザ測距装置を構成する各ユニットに、電力を供給する。
The
図3は、図2のレーザ測距装置のより具体的な構成例を説明するためのブロック図である。送信光学系3は、1/2波長板(HWP)31、第1ポラライザ(POL1)32、ビームスプリッタ(BS)33、ポッケルスセル34、及びビームエキスバンダ35を含む。
FIG. 3 is a block diagram for explaining a more specific configuration example of the laser distance measuring device of FIG. The transmission optical system 3 includes a half-wave plate (HWP) 31, a first polarizer (POL1) 32, a beam splitter (BS) 33, a Pockels cell 34, and a
受信光学系6は、第3ポラライザ(POL3)61、1/4波長板(QWP)62、折り返しミラー63、主鏡64、及び副鏡65を含む。
The receiving
分離結合光学系5は、リレーレンズ51、バンドパスフィルタ(BPF)52、第2ポラライザ(POL2)53、リレーレンズ54、及びピンホール55を含む。
The separation / coupling
(本実施形態の動作の説明)
図3により、本実施形態のレーザ測距装置の詳細な動作、レーザ測距方法を説明する。本実施形態のレーザ測距装置は、外部機器の一例としての探査機から測距実行の指令を制御部10で受けて、レーザ発振器1を駆動させパルスレーザを出力する。
(Description of operation of this embodiment)
The detailed operation of the laser distance measuring device of this embodiment and the laser distance measuring method will be described with reference to FIG. The laser distance measuring device of the present embodiment receives a distance measurement execution command from a probe as an example of an external device, and drives the
送信光学系3内のビームスプリッタ(BS)33で送信レーザ光が分岐され、送光検出部4にて検出され、測距開始のタイミング信号として測距カウンタ部9へ伝達される。
A transmission laser beam is branched by a beam splitter (BS) 33 in the transmission optical system 3, detected by a light transmission detection unit 4, and transmitted to a distance
送信レーザ光は、送信光軸補正部2で初期値もしくは計算された補正値により光軸を変化させ、送信光学系3へ伝搬する。送信レーザ光は直線偏光であり、送信光学系3内の1/2波長板(HWP)31で偏光方向を調整される。
The transmission laser beam propagates to the transmission optical system 3 by changing the optical axis according to the initial value or the correction value calculated by the transmission optical
送信レーザ光のポインティング変化を監視するために、送信光学系3のビームエキスパンダ35の手前で送信レーザ光を分岐し、分岐した送信レーザ光をレーザ測距装置の内部で導光する。すなわち、送信光学系3の第1ポラライザ(POL1)32により一部を分離結合光学系5へと伝搬する。
In order to monitor the pointing change of the transmission laser beam, the transmission laser beam is branched before the
更に、送信光学系3内の後段のビームスプリッタ(BS)33と偏光を制御するポッケルスセル34を介して、ビームエキスパンダ35を通り、外部に出力する。ビームエキスパンダ35は、ビーム径を拡大し送信ビーム拡がり角を調整できる。送信光学系3のポッケルスセル34は、制御部10の制御信号によって送信レーザの偏光を円偏光や楕円偏光に調整することができ、受信光学系6内の第3ポラライザ(POL3)61の透過光と反射光の比率を調整することが可能である。この比率の調整は、受光検出部8とモニタ部7へ分岐する光量の比率となる。受信レーザ光は、送信レーザ光の偏光が維持されており、円偏光を受信した場合は第3ポラライザ(POL3)61の透過と反射はほぼ同等となる。受信レーザ光は、受信光学系6の主鏡64、副鏡65を介して第3ポラライザ(POL3)61で一部が透過し、分離結合光学系5内のピンホール55で結像する。
Further, it passes through a
また、第3ポラライザ(POL3)61で反射した光は1/4波長板(QWP)62で円偏光になり、折り返しミラー63で再度1/4波長板(QWP)62を透過することにより90°回転した直線偏光に戻る。そして、第3ポラライザ(POL3)61をほとんど損失なく透過し、モニタ部7へと伝搬する。
Further, the light reflected by the third polarizer (POL3) 61 becomes circularly polarized light by the quarter wavelength plate (QWP) 62, and is transmitted through the quarter wavelength plate (QWP) 62 again by the folding mirror 63, thereby being 90 °. Return to rotated linearly polarized light. Then, the light passes through the third polarizer (POL 3) 61 with little loss and propagates to the
ここで、モニタ部7は結像レンズを有しており、その結像レンズによってピンホール55及び折り返しミラー63面に焦点面が一致している。ピンホール55は主鏡64と副鏡65で決まる焦点位置に設置されており、これによりモニタ部7は主鏡64と副鏡65で観測している遠視野像をモニタしていることになる。
Here, the
ピンホール55を透過した受信レーザ光は、分離結合光学系5のリレーレンズ51により受光検出部8の検知面へ像転送される。このとき、受信レーザ光の波長以外をカットするバンドパスフィルタ(BPF)52と、送信光の一部をモニタ部7へ導く第2ポラライザ(POL2)53を透過する。
The received laser beam that has passed through the
第1ポラライザ(POL1)32で分岐した送信レーザ光は、導光により受信レーザ光と同軸となるように調整される。そして、分岐した送信レーザ光は、受信レーザ光と同軸上において外部出力する送信レーザ光と同じ角度となるように調整され、分岐した送信レーザ光と受信レーザ光を同軸で1つのモニタ部7により監視される。
