JPH0564750B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、航空機、船舶などから海面等にパル
スレーザを照射し、そのエコーにより水深を遠隔
測定するレーザ測深装置に関する。

（従来の技術） 従来のレーザ測深装置の構成の概略を説明す
る。第３図は従来のレーザ測深装置の構成を示す
ブロツク図である。パルスレーザ装置１の出力ビ
ーム２を送信光学系３を通して海面に向けて照射
する。照射されたレーザ光は海面４、海水中およ
び海底５で反射され、それぞれの反射信号は、受
信光学系６にて受信される。

パルスレーザ装置１には、例えばYAGレーザ
の基本波（波長：1064μｍ）と、その高調波（波
長：532nm）を使用し、受信光学系６を経たレー
ザ光はビームスプリツター７により基本波と高調
波とに分離され、狭帯域の基本波パスフイルター
８と狭帯域の高調波パスフイルター９により背景
光を除去し光電変換素子としての光電子増倍管１
０および同１１にてそれぞれ反射信号を検出す
る。

光電子増倍管１１にはゲートのかけられるもの
を使用する。従来のレーザ測深装置は基本波のレ
ーザ光は、海水中の吸収、散乱が大きく、海面反
射光のみが受信され、海底からの反射光は、高調
波のレーザ光のみであることを利用している。

すなわち光電子増倍管１０では海面からの反射
光を検出する。光電子増倍管１０の出力を増幅器
１２で増幅した後、トリガ検出回路１３へ加え
る。トリガ検出回路１３は高圧パルサー１５へト
リガパルスを出力し、高圧パルサー１５では適当
な遅延時間をもたせ、光電子増倍管１１を動作さ
せるためのゲートパルスを出力する。また、トリ
ガ検出回路１３の出力パルスを時間差検出回路１
６のスタートパルスとして用いる。

海底からの反射光である高調波は、光電子増倍
管１１で検出され、増幅器１２で増幅されトリガ
検出回路１４へ導びかれてトリガパルスを出力す
る。このパルス出力は時間差検出回路１６へ加え
られストツプパルスとして作用する。結局海面か
らの反射光によるパルスをスタートパルスとし海
底からの反射光によるパルスをストツプパルスと
しているので時間差検出回路１６の出力から水深
が得られることになる。

このような装置で得られる反射（エコー）信号
の一例を第４図に示す。第４図ａは光電子増倍管
１０で検出される海面からの反射信号であり、第
４図ｂは光電子増倍管１１で検出される海面およ
び海底からの反射信号である。

第４図ｂにおいて、パルスレーザ装置１より送
り出されたレーザ光は、大気で減衰を受け、その
一部を後方散乱しながら（イ部に対応）海面に達
し約２％の光は海面で反射される（ロ部に対応）。
残りの海面下に入射した光は、海中で減衰を受
け、その一部を後方散乱しながら（ハ部に対応）
海面に達し、海底で反射される（ニ部に対応）。
そして背景光雑音レべル（ホ部に対応）に落ちつ
く。このようなエコー信号のロ部およびニ部の立
上がり時刻差を求めれば水深が測定できる。

ここで、光電子増倍管１１にて検出すべき高調
波の海面からのエコー信号と海底からのエコー信
号のレべル差が問題となる。実用上必要とされる
測定深度１〜30ｍと海水の透明度とを考慮する
と、レーザ光は海水中の吸収、散乱により減衰
し、海底からのエコー信号は非常に低い。従つて
光電子増倍管には高いバイアス電圧を印加し、微
弱光検出が可能な状態にして使用しなければなら
ない。一方海面からのエコー信号は、海底からの
エコー信号と比較して少なくとも10⁵倍以上高い
レべルを示す。

従つて海底からの微弱光の数十ナノ秒〜数百ナ
ノ秒前に光電子増倍管１１の光電面にそのダイナ
ミツクレンジを越える強力な光が入射されること
になる。

（発明が解決しようとする問題点） 上述した従来のレーザ測深装置においては、微
弱光を検出するための光電子増倍管に、桁違いの
強力な光も入射される。高速にゲート動作させる
ために、あらかじめ光電陰極にバイアス電圧を印
加させておき、陽極との中間電極に低電圧パルス
を印加しゲートのオンオフをさせる。

