JPH09229622A - 水中用レーザ測距装置 - Google Patents

水中用レーザ測距装置

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JPH09229622A
JPH09229622A JP8033240A JP3324096A JPH09229622A JP H09229622 A JPH09229622 A JP H09229622A JP 8033240 A JP8033240 A JP 8033240A JP 3324096 A JP3324096 A JP 3324096A JP H09229622 A JPH09229622 A JP H09229622A
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JP
Japan
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pulsed laser
laser light
pulsed
photomultiplier
photomultiplier tube
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP8033240A
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English (en)
Inventor
Tadashi Shimazu
正 嶋津
Kunio Shibaike
国雄 芝池
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Filing date
Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A90/00Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
    • Y02A90/30Assessment of water resources

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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Measurement Of Optical Distance (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 外乱を除去しながらも近距離の物体との距離
の測定を可能にする。 【解決手段】 トリガ信号を発信するトリガ信号発生器
11と、当該トリガ信号に基づいてパルスレーザ光1を
発振するパルスレーザ発振器12と、物体101で反射
されたパルスレーザ光1aを集光する集光レンズ13
と、集光されたパルスレーザ光1aを電気信号に変換す
ると共に印加される電圧の増加に伴って受光感度が高く
なる光電子増倍管14と、前記トリガ信号に基づいて光
電子増倍管14へ電圧を増加させながら印加するパルス
高圧電源15と、光電子増倍管14からの電気信号と上
記トリガ信号との時間差に基づいて物体101との距離
を算出する演算処理装置16とを備えてなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、船舶や潜水艦など
で水中や海底などの探査を行う際に用いられる水中用レ
ーザ測距装置に関する。
【0002】
【従来の技術】船舶や潜水艦などで水中や海底などの探
査を行う際に用いられる従来の水中用レーザ測距装置の
概略構成を図4に示す。図4中、21はトリガ信号発生
器、22はパルスレーザ発振器、23は集光レンズ、2
4は光センサ、25はタイムゲート回路、26は演算処
理装置である。
【0003】図4に示すように、トリガ信号発生器21
からパルスレーザ発振器22へトリガ信号を送り、パル
スレーザ発振器22から数ns程度でパルスレーザ光1
を発振すると、当該パルスレーザ光1は、物体101で
反射し、反射したパルスレーザ光1aが集光レンズ23
で集光され、光センサ24で電気信号に変換される。こ
の際、パルスレーザ発振器22から発振されたパルスレ
ーザ光1の一部は、水中の浮遊粒子102などで散乱し
てしまい、散乱したパルスレーザ光1bが集光レンズ2
3で集光されて外乱となってしまう場合がある。そこ
で、後述するタイムゲート回路25により、パルスレー
ザ光1aの電気信号のみを演算処理装置26に送り、パ
ルスレーザ光1の発振時とパルスレーザ光1aの受光時
との時間差から、下記に示す式(1)に基づいて、物体
101との距離を算出するようになっている。
【0004】
【数1】l=vt/2n ・・・(1) 但し、l:パルスレーザ光の伝搬距離 v:パルスレーザ光の速度 t:パルスレーザ光の発振時と受光時との時間差 n:水の屈折率
【0005】ここで、上述したタイムゲート回路25の
機能を図5を用いて説明する。図5(a)に示すよう
に、パルスレーザ発振器22から発振されたパルスレー
ザ光1は、前述したように、その一部が浮遊粒子102
などで散乱すると、散乱せずに物体101で反射された
パルスレーザ光1aが集光レンズ23で受光される前
に、散乱した上記パルスレーザ光1bが集光レンズ23
で受光されてしまう。このため、光センサ24での受光
レベルは、図5(b)に示すように、常に高くなってし
まい、上記パルスレーザ光1aのピーク2aを識別する
ことが困難となってしまう。
【0006】なぜなら、光は、水中での減衰量が空気中
での減衰量よりも非常に大きく、透過特性のよい青色波
長の場合でも30mの伝搬で約10-9にまで減衰してし
まうことから、フォトダイオードなどのようなダイナミ
ックレンジの広い高感度の光センサを用いているため、
近距離に存在する浮遊粒子102で反射されたパルスレ
ーザ光1bは、受光レベルが非常に高くなってしまうか
らである。
【0007】そこで、上記光センサ24で受光したパル
スレーザ光1a,1bの信号のうち、パルスレーザ光1
の発振時t1 から所定時間t2 までの信号をタイムゲー
ト回路25でカットすることにより、図5(c)に示す
ように、所定時間t2 以前に受光されるパルスレーザ光
1bに基づく信号を取り除き、上記所定時間t2 以後の
信号から、所定のしきい値Lよりも大きい信号、即ち、
パルスレーザ光1aのピーク2aを抽出することによ
り、図5(d)に示すように、当該ピーク2aをデジタ
ル信号3aとし、物体101との距離を算出しているの
である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】前述したような水中用
レーザ測距装置では、光センサ24で受光した受光レベ
ルに基づく信号のうち、パルスレーザ光1の発振時t1
から所定時間t2 までの信号をタイムゲート回路25で
カットするため、近距離の測定ができず、近傍に位置す
る物体との距離を測定することができなかった。また、
近距離に存在する浮遊粒子102からのパルスレーザ光
1bは、物体101からのパルスレーザ光1aよりも光
量が多いため、光センサ24に光電子増倍管などを用い
ると、当該光電子増倍管が焼けてしまうおそれがあっ
た。
【0009】
【課題を解決するための手段】前述した課題を解決する
ための、本発明による水中用レーザ測距装置は、レーザ
光を発振するレーザ光発振手段と、物体で反射された上
記レーザ光を集光する集光手段と、前記集光手段で集光
された上記レーザ光を電気信号に変換する光電子増倍管
と、前記光電子増倍管へ電圧を増加させながら印加する
電圧印加手段と、前記光電子増倍管からの電気信号に基
づいて、前記物体との距離を求める距離算出手段とを備
えてなることを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明による水中用レーザ測距装
置の実施の形態を図1を用いて説明する。なお、図1
は、その概略構成図である。
【0011】図1中、11はトリガ信号発生器、12は
パルスレーザ発振器、13は集光レンズ、14は光電子
増倍管、15はパルス高圧電源、16は演算処理装置で
ある。
【0012】トリガ信号発生器11は、パルスレーザ発
振器12、パルス高圧電源15、演算処理装置16へト
リガ信号を送信するようになっている。パルスレーザ発
振器12は、トリガ信号発生器11からのトリガ信号に
基づいて、数ns程度でパルスレーザ光1を発振するよ
うになっている。集光レンズ13は、物体101で反射
されたパルスレーザ光1aを集光して光電子増倍管14
へ送るようになっている。光電子増倍管14は、集光レ
ンズ13からのパルスレーザ光1aを受光して電気信号
に変換し、演算処理装置16へ送信すると共に、パルス
高圧電源15からのパルス電圧により、受光感度が変動
するようになっている(後で詳述する)。パルス高圧電
源15は、トリガ信号発生器11からのトリガ信号に基
づいて、次第に増加するパルス電圧を光電子増倍管14
に印加するようになっている(後で詳述する)。演算処
理装置16は、トリガ信号発生器11からのトリガ信号
受信時と光電子増倍管14からの電気信号受信時との時
間差に基づいて、物体101との距離を算出するように
なっている。
【0013】つまり、本実施の形態では、トリガ信号発
生器11、パルスレーザ発振器12などでレーザ光発振
手段を構成し、集光レンズ13などで集光手段を構成
し、パルス高圧電源15などで電圧印加手段を構成し、
演算処理装置16などで距離算出手段を構成している。
【0014】次に、前述した光電子増倍管14及びパル
ス高圧電源15の機能を説明する。光電子増倍管14
は、図2(a)に示すように、印加される電圧が増加す
ると、その受光感度が指数関数的に増加する特性を有し
ている。また、パルスレーザ光1は、図2(b)に示す
ように、伝搬距離が長くなると、その伝搬光量が指数関
数的に減少してしまう。そこで、パルス高圧電源15で
光電子増倍管14に印加するパルス電圧を、図2(c)
に示すように、トリガ信号発生器11からのトリガ信号
発信時t1 から所定時間t3 まで直線的に増加するよう
に印加すると、光電子増倍管14は、図2(d)に示す
ように、電圧印加の初〜中期において、その受光感度が
非常に低く、電圧印加の後期において、その受光感度が
非常に大きくなるのである。
【0015】このような水中用レーザ測距装置の作用を
次に説明する。トリガ信号発生器11からパルスレーザ
発振器12、パルス高圧電源15、演算処理装置16へ
トリガ信号を送信すると、当該トリガ信号に基づいて、
パルスレーザ発振器12がパルスレーザ光1を発振し、
パルス高圧電源15が光電子増倍管14に前述したよう
なパルス電圧を印加し、演算処理装置16が時間計測を
開始する。
【0016】パルスレーザ発振器12から発振されたパ
ルスレーザ光1は、図3(a)に示すように、その一部