The transmission laser beam branched by the first polarizer (POL1) 32 is adjusted to be coaxial with the reception laser beam by light guide. Then, the branched transmission laser light is adjusted to have the same angle as the transmission laser light that is externally output on the same axis as the reception laser light, and the branched transmission laser light and the reception laser light are coaxially formed by one
すなわち、第3ポラライザ(POL3)61と第2ポラライザ(POL2)53の透過(P偏光)方向を一致させることで、透過損失はほとんど無い。第1ポラライザ(POL1)32で反射した送信レーザ光の一部は、第2ポラライザ(POL2)53で受信光軸と同軸となり、リレーレンズの片方(リレーレンズ54)で集光され、ピンホール55を透過し第3ポラライザ(POL3)61で反射されてモニタ部7へ伝搬する。
That is, there is almost no transmission loss by making the transmission (P polarization) directions of the third polarizer (POL3) 61 and the second polarizer (POL2) 53 coincide. A part of the transmission laser beam reflected by the first polarizer (POL1) 32 is coaxial with the reception optical axis by the second polarizer (POL2) 53, and is condensed by one of the relay lenses (relay lens 54). , And is reflected by the third polarizer (POL 3) 61 and propagates to the
レーザ測距装置としての通常測距と同時に、モニタ部7で検出した分岐した送信レーザ光と受信レーザ光の初期値からの変化を算出し、角度補正値のリファレンスとして使用する。
Simultaneously with the normal distance measurement as the laser distance measuring device, changes from the initial values of the branched transmission laser light and reception laser light detected by the
送信レーザ光の強度分布は、リレーレンズ54によってピンホール55位置で集光される。ピンホール55位置での集光スポットの強度分布は、送信レーザ光の遠視野像の強度分布を表す。ここで、モニタ部7はピンホール55位置の像面をモニタしていることから、送信レーザ光の遠視野像の強度分布をモニタしていることになる。これによってモニタ部7では、送信レーザ光と受信レーザ光の遠視野像の強度分布を同時にモニタすることが可能になる。
The intensity distribution of the transmission laser light is condensed at the position of the
角度補正として送信レーザ光の分岐(送信光学系3の第1ポラライザ32)の手前に、送信レーザ光の光軸を調整する機構(送信光軸補正部2)を持つ。前述により得られた角度補正値を基に、送信レーザ光のポインティングを送信レーザ光の光軸を調整する機構により補正する。
A mechanism (transmission optical axis correction unit 2) for adjusting the optical axis of the transmission laser light is provided in front of the branch of the transmission laser light (
モニタ部7に入射する送信レーザ光の光軸と受信レーザ光の光軸を、完全に一致させると像が重なってしまうため、受信光学系6内の折り返しミラー63で僅かに角度をつけることで、2つの像をモニタ部7のアレイセンサ面で分離することができる。
If the optical axis of the transmission laser beam incident on the
送受信の遠視野像を同時モニタすることで、強度分布から重心点を基に送受信光軸のズレを制御部10で算出し、送信光軸補正部2を制御することで最適光軸に補正できる。また、送受信の強度分布の比較することで、ターゲットである小惑星表面の反射率の2次元分布を算出できる。
By simultaneously monitoring the far-field images for transmission and reception, the
受信レーザ光の一部は、受光検出部8にて検出される。受光検出部8では受信レーザ光を検知し電気信号に変換し電気信号に変換された受信信号を増幅し閾値を設け測距のタイミング信号として測距カウンタ部9へ伝達する。
A part of the received laser beam is detected by the light receiving detector 8. The light receiving detector 8 detects the received laser beam, converts it into an electrical signal, amplifies the received signal converted into the electrical signal, provides a threshold value, and transmits it to the
測距カウンタ部9では、送信レーザ光の検出を測距開始のカウンタ値として制御部10に伝達し、受信レーザ光の検出を測距停止のカウンタ値として制御部10に伝達する。このカウンタ情報を制御部10で距離算出の情報とし、外部機器の一例としての探査機へ伝達する。
The distance
この一連の動作を測距の度に実施することで、常に最適光軸への補正を行うことができる。また同時に、高い空間分解能でターゲット面の反射率分布を観測することが可能となる。 By performing this series of operations for each distance measurement, it is possible to always perform correction to the optimum optical axis. At the same time, the reflectance distribution on the target surface can be observed with high spatial resolution.