従つて、強力な光入射により多大な量の光電子
が放出された後、数十ナノ秒後に微弱光が入力さ
れた場合、微弱光は、充分に光電変換されない為
に、海底からのエコー信号が受信される瞬間にゲ
ートオンしても、検出能力が低いという欠点があ
る。

本発明の目的は、海面等の水面および水面に近
い水中からの強力な反射光があつても海底等の水
底からの微弱な反射光が充分に光電変換され検出
されるレーザ測深装置を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明のレーザ測深装置は、上記の目的を達成
するために次の構成を有する。

レーザ光源からパルス状のレーザビームを水面
に照射し、水面および水底からのそれぞれのレー
ザ反射光を光電子増倍管を用いた光電変換装置で
受光し、両反射光の立上り時間差から水深を測定
するレーザ測深装置において、レーザ光源のレー
ザパルス送信時点と該レーザパルス送信による水
面からの反射光の受信時点との時間差を測定する
時間差測定手段と； 該時間差測定手段から時間差情報を受けそれに
基づいて、次のレーザパルス送信時点から前記測
定された時間差だけ遅延した時点又はそれより微
調整用時間分だけ前の時点にトリガーパルスを発
生する遅延時間設定手段と；該遅延時間設定手段
から前記トリガーパルスを受けて、水面および水
中からの強力な反射光が継続する時間に対応させ
て予め設定された時間幅を有するゲートパルスを
発生するゲートパルス発生器と；該ゲートパルス
を受けてそのゲートパルス幅時間の間、到来した
レーザ反射光が光電子増倍管へ入射するのを阻止
する光シヤツター装置と；を有する。

（作用） 本発明のレーザ測深装置は以上の構成を有する
から、水面や水面に近い水中から強力なレーザ光
が反射されてレーザ測深装置に到達しても、その
到達のタイミングに合わせて、時間差測定手段と
遅延時間設定手段とからなるタイミング設定手段
からのトリガーパルス信号によりゲートパルス発
生器がゲートパルスを発生し、このゲートパルス
が光シヤツター装置へ加えられて、光シヤツター
装置はゲートパルスの幅に相当する時間レーザ光
の通過を阻止する。そしてこのゲートパルスの幅
は水面および水中からの強力な反射光の通過は阻
止するが、強力な反射光より時間的に後に到達す
る水底からの微弱な反射光の通過は阻止しないよ
うな幅に設定される。従つて、水面や水中から反
射されて来た強力なレーザ光は光電子増倍管に入
射しない。

このため、従来のレーザ測深装置におけるよう
な、水面からの強力な反射光のために光電子増倍
管で多量の光電子放射が行われ、その後に続く水
底からの微弱な反射光の光電変換が充分行われず
反射光の検出能力が低下するという問題がなくな
る。

（実施例） 以下本発明にかかるレーザ測深装置の実施例を
図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す構成図であ
り、第２図は、各部の波形図であり記号Ａ，Ｂ，
Ｃ等は第１図中の同一記号を付した点の波形であ
ることを示す。１７は反射鏡、１８は干渉フイル
タ、１９は偏光子、２０は検光子、２１は光シヤ
ツタ素子、２２は光シヤツタ素子用の高圧パルサ
ー、２３は海面までの高度を測定する時間差測定
回路、２４は遅延時間設定回路、２５は自動バイ
アス設定回路、２６は光検出素子である。

なお、その他の構成要素で、第３図の従来例と
同一機能を有するものについては同一の符号を付
してその説明を省略する。

パルスレーザ装置１には、繰り返し周波数30〜
400Hz、波長500nm前後の、例えば、色素レーザ
又はYAGレーザの高調波を用いる。海面および
海底からの反射エコー信号は、反射鏡１７、干渉
フイルター１８、偏光子１９、光シヤツタ素子２
１、検光子２０を通つて光電子増倍管１１に入射
する（第２図Ｂ−ａ参照）。

