JPH0875853A - 時分割多波長光波計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 制約された場所に収納でき、集光された光量
を大きく損なわず、アクティブ計測とパッシブ計測を両
立させて光波領域の複数波長帯域にわたる計測が行なえ
る。 【構成】 アクティブ計測時には、光学フィルタ部５の
受光帯域波長をレーザ送信部２の送信帯域波長に合わ
せ、レーザ送信部２よりレーザ光を目標Ｗに向けて発射
させる。目標Ｗからの反射光波は光学フィルタ部５で受
光帯域波長のみが通過し、受光部６に検出されて信号処
理される。パッシブ計測時には、光学フィルタ部５の受
光帯域波長を目標Ｗから放射される赤外線に対応して選
択的に切り換え、レーザ光の発射は停止させる。目標Ｗ
からの赤外線は光学フィルタ部５で受光帯域波長のみが
通過し、受光部６に検出されて信号処理される。以上の
アクティブ計測とパッシブ計測をモード制御部１の切換
動作により単一波長帯域または異なる複数の波長帯域に
て時分割に行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、制約された場所に単
一または複数の波長領域のレーザ送信手段と、単一また
は複数の波長領域の反射及び放射赤外線検知手段を収納
し、時分割でアクティブ方式動作とパッシブ方式動作を
する多波長光波計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、多波長光波計測装置を実現する場
合、目標の物体から放射される赤外線を受光するパッシ
ブ方式光波計測においては、図３に示す受光面分割方式
と、図４に示す多段受光方式とが知られている。

【０００３】図３の受光面分割方式は、波長感度特性の
異なる２組の光学フィルタ１１ａ，１１ｂと受光素子１
２ａ，１２ｂを集光レンズ１３の焦点面に同心状に分割
配置することにより、二波長の入射光を分離、検出する
ようにしたものである。

【０００４】図４の多段受光方式は、波長感度特性の異
なる２組の光学フィルタ２１ａ，２１ｂと受光素子２２
ａ，２２ｂを集光レンズ２３の光軸Ｌ−Ｌ方向に多段に
配置することにより二波長の入射光を分離、検出するよ
うにしたものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した受
光面分割方式および多段受光方式による構成を限られた
収納場所、例えば飛しょう体内に適用した場合、図３の
受光面分割方式では、集光レンズ１３によって集光され
た入射光の検知エネルギーの感度が受光面の面積によっ
て決まるが、入射光が受光面の分割に対応した比率で配
分される構成なので、受光面が１つのものに比べて光学
系の有効視野内の入射光の利用効率が低下するという問
題がある。

【０００６】また、図４の多段受光方式では、光学フィ
ルタ２１ａ，２１ｂおよび受光素子２２ａ，２２ｂを集
光レンズ２３の光軸Ｌ−Ｌ方向に多段に配置する構成な
ので、焦点面が片側にずれるだけでなく、前段の受光素
子２２ａを透過した光を後段の受光素子２２ｂで検知し
ているので、光が前段の受光素子２２ａを透過する時に
減衰が生じ、後段の受光素子２２ｂ面への入射光が減少
するという問題がある。

【０００７】しかも、いずれの方式でも、光学的なアク
ティブ方式光波計測とパッシブ方式光波計測による多波
長計測装置を限られた収納場所、例えば飛しょう体内で
は実現できないといった問題がある。

【０００８】以上述べたように、従来の構成では、集光
レンズ部により集光された入射光量を大きく損なうこと
なく、制約された場所にアクティブ方式光波計測とパッ
シブ方式光波計測を両立させて多波長の計測装置を収納
することは実現困難であった。

【０００９】そこで、この発明は、上述した問題を解決
するためなされたもので、制約された場所、例えば飛し
ょう体に収納でき、集光レンズ部により集光された光量
を大きく損なうことなく、時分割によるアクティブ方式
光波計測とパッシブ方式光波計測を両立させて光波領域
の複数波長帯にわたる計測が行なえる時分割多波長光波
計測装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
のこの発明に係る多波長光波計測装置は、レーザ光を出
力するレーザ送信部と、前記レーザ光に伴う目標の物体
からの反射光または該目標の物体から放射される赤外線
の所定波長の光波のみを通過させる光学フィルタ部と、
該光学フィルタ部を通過した光波を受光検出する受光部
と、前記光学フィルタ部の受光帯域波長を前記レーザ送
信部の送信帯域波長または前記目標の物体から放射され
る赤外線に対応して選択的に切り換えるとともに、前記
レーザ送信部のレーザ光の発射・停止を制御して、前記
レーザ光に伴う前記目標の物体からの反射光を検出して
計測するアクティブ方式光波計測と、前記目標の物体よ
り放射される赤外線を検出して計測するパッシブ方式光
波計測とを時分割に行なうためのモード制御部とを具備
したことを特徴としている。

【００１１】また、前記レーザ送信手段は、異なる波長
領域にて複数具備し、前記光学フィルタ部の受光帯域波
長は、選択された前記レーザ送信手段の送信帯域波長と
同一波長に切り換えられ、異なる波長領域のアクティブ
方式光波計測と、単一波長領域のパッシブ方式光波計測
とを時分割に行なう。

【００１２】さらに、前記レーザ送信手段は、単一の波
長領域にて具備し、前記光学フィルタ部の受光帯域波長
は、目標の物体より放射される赤外線に応じた複数の波
長領域に切り換えられ、単一波長領域のアクティブ方式
光波計測と、異なる波長領域のパッシブ方式光波計測と
を時分割に行なう。

【００１３】また、 前記レーザ送信手段は、異なる波
長領域にて複数具備し、前記光学フィルタ部の受光帯域
波長は、目標の物体より放射される赤外線に応じた複数
の波長領域に切り換えられ、異なる波長領域のアクティ
ブ方式光波計測と、異なる波長領域のパッシブ方式光波
計測とを時分割に行なう。

【００１４】

【作用】上記のように構成された多波長光波計測装置に
おいて、アクティブ方式光波計測する場合には、モード
制御部により、光学フィルタ部の受光帯域波長をレーザ
送信部の送信帯域波長と同一波長に切り換えてレーザ送
信部よりレーザ光を目標の物体に向けて発射させる。レ
ーザ光は目標の物体に導かれて反射し、反射した光波は
光学フィルタ部で受光帯域波長のみが通過し、受光部に
受光検出されて信号処理される。パッシブ方式光波計測
する場合には、モード制御部により、光学フィルタ部の
受光帯域波長を目標の物体から放射される赤外線に対応
して選択的に切り換えてレーザ送信部からのレーザ光の
発射を停止させる。この状態で、目標の物体より放射さ
れる赤外線は光学フィルタ部で受光帯域波長のみが通過
し、受光部に受光検出されて信号処理される。以上のア
クティブ方式光波計測とパッシブ方式光波計測とを、モ
ード制御部の切換動作により、単一波長帯域または異な
る複数の波長帯域にて時分割に行なう。

【００１５】

【実施例】以下、図１及び図２を参照してこの発明の一
実施例を説明する。

【００１６】図１は本発明による時分割多波長光波計測
装置の一実施例を示すブロック図、図２は同計測装置の
信号のタイミングチャート図である。この計測装置は、
モード制御部１、レーザ送信部２、光波分岐部３、集光
レンズ部４、光学帯域可変フィルタ部５、受光部６、信
号処理部７を備えて構成されている。そして、可視光を
含む複数の波長領域のレーザ光を目標Ｗの物体に発射し
た時の反射光を受光して計測するアクティブ方式光波計
測（以下、アクティブ計測という）と、目標の物体から
放射される複数の波長領域の赤外線を受光して計測する
パッシブ方式光波計測（以下、パッシブ計測という）と
を時分割に行なっている。

【００１７】モード制御部１は、アクティブ計測による
モードと、パッシブ計測によるモードとを選択的に切り
換え、両方の計測を時分割に行なうための指令を出して
レーザ送信部、光学帯域可変フィルタ部および信号処理
部を制御しており、送受切換指令部１ａとタイミング発
生部１ｂを備えて構成されている。送受切換指令部１ａ
は、例えば図２のタイミングチャート図に示すように、
一連の時刻を管理し、アクティブ計測とパッシブ計測を
時分割に行なうための指令をタイミング発生部１ｂに出
力している。

【００１８】タイミング発生部１ｂは、送受切換指令部
１ａからの指令を受け、図２のタイミングチャート図に
示す一連のタイミング信号として、アクティブ／パッシ
ブ切換指令信号Ｓ１、アクティブモード送受切換信号Ｓ
２およびアクティブモードレーザ送信指令信号Ｓ３を発
生している。図２の例では、最初のアクティブ／パッシ
ブ切換指令信号Ｓ１ａでアクティブ計測モード状態とな
り、次のアクティブ／パッシブ切換指令信号Ｓ１ｂでパ
ッシブ計測モード状態に切り換わり、アクティブ／パッ
シブ切換指令信号Ｓ１が出力される毎にアクティブ計測
モード状態とパッシブ計測モード状態とが交互に切り換
えられるようになっている。

【００１９】また、アクティブ計測モード状態の時に、
レーザ送信部２および光学帯域可変フィルタ部５にアク
ティブモード送受切換信号Ｓ２を出力して送信および受
信の切換を制御している。さらに説明すると、アクティ
ブ計測モードの送信状態では、レーザ送信部２にアクテ
ィブモード送受切換信号Ｓ２ａを出力して複数の中から
所望送信帯域波長のレーザ送信器（２ａ〜２ｎのいずれ
か）を選択し、レーザ光の発射を制御して送信動作を行
なっている。そして、次のアクティブモード送受切換信
号Ｓ２ｂにより受信状態に切り換わった時に、光学帯域
可変フィルタ部５の受光帯域波長をレーザ送信器（２ａ
〜２ｎのいずれか）の送信帯域波長と同一の波長に設定
して受信動作を行なっている。

【００２０】また、パッシブ計測モード状態では、その
ままパッシブ受信状態となり、光学帯域可変フィルタ部
５の受光帯域波長を目標Ｗの物体が放射する赤外線に応
じて３〜５μｍの間の所望の値に設定して受信動作を行
なっている。

【００２１】レーザ送信部２は、例えば０．７〜１．０
μｍ（ＡｌＧａＡｓ）あるいは１．０〜１．３μｍ（Ｉ
ｎＧａＡｓ）の波長帯域を有し、レーザ光を作り出す成
分比に応じて上記波長帯域間に異なる送信帯域波長によ
る複数のレーザ送信器２ａ，２ｂ，…，２ｎを備えてい
る。このレーザ送信部２は、アクティブ計測モード時に
おいて、タイミング発生部１ｂからアクティブモードレ
ーザ送信指令信号Ｓ３が入力された時に、選択設定され
たレーザ送信器（２ａ〜２ｎのいずれか）より所定波長
領域のレーザ光を光波分岐部３に出力している。また、
パッシブ計測モード時に、レーザ光の送信を停止してい
る。

【００２２】光波分岐部３は、例えばビームスプリッタ
で構成され、レーザ送信部２からのレーザ光を集光レン
ズ部４側に導き、集光レンズ部４からの光波を光学帯域
可変フィルタ部５側に導いている。

【００２３】集光レンズ部４は、アクティブ計測モード
時において、レーザ送信部２からのレーザ光を目標Ｗの
物体側に発射し、これに伴う目標Ｗの物体からの反射光
を集光している。

【００２４】光学帯域可変フィルタ部５は、単一素子の
能動フィルタであって、例えば電圧を印加した時の歪み
によって周波数の選択性が出るピエゾ抵抗効果素子で構
成されている。この光学帯域可変フィルタ部５では、タ
イミング発生部１ａからのアクティブモード送受切換信
号Ｓ２に基づいてその時に通過可能な光波の受光帯域波
長が選択設定される。さらに説明すると、アクティブ計
測モード時には、０．７〜１．０μｍあるいは１．０〜
１．３μｍの間で選択設定された送信帯域波長と同一の
波長領域による受光帯域波長が選択設定される。また、
パッシブ計測モード時には、目標Ｗの物体が放射する赤
外線の波長に応じて３〜３．５μｍあるいは４〜５μｍ
の間の所望の波長が受光帯域波長として選択設定され
る。

【００２５】受光部６は、受光面が１つの例えば単一の
Ｓｉ素子で構成され、光学帯域可変フィルタ部５で選択
設定された受光帯域波長の光波を受光検出し、その光波
に対応した電気信号を信号処理部７に出力している。

【００２６】信号処理部７は、受光部６からの電気信号
に基づいて目標Ｗの物体までの距離、方位、角度等を演
算している。

【００２７】そして、上記のように構成された計測装置
では、送受切換指令部１ａに予め設定された制御シーケ
ンスの指示に基づくタイミング発生部１ｂからのタイミ
ング信号により、レーザ送信部２および光学帯域可変フ
ィルタ部５を特定の状態に設定し、指定された波長領域
のアクティブ計測またはパッシブ計測を行ない、以下連
続した送受切換指令部１ａの制御シーケンスに従って、
指定された異なる波長領域のアクティブ計測またはパッ
シブ計測を時分割に行なっている。

【００２８】さらに説明すると、まず、送受切換指令部
１ａの指令によりタイミング発生部１ｂよりアクティブ
／パッシブ切換指令信号Ｓ１ａが出力されると、アクテ
ィブ計測モード状態に設定される。アクティブ計測モー
ド状態において、アクティブモード送受切換信号Ｓ２ａ
が出力されると、送信状態に設定されてレーザ送信部２
がレーザ送信器２ａに切り換えられるとともに、光学帯
域可変フィルタ部５の受信帯域波長がレーザ送信器２ａ
と同一波長に設定される。

【００２９】上記設定が終了すると、アクティブモード
レーザ送信指令信号Ｓ３によりレーザ送信器２ａが作動
し、光波分岐部３を介して装置外部の目標Ｗの物体に向
けてレーザ光を発射する。次に、アクティブモード送受
切換信号Ｓ２ｂが出力されると、レーザ光の発射に伴っ
て装置外部の目標Ｗの物体より反射して戻ってくる光波
が集光レンズ部４で集光される。集光された光波は、光
波分岐部３を介して光学帯域可変フィルタ部５に導かれ
る。光学帯域可変フィルタ部５では、選択設定された受
光帯域波長の光波のみを通過させる。この通過した光波
は、受光部６にて受光検出される。そして、受光検出さ
れた光波は、電気信号に変換された後、信号処理部７に
おいて信号処理され、目標までの距離、方位、角度等が
演算される。

【００３０】次に、送受切換指令部１ａの指令によりタ
イミング発生部１ｂよりアクティブ／パッシブ切換指令
信号Ｓ１ｂが出力されると、パッシブ計測モードに切換
設定され、パッシブ受信状態となる。このとき、光学帯
域可変フィルタ部５の受光帯域波長は、目標Ｗの物体が
放射する赤外線の波長に応じて３〜５μｍの間の所望の
値に選択設定される。設定が終了すると、目標Ｗの物体
が放射する例えば赤外線による光波を集光レンズ部４で
集光する。集光された光波は、光波分岐部３を介して光
学帯域可変フィルタ部５に導かれる。光学帯域可変フィ
ルタ部５では、選択設定された受光帯域波長の光波のみ
を通過させる。この通過した光波は、受光部６にて受光
検出される。そして、受光検出された光波は、電気信号
に変換された後、信号処理部７において信号処理され、
目標までの距離、方位、角度等が演算される。

【００３１】以下、上述した動作を送受切換指令部１ａ
の指令に基づくタイミング発生部１ｂのタイミング信号
によって異なる複数波長領域全てのアクティブ計測とパ
ッシブ計測を時分割に行なう。

【００３２】従って、上述した実施例では、送受切換指
令部１ａの指令によるタイミング発生部１ｂからのタイ
ミング信号により、アクティブ計測する場合には、複数
の中から所望の送信帯域波長によるレーザ送信器（２ａ
〜２ｎのいずれか）を選択設定し、ビームスプリッタに
よる光波分岐部３を介してレーザ光を目標Ｗの物体に発
射させ、これに伴って反射してくる光波を光波分岐部３
を介してレーザ送信器（２ａ〜２ｎのいずれか）と同一
の受光帯域波長に設定された光学帯域可変フィルタ部５
に導き受光部６で受光検出し、パッシブ計測する場合に
は、目標Ｗの物体から放射される赤外線に応じて光学帯
域可変フィルタ部５の受光帯域波長を選択設定し、レー
ザ送信部２からのレーザ光の発射を停止した状態で目標
Ｗからの光波を光波分岐部３を介して光学帯域可変フィ
ルタ部５に導き受光部６で受光検出する構成なので、集
光レンズ部４により集光された光量を大きく損なうこと
なく、時分割によるアクティブ計測とパッシブ計測を両
立させて光波領域の複数波長帯にわたる計測を行なうこ
とができる。また、こうした計測装置は、光学系を除く
部分を簡素な電子回路で構成でき、受光部６も受光面が
１つの単一の素子で構成できるので、特に大きな収納面
積を取らず、制約された場所、例えば飛しょう体に簡単
に収納することができる。

【００３３】ところで、上述した実施例では、異なる複
数波長領域のアクティブ計測と、異なる複数波長領域の
パッシブ計測を時分割に行なう場合について説明した
が、以下の（１）〜（３）に示す構成としてもよい。

【００３４】（１）単一の波長領域のアクティブ計測
と、単一の波長領域のパッシブ計測を時分割に行なうよ
うに、レーザ送信部２を単一の波長領域とし、光学帯域
可変フィルタ部５はアクティブ計測およびパッシブ計測
時において、単一の波長領域で通過可能とする。

【００３５】（２）異なる複数波長領域のアクティブ計
測と、単一の波長領域のパッシブ計測を時分割に行なう
ように、レーザ送信部２を異なる波長領域で複数備え、
光学帯域可変フィルタ部５はアクティブ計測時にレーザ
送信部２と同じ複数波長領域で通過可能とし、パッシブ
計測時においては、単一の波長領域で通過可能とする。

【００３６】（３）単一の波長領域のアクティブ計測
と、異なる複数波長のパッシブ計測を時分割に行なうよ
うに、レーザ送信部２を単一の波長領域とし、光学帯域
可変フィルタ部５はアクティブ計測時に単一の波長領域
で通過可能とし、パッシブ計測時においては、レーザ送
信部２と同じ複数波長領域で通過可能とする。

【００３７】また、上記実施例では、光波分岐部３、集
光レンズ部４、光学帯域可変フィルタ部５および受光部
６をアクティブ計測およびパッシブ計測の両方の動作で
共用する構成としたが、アクティブ計測とパッシブ計測
の各々の動作で分けて光波分岐部３、集光レンズ部４、
光学帯域可変フィルタ部５および受光部６を備えた構成
としても同様の効果が得られる。

【００３８】さらに、上記実施例では、光学帯域可変フ
ィルタ部５を集光レンズ部４の後段に位置させている
が、集光レンズ部４の前段に光学帯域可変フィルタ部５
を位置させた構成とした場合も同様の効果が得られる。

【００３９】また、上記実施例では、光学帯域可変フィ
ルタ部５を送受切換指令部１ａの指令で受光帯域波長を
切り換えているが、光学帯域可変フィルタ部５が回転機
構で動作し、受光帯域波長の切り換えがその回転角の変
化で動作する場合も同様の効果が得られる。

【００４０】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、制約さ
れた場所、例えば飛しょう体に収納でき、集光レンズ部
により集光された光量を大きく損なうことなく、時分割
によるアクティブ方式とパッシブ方式を両立させて光波
領域の複数波長帯にわたる計測を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る多波長光波計測装置の一実施例
を示す構成図

【図２】同計測装置の信号のタイミングチャート図

【図３】従来の受光面分割方式の２波長光波計測装置を
示す構成図

【図４】従来の多段受光方式の２波長光波計測装置を示
す構成図

【符号の説明】

１…モード制御部、１ａ…送受切換指令部、１ｂ…タイ
ミング発生部、２…レーザ送信部、２ａ，２ｂ，２ｎ…
レーザ送信器、３…光波分岐部、４…集光レンズ部、５
…光学帯域可変フィルタ部（光学フィルタ部）、６…受
光部、７…信号処理部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 芹沢 成章 東京都昭島市松原町２丁目９番地の12 (72)発明者 關塚 清一 東京都目黒区中目黒２丁目２番地の１ 目 黒独身寮 ３号室

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザ光を出力するレーザ送信部と、 前記レーザ光に伴う目標の物体からの反射光または該目
   標の物体から放射される赤外線の所定波長の光波のみを
   通過させる光学フィルタ部と、 該光学フィルタ部を通過した光波を受光検出する受光部
   と、 前記光学フィルタ部の受光帯域波長を前記レーザ送信部
   の送信帯域波長または前記目標の物体から放射される赤
   外線に対応して選択的に切り換えるとともに、前記レー
   ザ送信部のレーザ光の発射・停止を制御して、前記レー
   ザ光に伴う前記目標の物体からの反射光を検出して計測
   するアクティブ方式光波計測と、前記目標の物体より放
   射される赤外線を検出して計測するパッシブ方式光波計
   測とを時分割に行なうためのモード制御部とを具備した
   ことを特徴とする多波長光波計測装置。
2. 【請求項２】 前記レーザ送信手段は、異なる波長領域
   にて複数具備し、前記光学フィルタ部の受光帯域波長
   は、選択された前記レーザ送信手段の送信帯域波長と同
   一波長に切り換えられ、異なる波長領域のアクティブ方
   式光波計測と、単一波長領域のパッシブ方式光波計測と
   を時分割に行なう請求項１記載の多波長光波計測装置。
3. 【請求項３】 前記レーザ送信手段は、単一の波長領域
   にて具備し、前記光学フィルタ部の受光帯域波長は、目
   標の物体より放射される赤外線に応じた複数の波長領域
   に切り換えられ、単一波長領域のアクティブ方式光波計
   測と、異なる波長領域のパッシブ方式光波計測とを時分
   割に行なう請求項１記載の多波長光波計測装置。
4. 【請求項４】 前記レーザ送信手段は、異なる波長領域
   にて複数具備し、前記光学フィルタ部の受光帯域波長
   は、目標の物体より放射される赤外線に応じた複数の波
   長領域に切り換えられ、異なる波長領域のアクティブ方
   式光波計測と、異なる波長領域のパッシブ方式光波計測
   とを時分割に行なう請求項１記載の多波長光波計測装
   置。