(本実施形態の効果の説明)
第一は、送信レーザ光の光軸を補正することで、ポインティングを補正することができることである。分離結合光学系5や受信光学系6を介して伝搬された先に設置されたモニタ部7で、送信レーザ光の一部と小惑星から反射した受信レーザ光の一部とを同一センサ面で観測する。この観測では、制御部10で送信レーザ光の一部の重心と受信レーザ光の一部の重心のリファレンス位置からの変動を監視し、光軸の変化量に応じて送信光軸補正部2で送信レーザ光軸を補正することができる。
(Description of the effect of this embodiment)
The first is that the pointing can be corrected by correcting the optical axis of the transmission laser beam. A part of the transmitted laser beam and a part of the received laser beam reflected from the asteroid are observed on the same sensor surface by the
第二は、小惑星の反射率の強度分布を高い空間分解能で観測できることである。レベル検出機能を備えるモニタ部7は、受信光学系6で分岐された受信レーザ光と送信レーザ光の一部を同時にモニタできる位置に、設置されている。レベル検出機能を備えるモニタ部7で、送受信光のそれぞれの遠視野像を二次元で観測することで、単素子の受光素子により複数回のデータを繰り返し取得して反射率を算出する方法に比べ、より高い空間分解能で反射率を観測することができる。
Second, it is possible to observe the intensity distribution of asteroid reflectance with high spatial resolution. The
第三は、送信光軸と受信光軸の最適光軸への補正と小惑星の強度分布の観測を一式のモニタ部7で実現できることである。
Third, the set of
〔他の実施形態〕
本発明のレーザ測距装置は、上述した実施形態の構成に限られるものではない。例えば、図2や図3の送光検出部4及び受光検出部8の機能を、モニタ部7に持たせた応用も可能である。本発明のレーザ測距装置が適用される機器としては小惑星探査機に限定されず、衛星搭載や航空機搭載のレーザ測距装置への応用も可能である。
[Other Embodiments]
The laser distance measuring device of the present invention is not limited to the configuration of the above-described embodiment. For example, an application in which the functions of the light transmission detection unit 4 and the light reception detection unit 8 in FIGS. 2 and 3 are provided in the
以上、本発明の好ましい実施形態や実施例を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲に含まれることはいうまでもない。 As mentioned above, although preferable embodiment and the Example of this invention were described, this invention is not limited to this. It goes without saying that various modifications are possible within the scope of the invention described in the claims, and these are also included in the scope of the present invention.
本発明の活用例として、小惑星探査機における航法支援のための測距装置及び対象惑星の反射率の観測ミッション、人工衛星や宇宙ステーションにおける地球観測に利用が可能である。 As an application example of the present invention, the present invention can be used for a ranging device for supporting navigation in an asteroid explorer, an observation mission for reflectance of a target planet, and earth observation on an artificial satellite or a space station.