偏光子１９と検光子２０の関係は、偏光子１９
を通つた偏光成分の光ビームが検光子２０を通過
するようにしておく。光検出素子２６は、パルス
レーザ装置１のパルス出力の１部を検出し、その
出力パルス（第２図Ａ−ａ）は時間差測定回路２
３に導びかれる。海面からの反射エコー信号もま
た時間差測定回路２３に導びかれ（第２図Ｃ−
ａ）、レーザ出力パルスと海面からの反射エコー
信号との時間差を測定し、その時間差情報を遅延
時間設定回路２４へ送る。

遅延時間設定回路２４へは別に光検出素子２６
からレーザパルス送信毎の出力パルスが加えられ
ており、この出力パルスの現れる時点を基準とし
て前述の時間差分だけ遅延した時点にトリガーパ
ルス（第２図Ｄ）を出力し、このトリガーパルス
はゲートパルス発生器である高圧パルサー２２へ
送られる。高圧パルサー２２はこのトリガーパル
スを起動トリガーとして予め設定された時間幅の
ゲートパルスを発生する（第２図Ｆ）。この時間
幅は水面（海面）および水面に近い水中（海中）
からの強力な反射光が継続する時間幅に対応させ
て設定されるが、実際には、測深の最小水深（通
常５ｍ）に相当する時間幅に設定される。即ち、
その位の深度までの反射光が光電子増倍管を飽和
させる程度に強力な反射をするということであ
る。なおゲートパルスの立ち上りは水面（海面）
からの強力な反射光信号が立ち上がる前に立ち上
るようにすべきであるので、ゲートパルスの立ち
上りが傾斜するなどして、光シヤツター装置の阻
止動作がその分だけ遅れるような場合には、遅延
時間設定回路２４における遅延時間の設定は、時
間差測定回路２３からの時間差分より、微調整分
だけ短くする。こうして光シヤツタ素子２１に所
定電圧のゲートパルス（第２図Ｆ）を印加すると
その間、光シヤツター素子２１からの出射ビーム
は検光子２０と直交した偏光軸となり、検光子に
より阻止される。従つて海面からの反射エコーは
減衰され、わずかなもれ光だけが光電子増倍管１
１に入射されることになる（第２図Ｂ−ｂ）。

従つて、光電子増倍管１１への強力なレーザ光
入射がなくなるので多量の光電子放出ということ
がなくなり海底からの微弱な光信号に対して充分
な光電変換が行われる。一方海底からの反射エコ
ーが到達した時は光シヤツター素子２１へのゲー
トパルスがオフになつているので、そのまま、検
光子２０を通過し、以上の他本実施例では、光電
子増倍管１１にもゲートパルスを加えている。こ
のゲートパルスは、光シヤツター装置の阻止動作
が終わつた直後から最大測定水深に相当する時間
までの間だけ光電子増倍管１１を動作させるよう
にするゲートパルスである。このため、遅延時間
設定回路２４は、前述の高圧パルサー２２へ送る
トリガーパルス（第２図Ｄ）の他に、このトリガ
ーパルスよりも更に、高圧パルサー２２の発生す
るゲートパルスの幅と同じかそれよりもわずか広
い時間分だけ遅延したトリガーパルス（第２図
Ｅ）を発生する。この遅延時間は固定した値で予
め遅延時間設定回路２４中に設定される。

こうして得られたトリガーパルス（第２図Ｅ）
は高圧パルサー１５へ送られ、高圧パルサー１５
はこのトリガーパルスに起動されて、光電子増倍
管１１の動作をオンにするゲートパルスを発生
し、光電子増倍管１１へ印加する。そしてこのゲ
ートパルスの幅は最大測定水深（例えば50ｍ）を
カバーする幅に設定される。こうして、光電子増
倍管１１からは、海底からのエコー信号のみ出力
される（第２図Ｃ−ｂ）。自動バイアス設定回路
２５は、光電子増倍管１１の出力信号レべルによ
り光電子増倍管１１へのバイアス電圧を自動設定
するためのものであり、海面からの反射光検出時
には低電圧を、海底からの反射光検出時には高電
圧を光電子増倍管に印加する。

こうして得られた光電子増倍管の出力は増幅器
１２で増幅された後トリガ検出回路１４へ加えら
れ、ここで海底からのエコー信号に対応するトリ
ガが検出される。このトリガ信号は時間差検出回
路１６へ加えられる。時間差検出回路１６へは、
時間差測定回路２３から海面からのエコー信号に
対応するパルス信号も加えられ、このパルス信号
をスタートパルスとし、トリガ検出回路１４から
のトリガ信号をストツプパルスとして時間差を検
出し深度を測定する。

（発明の効果） 本発明のレーザ測深装置は、以上説明したよう
に、ゲートパルス信号を受けて光電子増倍管への
レーザ光入射を阻止する光シヤツター装置と、該
光シヤツター装置へ所定の幅のゲートパルスを送
出するゲートパルス発生器と、該ゲートパルス発
生のタイミングを水面からの反射光が到達するタ
イミングに設定するタイミング設定手段とを有し
ており、水面や水面に近い水中から強力なレーザ
光が反射されてレーザ測深装置に到達しても、そ
の到達のタイミングに合わせて、タイミング設定
手段からの信号によりゲートパルス発生器がゲー
トパルスを発生し、このゲートパルスが光シヤツ
ター装置へ加えられて、光シヤツター装置はゲー
トパルスの幅に相当する時間レーザ光の通過を阻
止する。そしてこのゲートパルスの幅は水面およ
び水中からの強力な反射光の通過は阻止するが、
強力な反射光より時間的に後に到達する水底から
の微弱な反射光の通過は阻止しないような幅に設
定される。従つて、水面や水中から反射されて来
た強力なレーザ光は光電子増倍管に入射しない。

このため、従来のレーザ測深装置におけるよう
な、水面からの強力な反射光のために光電子増倍
管で多量の光電子放射が行われ、その後に続く水
底からの微弱な反射光の光電変換が充分行われず
反射光の検出能力が低下するという問題がなくな
る。その結果、本発明を適用すれば、海底などか
らの微弱な反射光の検出能力を向上した測深精度
の高いレーザ測深装置を実現できるという利点が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の構成を示すブロツク
図、第２図は、第１図の構成における各部の信号
波形を示す図、第３図は従来のレーザ測深装置の
構成を示すブロツク図、第４図は従来のレーザ測
深装置の信号波形図である。 １……パルスレーザ装置、２……出力ビーム、
３……送信光学系、４……海面、５……海底、６
……受信光学系、７……ビームスプリツター、８
……基本波パスフイルター、９……高調波パスフ
イルター、１０，１１……光電子増倍管、１２…
…増幅器、１３，１４……トリガ検出回路、１５
……高圧パルサー、１６……時間差検出回路、１
７……反射鏡、１８……干渉フイルタ、１９……
偏光子、２０……検光子、２１……光シヤツタ素
子、２２……高圧パルサー、２３……時間差測定
回路、２４……遅延時間設定回路、２５……自動
バイアス設定回路、２６……光検出素子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ レーザ光源からパルス状のレーザビームを水
   面に照射し、水面および水底からのそれぞれのレ
   ーザ反射光を光電子増倍管を用いた光電変換装置
   で受光し、両反射光の立上り時間差から水深を測
   定するレーザ測深装置において、レーザ光源のレ
   ーザパルス送信時点と該レーザパルス送信による
   水面からの反射光の受信時点との時間差を測定す
   る時間差測定手段と；該時間差測定手段から時間
   差情報を受けそれに基づいて、次のレーザパルス
   送信時点から前記測定された時間差だけ遅延した
   時点又はそれより微調整用時間分だけ前の時点に
   トリガーパルスを発生する遅延時間設定手段と； 該遅延時間設定手段から前記トリガーパルスを
   受けて、水面および水中からの強力な反射光が継
   続する時間に対応させて予め設定された時間幅を
   有するゲートパルスを発生するゲートパルス発生
   器と；該ゲートパルスを受けてそのゲートパルス
   幅時間の間、到来したレーザ反射光が光電子増倍
   管へ入射するのを阻止する光シヤツター装置と； を有することを特徴とするレーザ測深装置。