が水中の浮遊粒子102などで散乱してしまう。散乱し
たパルスレーザ光1bは、集光レンズ13で集光され、
光電子増倍管14へ送られると、パルス高圧電源15か
らの光電子増倍管14への印加電圧が小さく、当該パル
スレーザ光1bの受光時における光電子増倍管14の感
度が非常に低いため、図3(b)に示すように、当該パ
ルスレーザ光1bに基づく光電子増倍管14からの信号
が小さく出力される。
【0017】一方、図3(a)に示すように、前記浮遊
粒子102などで散乱せずに透過して物体101で反射
されたパルスレーザ光1aは、集光レンズ13で集光さ
れて光電子増倍管14へ送られると、パルス高圧電源1
5からの光電子増倍管14への印加電圧が大きく、当該
パルスレーザ光1aの受光時における光電子増倍管14
の感度が非常に高いため、図3(b)に示すように、当
該パルスレーザ光1aに基づく光電子増倍管14からの
信号が大きく出力され、ピーク2aとしての識別が容易
となる。
【0018】つまり、パルスレーザ光1を発振して短時
間のうちに受光するパルスレーザ光1b、即ち、光量の
多い近距離からの反射光を受光する際には、光電子増倍
管14の感度を低くする一方、パルスレーザ光1を発振
して間があいてから受光するパルスレーザ光1a、即
ち、光量の少ない遠距離からの反射光を受光する際に
は、光電子増倍管14の感度を高くしているのである。
【0019】このため、図3(b)に示すように、光電
子増倍管14の前記出力信号のうち、所定のしきい値L
よりも大きい強度の信号、即ち、パルスレーザ光1aの
ピーク2aを抽出し、図3(c)に示すように、当該ピ
ーク2aをデジタル信号3aとすることにより、当該演
算処理装置16が前述したトリガ信号発生器11からの
トリガ信号受信時t1 との時間差を求め、下記に示す式
(2)に基づいて、物体101との距離を算出する。
【0020】
【数2】l=vt/2n ・・・(2) 但し、l:パルスレーザ光の伝搬距離 v:パルスレーザ光の速度 t:パルスレーザ光の発振時と受光時との時間差 n:水の屈折率
【0021】従って、常に測定を行いながらも外乱を除
去することができるので、何ら問題なく近距離の測定を
行うことができ、近傍に位置する物体との距離を測定す
ることができる。また、光量の多い反射光、即ち、近距
離からの反射光の受光時には、光電子増倍管14の感度
が低いので、当該光電子増倍管14の焼け付きを防止す
ることができる。
【0022】
【発明の効果】本発明による水中用レーザ測距装置で
は、常に測定を行いながらも外乱を除去することができ
るので、何ら問題なく近距離の測定を行うことができ、
近傍に位置する物体との距離を測定することができる。
また、光量の多い反射光の受光時には、光電子増倍管の
感度が低いので、当該光電子増倍管の焼け付きを防止す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による水中用レーザ測距装置の実施の形
態の概略構成図である。
【図2】(a),(d)は光電子増倍管、(b)はパル
スレーザ光、(c)はパルス高圧電源の各特性を表すグ
ラフである。
【図3】パルス高圧電源及び光電子増倍管の作用説明図
である。
【図4】従来の水中用レーザ測距装置の概略構成図であ
る。
【図5】タイムゲート回路の作用説明図である。
【符号の説明】
1,1a,1b パルスレーザ光 11 トリガ信号発生器 12 パルスレーザ発振器 13 集光レンズ 14 光電子増倍管 15 パルス高圧電源 16 演算処理装置 101 物体 102 浮遊粒子

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザ光を発振するレーザ光発振手段
    と、 物体で反射された上記レーザ光を集光する集光手段と、 前記集光手段で集光された上記レーザ光を電気信号に変
    換する光電子増倍管と、 前記光電子増倍管へ電圧を増加させながら印加する電圧
    印加手段と、 前記光電子増倍管からの電気信号に基づいて、前記物体
    との距離を求める距離算出手段とを備えてなることを特
    徴とする水中用レーザ測距装置。
JP8033240A 1996-02-21 1996-02-21 水中用レーザ測距装置 Withdrawn JPH09229622A (ja)

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JP8033240A JPH09229622A (ja) 1996-02-21 1996-02-21 水中用レーザ測距装置

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005031258A1 (fr) * 2003-09-18 2005-04-07 Tzuihu Lee Dispositif d'oscillation a reflexion d'ondes pulsees servant a la mesure de distance et procede associe
JP2011191250A (ja) * 2010-03-16 2011-09-29 Mitsubishi Denki Tokki System Kk 水中距離計測システム

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Effective date: 20030506