1 レーザ発振器
2 送信光軸補正部
3 送信光学系
4 送光検出部
5 分離結合光学系
6 受信光学系
7 モニタ部
8 受光検出部
9 測距カウンタ部
10 制御部
11 電源部
21 光源手段
22 送信光軸補正手段
23 送信光学手段
24 受信光学手段
25 モニタ手段
26 カウント手段
27 制御手段
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記光源手段と前記送信光学手段との間の経路に挿入され、入力される制御信号に応じて前記レーザ光の送信光軸を補正する送信光軸補正手段と、
前記送信レーザ光が前記対象物で反射された受信レーザ光を入力する受信光学手段と、
前記送信光学手段から分岐した前記送信レーザ光の一部と、前記受信光学手段からの前記受信レーザ光とを導光する光学部品を含む分離結合光学系であって、前記送信光学手段から分岐した前記送信レーザ光の一部を前記受信レーザ光の前記受信光学手段への入力方向とは反対の方向から前記受信光学手段へ出力する分離結合光学系と、
前記送信レーザ光の一部及び前記受信レーザ光の一部を受けてモニタするモニタ手段と、
前記送信光学手段の前記送信レーザ光及び前記受信光学手段の前記受信レーザ光のタイミング情報から前記対象物までの距離を示すカウンタ情報を生成するカウント手段と、
前記カウント手段のカウンタ情報に基づいて前記対象物までの距離を算出すると共に、前記モニタ手段の監視結果に基づいて、前記送信光軸補正手段へ前記制御信号を出力する制御手段と、を有し、
前記受信光学手段は、前記分離結合光学系からの前記送信レーザ光の一部を前記モニタ手段へと分岐させるとともに前記受信レーザ光の一部を前記受信光学手段から前記モニタ手段へと分岐させる光学部品を含む、レーザ測距装置。 A transmission optical means for receiving the laser light from the light source means and outputting it as a transmission laser light to the object;
A transmission optical axis correction unit that is inserted in a path between the light source unit and the transmission optical unit and corrects the transmission optical axis of the laser beam according to an input control signal;
Receiving optical means for inputting the receiving laser light reflected from the object by the transmitting laser light;
A separation / coupling optical system including an optical component for guiding a part of the transmission laser light branched from the transmission optical means and the reception laser light from the reception optical means, and branched from the transmission optical means A separation and coupling optical system for outputting a part of the transmission laser light to the reception optical means from a direction opposite to the input direction of the reception laser light to the reception optical means;
Monitoring means for receiving and monitoring a part of the transmission laser light and a part of the reception laser light;
Counting means for generating counter information indicating a distance from the timing information of the transmission laser light of the transmission optical means and the reception laser light of the reception optical means to the object;
To calculate a distance to the object based on the counter information of the counting means, based on the monitoring result of the monitor means, have a, and a control means for outputting the control signal to the transmission optical axis correcting means ,
The receiving optical means splits a part of the transmission laser light from the separation / coupling optical system to the monitoring means and an optical to split a part of the receiving laser light from the receiving optical means to the monitoring means. Laser ranging device including parts .
前記送信レーザ光が前記対象物で反射された受信レーザ光を受信光学手段に入力し、
前記送信レーザ光の一部及び前記受信レーザ光の一部を受けてモニタ手段がモニタし、
前記送信レーザ光及び前記受信レーザ光のタイミング情報から前記対象物までの距離を示すカウンタ情報を生成し、
前記カウンタ情報に基づいて前記対象物までの距離を算出し、
前記送信レーザ光の一部及び前記受信レーザ光の一部のモニタ結果に基づいて、前記光源手段から前記送信光学手段へ出力される前記レーザ光の送信光軸を補正し、
前記送信光学手段から分岐した前記送信レーザ光の一部と、前記受信レーザ光とを導光する光学部品で、前記送信光学手段から分岐した前記送信レーザ光の一部を前記受信レーザ光の前記受信光学手段への入力方向とは反対の方向から前記受信光学手段へ出力し、
前記受信光学手段が有する光学部品で、前記送信レーザ光の一部を前記モニタ手段へと分岐させるとともに前記受信レーザ光の一部を前記受信光学手段から前記モニタ手段へと分岐させる、レーザ測距方法。 The transmission optical means receives laser light from the light source means and outputs it as a transmission laser light to the object,
The reception laser beam reflected by the object is input to the reception optical means, the transmission laser beam,
Monitor means receives a part of the transmission laser light and a part of the reception laser light,
Generating counter information indicating the distance from the timing information of the transmission laser beam and the reception laser beam to the object;
Calculate the distance to the object based on the counter information,
Based on the monitoring results of a part of the transmission laser light and a part of the reception laser light, the transmission optical axis of the laser light output from the light source means to the transmission optical means is corrected ,
An optical component for guiding a part of the transmission laser light branched from the transmission optical means and the reception laser light, and a part of the transmission laser light branched from the transmission optical means Output to the receiving optical means from a direction opposite to the input direction to the receiving optical means,
