JPH04297887A - レーザ測距装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はレーザパルスを目標に
向けて出射し、目標で反射された上記レーザパルスを受
信して上記レーザパルスの上記出射時刻と上記受信時刻
の時間差から上記目標までの距離を求めるレーザ測距装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図２は例えば三菱電機（株）から販売さ
れている型名ＨＬ−１０Ｍのレーザ測距装置の構成図で
あり、市販されているレーザ測距装置のほとんどは同様
の構成となっている。図において１は送信光学系、２は
レーザ発振器、３は発振器制御器、４は受信光学系、５
はレーザ受光器、６はしきい値処理器、７はカウンタ、
８はクロック発生器、９は距離計算器、１０は残留光受
光器である。なお、図中破線はレーザ光の、実線は電気
信号の流れを示す。

【０００３】次に動作について説明する。発振器制御器
３はレーザ発振器２にレーザパルスを発振させる信号を
発生する。送信光学系１は上記レーザパルスを測距すべ
き目標に向け出射する。上記送信光学系１は上記レーザ
パルスの波長に対して高透過率を有するが、若干の残留
反射が存在するため上記レーザパルスをわずかに反射す
る。残留光受光器１０は上記わずかに反射されたレーザ
パルスを受光し電気信号に変換する。カウンタ７は上記
残留光受光器１０からの電気信号によりクロック発生器
８からのクロックのカウントを開始する。

【０００４】一方、受信光学系９は上記目標に向けて出
射されたレーザパルスの目標からの反射光を集光しレー
ザ受光器５に入力する。レーザ受光器５は上記目標から
の反射光を電気信号に変換する。しきい値処理器６は上
記レーザ受光器５からの電気信号があらかじめ設定され
たしきい値を越えると信号を発生する。カウンタ７はし
きい値処理器６からの信号によりクロック発生器８から
のクロックのカウントを停止する。距離計算器９は上記
カウンタ７のカウント数Ｎとクロックの周期ｔｃを用い
て式（１）で目標までの距離Ｒを求める。ここで、Ｃは
光速である。

【０００５】

【数１】

【０００６】ところで、従来のレーザ測距装置は目標ま
での距離を測定するためには、受光器５からの電気信号
がしきい値処理器６であらかじめ設定されたしきい値を
越えねばならない。このしきい値は所要のＦＡＲ（フォ
ールス・アラーム・レート）および検出確率が得られる
よう設定されるが、上記ＦＡＲおよび検出確率はレーザ
測距装置を特定の条件で運用する場合を想定して決定さ
れる。

【０００７】上記特定の条件とは測定すべき目標までの
最大距離、霧や雨などの気象条件や目標のレーザパルス
に対する反射率・反射面積などである。しかし、上記特
定の条件のうち気象条件や目標の反射率および反射面積
は実際にレーザ測距装置を運用する場合においては当て
はまらないことが多い。つまり、気象条件は通常かなり
減衰の小さな大気状態を想定しているが、霧や雨など気
象条件の変化によりレーザパルスの大気の減衰が大きく
なる場合が頻繁に発生するし、また、目標の種類によっ
てはレーザパルスをほとんど反射しなかったり、反射面
積が小さかったりする。さらに、近未来においてはステ
ルス技術の進展により目標が特定の波長のレーザパルス
をほとんど反射しなくなったり、目標の反射面積が小さ
くなったりする場合が予測される。このような場合、受
光パワーが減少することによりレーザ受光器５からの電
気信号の信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）が減少するため、上記
ＦＡＲおよび検出確率を確保して測距することができな
くなり、気象条件や目標の条件の変化に対して極めて適
用性が低い。

【０００８】ところで、上記条件のうち大気の減衰や目
標の反射率はレーザパルスの波長に依存するため、条件
によっては、ある波長λ１　に対しては上記大気の減衰
が大きくかつ上記目標の反射率が小さくとも、別の波長
λ２　に対しては上記大気の減衰が比較的小さくかつ上
記目標の反射率が比較的大きい場合がある。したがって
、波長の異なるレーザ測距装置を複数台用意してそれら
のうちから上記λ２　に近い波長のレーザ測距装置を選
択すれば気象条件の変化、目標の種類の変化やステルス
化にある程度対応できることが推測される。実際にはλ
２　をあらかじめ知ることは困難であるため上記複数台
のレーザ測距装置で順次測距してみて、測距できるもの
選択することになる。波長の異なるレーザ測距装置とし
ては、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ発振器を用いた波長１．０６
μｍの上記従来例で示した三菱電機（株）製の型名ＨＬ
−１０Ｍ、Ｅｒ：ガラスレーザ発振器を用いた波長１．
５４μｍの日本電気（株）製の型名ＳＬＤ２００３やＣ
Ｏ２　レーザ発振器を用いた波長１０．６μｍのＦＥＲ
ＲＡＮＴＩ製の型名３１１などが利用できる。

【０００９】ところが、これらのレーザ測距装置のレー
ザ発振器の出力パワーは、かなり減衰の小さい大気状態
で反射率０．５程度の比較的大きな反射面積を持つ目標
に対して１０ｋｍ程度を測距できる程度であり、濃い霧
や雨などが発生すると全ての波長の光が減衰されるため
、上記のように減衰率の小さな波長のレーザ測距装置を
選択するだけではもはや対応できず、受光パワー不足に
より所要のＦＡＲおよび検出確率を確保して測距するこ
とができない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来のレーザ測距装置
は以上のように構成されていたので、気象条件や目標の
種類により検出確率が低下した。また波長の異なる複数
のレーザ測距装置を使用するにしても、減衰率の小さな
レーザ測距装置を用いるだけでは必要なＦＡＲと検出確
率が得られないという課題があった。この発明は上記の
ような問題点を解決するためになされたもので、大気の
減衰が大きくなったり、目標の反射率や反射面積が小さ
くなったりしても、所要のＦＡＲおよび検出確率を確保
して測距できる気象条件や目標の条件の変化に対して極
めて適用性の高いレーザ測距装置を構成することを目的
とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明に係わるレーザ
測距装置は、異なる波長のレーザパルスを発振し目標に
送出するレーザ発振器と、発振されたレーザパルスの目
標からの反射波をそれぞれ受信する複数のレーザ受信器
と、複数のレーザ発振器を必要に応じて選択し制御する
発振器選択制御器と、複数のレーザ受信器の出力を必要
に応じて選択し、伝搬時間を合せて加算する加算器と、
加算器出力をしきい値処理するしきい値処理器を設けた
。

【００１２】

【作用】この発明におけるレーザ測距装置においては、
発振器選択制御器はひとつ以上の発振器を発振させ、こ
れにより目標から反射してきたレーザを受けて加算され
た加算器出力が、予め設定されたしきい値を越えると計
測出力となる。

【００１３】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１はこの発明の一実施例の構成図である。図１
において、６はしきい値処理器、７はカウンタ、８はク
ロック発生器、９は距離計算器、１１は第１のレーザ発
振器、１２は第２のレーザ発振器、１３は第３のレーザ
発振器、１４は第４のレーザ発振器、１５は第１の送信
光学系、１６は第２の送信光学系、１７は第３の送信光
学系、１８は第４の送信光学系、１９は第１の受信光学
系、２０は第２の受信光学系、２１は第３の受信光学系
、２２は第４の受信光学系、２３は第１のレーザ受光器
、２４は第２のレーザ受光器、２５は第３のレーザ受光
器、２６は第４のレーザ受光器、２７は受光器選択器、
２８は加算器、３１は発振器選択制御器である。なお、
図中破線はレーザ光の、実線は電気信号の流れを示す。

【００１４】第１のレーザ発振器１１、第２のレーザ発
振器１２、第３のレーザ発振器１３および第４のレーザ
発振器１４はそれぞれ異なる波長のレーザパルスを発振
する。これらの波長としては大気の減衰の小さいものを
用いる。例えば大気の減衰率の小さい波長帯としては１
〜１．１μｍ帯、１．５〜１．７μｍ帯、２〜２．３μ
ｍ帯、３．５〜４．１μｍ帯および１０μｍ帯が知られ
ている。

【００１５】ここでは、第１のレーザ発振器１１の波長
として１〜１．１μｍ帯を用いることとし、これは例え
ば波長１．０６４μｍのＮｄ：ＹＡＧレーザを用いるこ
とにより実現できる。また、第２のレーザ発振器１２の
波長として２〜２．３μｍ帯を用いることとし、これは
例えば波長２．１μｍのＨｏ：ＹＡＧレーザを用いるこ
とにより実現できる。また、第３のレーザ発振器１３の
波長として３．５〜４．１μｍ帯を用いることとし、こ
の波長としては例えば上記Ｎｄ：ＹＡＧレーザを励起光
、波長１．５７９μｍの半導体レーザを信号光とし、Ｋ
ＴＰ結晶を用いたパラメトリック発振で３．２６μｍの
波長を実現できる。さらに、第４のレーザ発振器１４の
波長として１０μｍ帯を用いることとし、これは例えば
波長１０．６μｍのＣＯ２　レーザを用いることにより
実現できる。ただし、ここで用いたレーザ発振器の種類
、換言すれば波長の種類は一例にすぎず、この発明はこ
れに限るものではない。

【００１６】第１の送信光学系１５、第２の送信光学系
１６、第３の送信光学系１７および第４の送信光学系１
８は、それぞれ第１のレーザ発振器１１、第２のレーザ
発振器１２、第３のレーザ発振器１３および第４のレー
ザ発振器１４から発振されるレーザパルスを所要の広が
り角度に調節して目標に向けて出射する。第１の受信光
学系１９、第２の受信光学系２０、第３の受信光学系２
１および第４の受信光学系２２は、目標で反射された第
１のレーザ発振器１７、第２のレーザ発振器１８、第３
のレーザ発振器１９および第４のレーザ発振器２０から
発振されたレーザパルスをそれぞれ第１のレーザ受光器
２３、第２のレーザ受光器２４、第３のレーザ受光器２
５および第４のレーザ受光器２６に集光する。上記受信
光学系はそれぞれ集光するレーザパルスの波長に対して
透過率が高く、また上記レーザ受光器はそれぞれ受光す
るレーザパルスの波長に対して感度が高く不要な光を遮
断するため狭帯域な光学的フィルタが挿入されている。

【００１７】発振器選択制御器３１は第１のレーザ発振
器１１、第２のレーザ発振器１２、第３のレーザ発振器
１３および第４のレーザ発振器１４から１台あるいは複
数台を選択しレーザ発振信号を出して同時に発振させる
とともにカウンタ７に信号を送りクロック発生器８から
のクロックのカウントを開始させる。上記同時に発振さ
れたレーザパルスは目標で反射された後、上記第１のレ
ーザ受光器２３、第２のレーザ受光器２４、第３のレー
ザ受光器２５および第４のレーザ受光器２６に同時に到
来する。受光器選択器２７はスイッチで構成され発振器
選択制御器３１で選択されたレーザ発振器に対応するレ
ーザ受光器と加算器２８を接続する。選択されたレーザ
受光器はレーザパルスを受光して電気パルス信号に変換
し、これらの電気パルス信号は加算器２８で加算される
。ここで、受光器選択器２７を介して第１のレーザ受光
器２３、第２のレーザ受光器２４、第３のレーザ受光器
２５および第４のレーザ受光器２６から加算器２８に至
る信号の伝搬時間を等しく設定しているため、上記電気
パルス信号は時間的にずれることなく加算される。上記
伝搬時間を等しくするには伝搬線路長を等しくしたり、
あるいは伝搬線路中に遅延線を挿入して伝搬時間を調節
すればよい。

【００１８】いま、受光器選択器２７で選択されたレー
ザ受光器の台数をＭ台とし、Ｍ台のうちのｉ番目のレー
ザ受光器からの電気パルス信号の信号成分および雑音成
分を電圧表示でそれぞれｓｉ　（ｔ）およびｎｉ　（ｔ
）とする。ここでｔは時間を示す。ｉ番目のレーザ受光
器の出力のＳ／ＮをＳｎｉ　、加算器２８の出力のＳ／
ＮをＳｎＭ　とすると、それぞれ式（２）および式（３
）で与えられる。ただし、＜＞は時間平均を示す。

【００１９】

【数２】

【００２０】

【数３】

【００２１】例えば、各レーザ受光器のｓｉ　（ｔ）お
よびｎｉ（ｔ）がそれぞれ等しい場合、式（２）および
式（３）からわかるように加算器２８の出力の雑音成分
のパワーはレーザ受光器１台当りのＭ倍となり、信号成
分のパワーはＭ２　倍となる。その結果、ＳｎＭ　はＳ
ｎｉ　のＭ倍に向上できる。

【００２２】しきい値処理器６は上記加算器２８からの
電気パルス信号があらかじめ設定したしきい値をこえれ
ば信号を発生しカウンタ７のカウントを停止させる。距
離計算器９がカウンタ７のカウント数を用いて目標まで
の距離を求めるのは従来例と同様である。ところで、上
記しきい値はあらかじめ見積られる雑音レベルに対して
、所要のＦＡＲおよび検出確率を得るべく設定される。 上記のようにＭ台のレーザ受光器からの電気パルス信号
を加算する場合、雑音レベルはＭに応じて増減する。し
たがって、しきい値処理器６はＭに応じて雑音レベルを
見積もって上記しきい値を設定するか、あるいは雑音レ
ベルがＭによらずほぼ一定になるようしきい値処理器６
に入力した電気パルス信号のレベルを制御する。 後者の方法は例えばしきい値処理器６に入力した電気パ
ルス信号のパワーを１／Ｍにすればよく、雑音パワーは
常に１台のレーザ受光器からの雑音パワーに保たれる。

【００２３】ところで、気象条件などは時々刻々と変化
するためこの発明のレーザ測距装置を運用するに当り、
どのレーザ発振器を選択すれば加算器２８の出力におい
て所要のレベルおよびＳ／Ｎを持つ信号が得られるかを
あらかじめ知ることは困難である。このため、まず順番
に１台のレーザ発振器で測距し、測距できなければ２台
の組合せ、３台の組合せというふうに台数を増加させて
いけばよい。したがって、大気の減衰が大きくなったり
、目標の反射率や反射面積が小さくなったりして従来の
レーザ測距装置では測距不可能な場合でも適切なレーザ
発振器の組合わせを選択すれば所要のＦＡＲおよび検出
確率を確保して測距できる利点がある。

【００２４】ところで、近年レーダに対するステルス技
術が検討されレーダの反射率や反射面積の小さな目標が
考えられているが、近未来レーザパルスに対してもレー
ダと同様にステルス技術が進展し、特定の波長の光に対
し反射率が非常に小さい材質や塗料を用いた目標が考え
られてくると予測される。このような目標に対しては、
従来例のように１台のレーザ発振器だけではその波長に
対してステルス化されていれば測距不可能となる。しか
し、複数の波長帯に対してステルス化するのは非常に困
難なため、この発明のように複数の波長帯のレーザ発振
器を用いて測距すればステルス化を無効にできる。さら
に、ステルス技術の一つとして目標形状を丸くし反射面
積を小さくするようなことも予測されるが、本発明は複
数波長のレーザパルスを目標に照射し、目標からの反射
光の受信信号を加算することによりＳ／Ｎを改善できる
ため、従来例のように１台のレーザ発振器だけでは目標
の反射面積の減少に伴うＳ／Ｎ不足により測距不可能と
なる場合に対しても、所要のＦＡＲおよび検出確率を確
保して測距できる利点がある。

【００２５】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、波長の
異なる複数のレーザ発振器を備え、レーザ受信機をそれ
ぞれ１台あるいは複数台選択し、上記複数台のレーザ受
信器の出力を加算してＳ／Ｎを改善することにより、大
気の減衰が大きい場合や、ステルス化により目標の反射
率や反射面積が小さくなった場合でも所要のＦＡＲおよ
び検出確率を確保して測距できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例によるレーザ測距装置の構
成図である。

【図２】従来のレーザ測距装置の構成図である。

【符号の説明】

６　　しきい値処理器 １１〜１４　　レーザ発振器 ２３〜２６　　レーザ受信器 ２７　　受信器選択器 ２８　　加算器 ３１　　発振器選択制御器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　異なる波長のレーザパルスを発振し目
   標に送出するレーザ発振器と、上記発振されたレーザパ
   ルスの目標からの反射波をそれぞれ受信する複数のレー
   ザ受信器と、上記複数のレーザ発振器を必要に応じて選
   択し制御する発振器選択制御器と、上記複数のレーザ受
   信器の出力を必要に応じて選択し、伝搬時間を合わせて
   加算する加算器と、加算器出力をしきい値処理するしき
   い値処理器を設けたことを特徴とするレーザ測距装置。