An optical component having said receiving optical means, Ru is branched and a portion of the received laser beam a portion of the transmission laser beam causes the branches to the monitoring means from the receiving optical means to said monitoring means, measuring laser Distance method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015078518A JP6561546B2 (en) | 2015-04-07 | 2015-04-07 | Laser distance measuring device and laser distance measuring method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015078518A JP6561546B2 (en) | 2015-04-07 | 2015-04-07 | Laser distance measuring device and laser distance measuring method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016200407A JP2016200407A (en) | 2016-12-01 |
JP6561546B2 true JP6561546B2 (en) | 2019-08-21 |
Family
ID=57422872
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015078518A Active JP6561546B2 (en) | 2015-04-07 | 2015-04-07 | Laser distance measuring device and laser distance measuring method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6561546B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108594209A (en) * | 2018-03-28 | 2018-09-28 | 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 | A kind of laser ranging light axis consistency dynamic calibration method and system |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0820510B2 (en) * | 1993-01-19 | 1996-03-04 | 株式会社エイ・ティ・アール光電波通信研究所 | Optical communication system Optical system alignment adjustment system |
JPH07159534A (en) * | 1993-12-08 | 1995-06-23 | Toshiba Corp | Laser range-finding device |
JP5568893B2 (en) * | 2009-06-05 | 2014-08-13 | 日本電気株式会社 | Laser ranging device and laser ranging method |
-
2015
- 2015-04-07 JP JP2015078518A patent/JP6561546B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2016200407A (en) | 2016-12-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10458904B2 (en) | Differential absorption lidar | |
JP6621580B2 (en) | Laser measurement system and method | |
US11268806B2 (en) | Dynamical locking of optical path times using entangled photons | |
CN102230788B (en) | Self-calibration device and method for measuring parallelism of laser receiving and transmitting optical axes | |
CN105308475B (en) | Low drift reference for lidar | |
WO2018059233A1 (en) | Terahertz full-polarization-state detection spectrograph | |
CN109332879B (en) | Michelson interference-based online galvanometer positioning precision correction processing system and method | |
US8399872B2 (en) | System and method for using an optical isolator in laser testing | |
WO2015122349A1 (en) | Orientation variation measurement system, satellite, and orientation variation measurement method | |
RU153460U1 (en) | DEVICE FOR REGISTRATION OF REINFORCEMENT STRENGTHENING IN THE ATMOSPHERE | |
US20210396880A1 (en) | Optical distance measurement device | |
JP6561546B2 (en) | Laser distance measuring device and laser distance measuring method | |
US20230141009A1 (en) | Laser power monitoring device and laser power monitoring method | |
EP3368854B1 (en) | Boresight alignment module | |
CN103364795B (en) | The optical imaging system of synthetic aperture laser imaging radar and optical imaging method | |
US10803996B2 (en) | Plasma diagnosis system using multiple-reciprocating-pass Thompson scattering | |
CN111693257A (en) | Array collimation laser parameter detection device | |
EP3789786B1 (en) | Laser radar device | |
CN103234629B (en) | Device for simultaneously measuring positions and angles of two optical beams on same incident plane | |
KR102099119B1 (en) | Plasma diagnostic system using multiple round trip Thomson scattering | |
Zhou et al. | A synthetic aperture imaging ladar demonstrator with Ø300mm antenna and changeable footprint | |
CN110186568B (en) | Photon mixing terahertz wave detection device | |
US10520360B1 (en) | Automated power-in-the-bucket measurement apparatus for large aperture laser systems | |
CA2807120A1 (en) | Three-dimensional optical resonance device, polarized laser oscillation method, and polarized laser oscillation system | |
US20150226606A1 (en) | Method and Apparatus for Reducing Pointing-Error Noise |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20180315 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20190111 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20190122 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190320 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20190625 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20190708 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6561546 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |