JPH10268050A - Laser range finder and tracking device - Google Patents

Laser range finder and tracking device

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JPH10268050A
JPH10268050A JP9073838A JP7383897A JPH10268050A JP H10268050 A JPH10268050 A JP H10268050A JP 9073838 A JP9073838 A JP 9073838A JP 7383897 A JP7383897 A JP 7383897A JP H10268050 A JPH10268050 A JP H10268050A
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laser
pulse
output
wedge
shaped optical
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Ryuichi Horie
龍一 堀江
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Toshiba Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser tracking device capable of utilizing a laser device having small energy per pulse though the number of pulse repetition is high and an average output is great. SOLUTION: Output pulse beams of a laser device 31 are emitted toward a target so as to transmit wedge type optical plates 33, 36 which are rotated on an optical axis, and laser oscillation pulses of the laser device 31 are detected by a detector 42, to start count-up of a counter 40. Reflection beams from the target are received by a laser receiver 39, and the received pulses are output to the counter 40 to stop the count-up of the counter 40, and the count value is fetched out as distance information until the target. Further, rotation angles of the wedge type optical plates 33, 36 are respectively measured by rotation angle measurers 35, 38, and an error angle calculating circuit 41 calculates an error angle made by the target based on a pulse output of the laser receiver 39 and a rotation angle of the wedge type optical plates 33, 36 obtained by rotation angle measures 35, 38 to output.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば小型ミサイ
ル等の飛翔体の精密な位置計測を行う位置計測装置に用
いられるレーザ追尾装置及びレーザ測距装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser tracking device and a laser distance measuring device used for a position measuring device for precisely measuring the position of a flying object such as a small missile.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、飛翔体の精密な位置計測装置とし
ては、図8に示すような4素子検知器を用いたレーザ追
尾装置が使用されている。図8において、レーザ装置1
1から放射されるレーザビームはビーム拡大器12でビ
ーム広がり角が狭められ、目標(図示せず)に向けて照
射される。目標で反射されたレーザビームの一部はレー
ザ受信器13に入射される。
2. Description of the Related Art Conventionally, a laser tracking device using a four-element detector as shown in FIG. 8 has been used as a precise position measuring device for a flying object. In FIG. 8, the laser device 1
The beam spread angle of the laser beam emitted from 1 is narrowed by the beam expander 12, and the laser beam is irradiated toward a target (not shown). A part of the laser beam reflected by the target enters the laser receiver 13.

【0003】レーザ受信器13では、光学レンズ131
により入射されるビームを4素子検知器132の受光面
に集光する。この4素子検知器132は、図9に取り出
して示すように、十字型に4分割した受光部A〜Dを備
え、上記光学レンズ131はこれらの受光部A〜Dそれ
ぞれに適当にビームが広がるようにフォーカシングされ
る。
In the laser receiver 13, an optical lens 131 is used.
Is focused on the light receiving surface of the four-element detector 132. As shown in FIG. 9, the four-element detector 132 includes light receiving portions A to D divided into four parts in a cross shape, and the optical lens 131 appropriately spreads a beam to each of the light receiving portions A to D. Focusing as follows.

【0004】各受光部A〜Dの出力は、それぞれ前置増
幅器133〜136で増幅された後、可変利得増幅器
(PGA)137〜1310で後述のカウンタ14から
のカウント値に反比例して増大するように可変増幅され
る。各PGA137〜1310の出力SA〜ADは誤差
角計算回路15に供給される。
The outputs of the light receiving sections A to D are amplified by preamplifiers 133 to 136, respectively, and then increase by variable gain amplifiers (PGA) 137 to 1310 in inverse proportion to a count value from a counter 14 described later. Variable amplification. Outputs SA to AD of the respective PGAs 137 to 1310 are supplied to the error angle calculation circuit 15.

【0005】一方、レーザ装置11の出力はスタートパ
ルス検知器16によってモニタされる。このスタートパ
ルス検知器16は、レーザビームの出力タイミングを検
出してカウンタ14に送出する。このカウンタ14はス
タートパルス検知器16からの検出信号によりカウント
アップを開始し、誤差角計算回路15で得られる総和出
力のタイミングでカウントアップを停止して、そのカウ
ント値を距離情報として出力する。また、そのカウント
アップ値は逐次PGA137〜1310に送られ、利得
制御に用いられる。
On the other hand, the output of the laser device 11 is monitored by a start pulse detector 16. The start pulse detector 16 detects the output timing of the laser beam and sends it to the counter 14. The counter 14 starts counting up according to a detection signal from the start pulse detector 16, stops counting at the timing of the total output obtained by the error angle calculation circuit 15, and outputs the count value as distance information. The count-up value is sequentially sent to PGAs 137 to 1310 and used for gain control.

【0006】上記誤差角計算回路15では、総和演算回
路(Σ)151によりPGA137〜1310の全出力
SA〜SDを加算する。この加算結果は、前述のように
カウンタ14に送られ、カウントアップ停止に用いられ
る。
In the error angle calculation circuit 15, all outputs SA to SD of the PGAs 137 to 1310 are added by a sum operation circuit (Σ) 151. The result of this addition is sent to the counter 14 as described above, and is used to stop counting up.

【0007】また、SAとSBは加算器152で加算さ
れ、SCとSDは加算器153で加算され、各加算結果
は減算器154で差分処理された後、除算器155で総
和演算回路151の出力により割り算される。その演算
結果はエレベーション方向の誤差角εELとして出力され
る。計算式を以下に示す。 εEL={(SA+SB)−(SC+SD)}/(SA+
SB+SC+SD) 一方、SBとSDは加算器156で加算され、SAとS
Cは加算器157で加算され、各加算結果は減算器15
8で差分処理された後、除算器159で総和演算回路1
51の出力により割り算される。その演算結果はアジマ
ス方向の誤差角εAZとして出力される。計算式を以下
に示す。 εAZ={(SB+SD)-(SA+SC)}/(SA+SB+SC+SD) すなわち、このレーザ追尾装置では、単一のレーザビー
ムの照射に対する目標からの反射光を検出して目標の測
距と測角を行っている。測角の原理については、例えば
「InfraRed Handbook 」の第22〜第87頁からPulsed
Laser Trackers として知られている。この方式のレー
ザ追尾装置は、ビーム広がり角を追尾精度よりも大きく
しておく必要がある。
Further, SA and SB are added by an adder 152, SC and SD are added by an adder 153, and each addition result is subjected to difference processing by a subtractor 154. Divided by output. The calculation result is output as an error angle ε EL in the elevation direction. The calculation formula is shown below. ε EL = {(SA + SB)-(SC + SD)} / (SA +
SB + SC + SD) On the other hand, SB and SD are added by the adder 156, and SA and S are added.
C is added by the adder 157, and the result of each addition is
8, the sum is calculated by the divider 159.
51 is divided by the output. The calculation result is output as the error angle ε AZ in the azimuth direction. The calculation formula is shown below. ε AZ = {(SB + SD)-(SA + SC)} / (SA + SB + SC + SD) In other words, this laser tracking device detects reflected light from a target with respect to irradiation of a single laser beam. Distance measurement and angle measurement of the target. The principle of angle measurement is described in, for example, “Pulsed” from pages 22 to 87 of “InfraRed Handbook”.
Also known as Laser Trackers. In this type of laser tracking device, it is necessary to make the beam spread angle larger than the tracking accuracy.

【0008】このため、ある測距・測角距離を得るため
には、送信レーザ光の1パルス当たりのエネルギーを大
きくする必要がある。すなわち、パルス繰り返し数が高
く、平均出力が大きくても1パルス当たりのエネルギー
が小さいレーザ装置では、短い測距・測角距離しか得ら
れないという欠点があった。
Therefore, in order to obtain a certain distance measurement and angle measurement distance, it is necessary to increase the energy per pulse of the transmission laser light. That is, a laser device having a high pulse repetition rate and a small energy per pulse even if the average output is large has a disadvantage that only a short distance measurement / angle measurement distance can be obtained.

【0009】また、飛翔体の測距装置としては、図10
に示すようなレーザ測距装置が使用されている。図10
において、パルスレーザ装置21は一定周期でパルス駆
動されてパルスビームを放出するもので、このレーザ装
置21から放射されるレーザビームはビーム拡大器22
でビーム広がり角が狭められ、目標(図示せず)に向け
て照射される。目標で反射されたレーザビームの一部は
レーザ受信器23に入射される。
FIG. 10 shows a flying object distance measuring apparatus.
The laser distance measuring device shown in FIG. FIG.
In the above, the pulse laser device 21 emits a pulse beam by being pulse-driven at a constant period, and the laser beam emitted from the laser device 21 is a beam expander 22.
, The beam spread angle is narrowed, and the beam is irradiated toward a target (not shown). A part of the laser beam reflected by the target enters the laser receiver 23.

【0010】レーザ受信器23では、集光光学系231
により入射されるビームをビーム検知器232の受光面
に集光する。このビーム検知器232はビーム受光タイ
ミングを検知するもので、その検知出力はカウンタ24
に供給される。このカウンタ24はパルスレーザ装置2
1からパルスビーム開始タイミング信号を受け取って、
そのタイミングでカウントアップを開始し、ビーム検知
器232で検知されるビーム受光タイミングでカウント
アップを停止し、そのときのカウント値を距離情報とし
て出力する。
In the laser receiver 23, a condensing optical system 231
Is focused on the light receiving surface of the beam detector 232. The beam detector 232 detects the light receiving timing of the beam.
Supplied to This counter 24 is a pulse laser device 2
1 receives a pulse beam start timing signal from
The count-up is started at that timing, stopped at the beam receiving timing detected by the beam detector 232, and the count value at that time is output as distance information.

【0011】しかしながら、上記のような従来のレーザ
測距装置では、目標位置の検出精度は、画像センサ等の
角度検出装置の持つ角度精度で制限されるため、レーザ
のビーム広がり角はこの角度精度の約3倍に設定して使
用されており、遠方の小目標に対する測距はこの制約を
受け、実現が困難であった。
However, in the conventional laser distance measuring device as described above, the accuracy of detecting the target position is limited by the angular accuracy of an angle detecting device such as an image sensor. The distance measurement for a small distant target is subject to this restriction, and is difficult to realize.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように従来
のレーザ追尾装置では、ビーム広がり角を追尾精度より
も大きくしておく必要があり、ある測距・測角距離を得
るためには、送信レーザ光の1パルス当たりのエネルギ
ーを大きくしなければならず、パルス繰り返し数が高
く、平均出力が大きくても1パルス当たりのエネルギー
が小さいレーザ装置では、短い測距・測角距離しか得ら
れないという欠点があった。
As described above, in the conventional laser tracking apparatus, the beam divergence angle needs to be larger than the tracking accuracy. To obtain a certain distance measurement / angle measurement distance, The energy per pulse of the transmitted laser light must be increased, and a laser device with a high pulse repetition rate and a small energy per pulse even if the average output is large can obtain only a short distance measurement and angle measurement distance. There was a disadvantage that there was no.

【0013】また、従来のレーザ測距装置では、目標位
置の検出精度が、画像センサ等の角度検出装置の持つ角
度精度で制限されるため、レーザのビーム広がり角はこ
の角度精度の約3倍に設定して使用されており、遠方の
小目標に対する測距はこの制約を受け、実現が困難であ
った。
In the conventional laser distance measuring apparatus, the accuracy of detecting a target position is limited by the angle accuracy of an angle detecting device such as an image sensor. Therefore, the beam divergence angle of the laser is about three times the angle accuracy. The distance measurement for a distant small target is limited by this restriction, and is difficult to realize.

【0014】本発明は、上記の問題を解決し、パルス繰
り返し数が高く、平均出力は大きいが、1パルス当たり
のエネルギーが小さいレーザ装置を使用することのでき
るレーザ追尾装置を提供すると共に、遠方の小目標に対
する測距距離を延伸することのできるレーザ測距装置を
提供することを目的とする。
The present invention solves the above problems and provides a laser tracking device which can use a laser device having a high pulse repetition rate and a large average output but low energy per pulse. It is an object of the present invention to provide a laser distance measuring apparatus capable of extending a distance measuring distance for a small target.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明に係るレーザ追尾装置は、以下のように構成
される。 (1)一定周期でパルス動作するレーザ装置と、このレ
ーザ装置のパルスレーザビーム出力の広がり角を狭める
ビーム拡大器と、このビーム拡大器の出力ビーム光軸上
にそれぞれ回転自在に配置される第1及び第2のくさび
型光学板と、前記第1及び第2のくさび型光学板を回転
させる回転駆動手段と、前記第1及び第2のくさび型光
学板の回転角を計測する第1及び第2の回転角計測手段
と、前記レーザ装置のレーザ発振パルスを検出するパル
ス検出手段と、前記第1及び第2のくさび型光学板を透
過して放射されるレーザビームの反射光を検知器で受光
して電気信号に変換し増幅出力するレーザ受信器と、前
記パルス検出手段からの検出信号を受けてカウントアッ
プをスタートし前記レーザ受信器からのパルスでカウン
トをストップすることでレーザ装置から目標までの距離
を計測するカウンタと、前記レーザ受信器のパルス出力
と前記回転角計測手段で得られる第1及び第2のくさび
型光学板の回転角とから目標との誤差角を計算し出力す
る誤差角計算回路とを具備して構成される。
To achieve the above object, a laser tracking device according to the present invention is configured as follows. (1) A laser device that performs a pulse operation at a constant period, a beam expander that narrows the spread angle of a pulse laser beam output from the laser device, and a laser beam that is rotatably disposed on the optical axis of the output beam of the beam expander. First and second wedge-shaped optical plates, rotation driving means for rotating the first and second wedge-shaped optical plates, and first and second wedge-shaped optical plates for measuring rotation angles of the first and second wedge-shaped optical plates. Second rotation angle measuring means, pulse detecting means for detecting a laser oscillation pulse of the laser device, and a detector for detecting reflected light of a laser beam transmitted through the first and second wedge-shaped optical plates And a laser receiver that receives light, converts it into an electric signal, amplifies and outputs the signal, and starts counting up upon receiving a detection signal from the pulse detecting means, and stops counting with a pulse from the laser receiver. And a counter for measuring the distance from the laser device to the target, and an error from the target based on the pulse output of the laser receiver and the rotation angles of the first and second wedge optical plates obtained by the rotation angle measurement means. And an error angle calculation circuit that calculates and outputs an angle.

【0016】(2)(1)の構成において、前記回転駆
動手段は、1つの駆動モータと、この駆動モータの回転
を前記第1及び第2のくさび型光学板の回転に変換する
ギア伝達手段とを備える。
(2) In the configuration of (1), the rotation drive means includes one drive motor and a gear transmission means for converting rotation of the drive motor into rotation of the first and second wedge-shaped optical plates. And

【0017】(3)(1)の構成において、前記パルス
検出器は、前記レーザ装置のレーザ出力の一部を取り込
んで前記レーザ受信器内の光検知器に向けて照射する光
伝達手段を備え、前記レーザ受信器よりレーザ発振パル
スの検出信号を出力する。
(3) In the configuration of (1), the pulse detector includes light transmitting means for taking in a part of the laser output of the laser device and irradiating the laser output to a photodetector in the laser receiver. And outputting a laser oscillation pulse detection signal from the laser receiver.

【0018】また、本発明に係るレーザ測距装置は、以
下のように構成される。 (4)一定周期でパルス動作するレーザ装置と、このレ
ーザ装置のパルスレーザビーム出力の広がり角を狭める
ビーム拡大器と、このビーム拡大器の出力ビーム光軸上
に回転自在に配置されるくさび型光学板と、このくさび
型光学板を回転させる回転駆動手段と、前記第1及び第
2のくさび型光学板を透過して放射されるレーザビーム
の反射光を検知器で受光して電気信号に変換し増幅出力
するレーザ受信器と、前記レーザ装置のレーザ発振パル
スを検出するパルス検出手段と、このパルス検出手段か
らの信号を受けてカウントアップを開始し、前記レーザ
受信器からの受信パルスでカウントをストップすること
で前記レーザ装置から目標までの距離を計測するカウン
タとを具備して構成される。
The laser distance measuring apparatus according to the present invention is configured as follows. (4) A laser device that performs a pulse operation at a constant period, a beam expander that narrows the spread angle of a pulse laser beam output from the laser device, and a wedge type rotatably arranged on the optical axis of the output beam of the beam expander. An optical plate, rotation driving means for rotating the wedge-shaped optical plate, and a detector which receives reflected light of the laser beam emitted through the first and second wedge-shaped optical plates and converts the reflected light into an electric signal. A laser receiver that converts and amplifies and outputs, a pulse detection unit that detects a laser oscillation pulse of the laser device, and starts counting up in response to a signal from the pulse detection unit. A counter for measuring the distance from the laser device to the target by stopping the counting.

【0019】(5)(4)の構成において、前記パルス
検出器は、前記レーザ装置のレーザ出力の一部を取り込
んで前記レーザ受信器内の光検知器に向けて照射する光
伝達手段を備え、前記レーザ受信器よりレーザ発振パル
スの検出信号を出力する。
(5) In the configuration of (4), the pulse detector includes light transmitting means for taking in a part of the laser output of the laser device and irradiating the laser output to a photodetector in the laser receiver. And outputting a laser oscillation pulse detection signal from the laser receiver.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図1は本発明に係るレーザ
追尾装置の構成を示すもので、31は一定周期でパルス
動作するレーザ装置である。このレーザ装置31から放
射されるレーザビームはビーム拡大器32でビーム広が
り角が狭められた後、第1及び第2のくさび型光学板3
3,36を透過して所定の方向に放射される。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a configuration of a laser tracking apparatus according to the present invention. Reference numeral 31 denotes a laser apparatus that performs a pulse operation at a constant period. The laser beam emitted from the laser device 31 is reduced in beam spread angle by a beam expander 32, and then the first and second wedge optical plates 3
The light is radiated in a predetermined direction after passing through the light emitting elements 3, 36.

【0021】ここで、第1のくさび型光学板33は駆動
モータ34によってレーザビームの光軸上で回転駆動さ
れる。その回転角は回転角計測装置35によって検出さ
れ、誤差角計算回路41に送られる。同様に、第2のく
さび型光学板36は駆動モータ37によって回転駆動さ
れる。その回転角は回転角計測装置38によって検出さ
れ、誤差角計算回路41に送られる。
Here, the first wedge-shaped optical plate 33 is driven to rotate on the optical axis of the laser beam by a drive motor 34. The rotation angle is detected by the rotation angle measurement device 35 and sent to the error angle calculation circuit 41. Similarly, the second wedge-shaped optical plate 36 is driven to rotate by a drive motor 37. The rotation angle is detected by the rotation angle measurement device 38 and sent to the error angle calculation circuit 41.

【0022】上記の放射レーザ光が目標(図示せず)に
当たって反射されると、その一部が当該レーザ追尾装置
に戻ってくる。レーザ受信器39はこのレーザ反射光を
受信するもので、レーザ反射光を集光する光学レンズ3
91と、この光学レンズ391で集光されるレーザ反射
光を受光して電気信号に変換する光検知器392と、こ
の光検知器392から出力される検知信号を一定レベル
に増幅する前置増幅器393と、この前置増幅器393
の出力信号をカウンタ40からのカウント値に応じて振
幅制御する可変増幅器(PGA)394とを備える。可
変増幅器394の出力はレーザ受信器39の出力として
カウンタ40及び誤差角計算回路41に供給される。
When the above-mentioned radiation laser beam is reflected by a target (not shown), a part of the laser beam returns to the laser tracking device. The laser receiver 39 receives the laser reflected light, and the optical lens 3 for condensing the laser reflected light.
91, a photodetector 392 that receives the laser reflected light condensed by the optical lens 391 and converts it into an electric signal, and a preamplifier that amplifies the detection signal output from the photodetector 392 to a certain level. 393 and this preamplifier 393
And a variable amplifier (PGA) 394 for controlling the amplitude of the output signal of the counter 40 in accordance with the count value from the counter 40. The output of the variable amplifier 394 is supplied to the counter 40 and the error angle calculation circuit 41 as the output of the laser receiver 39.

【0023】一方、スタートパルス検出器42はレーザ
装置31のレーザ出力の立ち上がりを検出するもので、
そのレーザ検出信号はカウンタ40及び誤差角計算回路
41に供給される。
On the other hand, the start pulse detector 42 detects the rise of the laser output of the laser device 31.
The laser detection signal is supplied to a counter 40 and an error angle calculation circuit 41.

【0024】カウンタ40は、スタートパルス検出器4
2からのレーザ出力光検出信号を受けてカウントアップ
をスタートし、可変増幅器394からのレーザ反射光検
出信号を受けてカウントアップを停止し、そのカウント
値からレーザ装置31から目標までの距離を計測するも
のである。また、誤差角計算回路21は、レーザ受信器
39からのパルス出力時に、回転角計測装置35,38
で得られるくさび型光学板33,36の各回転角とから
目標との誤差角を計算するものである。
The counter 40 includes a start pulse detector 4
The count-up is started by receiving the laser output light detection signal from 2, the count-up is stopped by receiving the laser reflected light detection signal from the variable amplifier 394, and the distance from the laser device 31 to the target is measured from the count value. Is what you do. Further, the error angle calculation circuit 21 outputs the rotation angle measurement devices 35 and 38 when outputting the pulse from the laser receiver 39.
The angle of error with respect to the target is calculated from the rotation angles of the wedge-shaped optical plates 33 and 36 obtained by the above.

【0025】すなわち、本実施形態のレーザ追尾装置
は、ビーム広がり角を追尾精度よりも大きくしておく必
要がないため、図8に示す従来のレーザ追尾装置に比べ
て送信レーザ光の1パルス当たりのエネルギーが小さい
場合でも、より遠方での測距・測角ができる。
That is, the laser tracking device of the present embodiment does not require the beam divergence angle to be larger than the tracking accuracy, so that the laser tracking device per one pulse of the transmission laser light is different from the conventional laser tracking device shown in FIG. Even if the energy is small, distance measurement and angle measurement can be performed at a greater distance.

【0026】また、くさび型光学板33,36を別な回
転数で回転させることにより、レーザビームを空間的に
走査することができる。このビーム空間走査の様子の例
を図2に示す。図2において、aはビーム中心の描く軌
跡を、b1はある瞬間のビーム照射範囲を、b2は別な
瞬間のビーム照射範囲を示している。
By rotating the wedge-shaped optical plates 33 and 36 at different rotation speeds, the laser beam can be spatially scanned. FIG. 2 shows an example of this beam space scanning. In FIG. 2, a indicates a locus drawn by the beam center, b1 indicates a beam irradiation range at a certain moment, and b2 indicates a beam irradiation range at another moment.

【0027】ビーム照射範囲内に目標が存在すれば、目
標からの反射光がレーザ受信器39で受信される。一
方、レーザ送信ビームの送信タイミングは、スタートパ
ルス検出器42で検出されている。このため、スタート
パルス検出器42が発生するスタートパルスでカウンタ
40の時間計測を開始させ、レーザ受信器39が発生す
る受信パルスでカウンタ40の時間計測を停止させるこ
とで、送信パルスと受信パルスの時間間隔を計測でき
る。このとき、光の速度は既知であるから、その時間間
隔から目標の距離情報を得ることができる。
If a target exists within the beam irradiation range, the reflected light from the target is received by the laser receiver 39. On the other hand, the transmission timing of the laser transmission beam is detected by the start pulse detector 42. Therefore, the time measurement of the counter 40 is started by the start pulse generated by the start pulse detector 42, and the time measurement of the counter 40 is stopped by the received pulse generated by the laser receiver 39. Time intervals can be measured. At this time, since the speed of light is known, target distance information can be obtained from the time interval.

【0028】計算式を以下に示す。 r=c・N/fcount ここで、rは目標距離、cは光速、Nはカウンタ40の
カウント数、fcount はカウンタ周波数である。
The calculation formula is shown below. r = cN / fcount Here, r is the target distance, c is the speed of light, N is the count number of the counter 40, and fcount is the counter frequency.

【0029】また、誤差角計算回路41において、スタ
ートパルス発生時のくさび型光学板33,36からの回
転角を記憶しておき、対応する受信パルスが発生したと
きに、これらの回転角から計算されるビーム照射方向を
目標との誤差角情報として出力することで目標の追尾が
可能である。
The error angle calculation circuit 41 stores the rotation angles from the wedge-shaped optical plates 33 and 36 when the start pulse is generated, and when the corresponding reception pulse is generated, calculates the rotation angle from these rotation angles. The target can be tracked by outputting the irradiated beam irradiation direction as error angle information with respect to the target.

【0030】計算式を以下に示す。 εAZ=W1 cos(θ1)+W2 cos(θ2) εEL=W1 sin(θ1)+W2 sin(θ2) ここで、εAZ,εELはAZ方向の誤差角及びEL方向の
誤差角、W1,W2はくさび型光学板33,36の透過
偏角、θ1,θ2はくさび型光学板33,36の回転角
である。
The calculation formula is shown below. ε AZ = W1 cos (θ1) + W2 cos (θ2) ε EL = W1 sin (θ1) + W2 sin (θ2) Here, ε AZ and ε EL are the error angle in the AZ direction and the error angle in the EL direction, W1, W2. The transmission deflection angles of the wedge-shaped optical plates 33 and 36, and θ1 and θ2 are the rotation angles of the wedge-shaped optical plates 33 and 36.

【0031】この方式のレーザ追尾装置では、追尾視野
全体に比べてビーム広がり角を小さくすることができ
る。その結果、図8に示した従来のレーザ追尾装置より
も1パルス当たりのエネルギーが小さいレーザ装置でレ
ーザ追尾が可能となる。
In this type of laser tracking device, the beam divergence angle can be reduced as compared with the entire tracking field of view. As a result, laser tracking can be performed with a laser device having a smaller energy per pulse than the conventional laser tracking device shown in FIG.

【0032】図3は本発明に係るレーザ追尾装置の他の
実施形態を示すものである。尚、図3において、図1と
同一部分には同一符号を付して示し、ここでは異なる部
分について説明する。
FIG. 3 shows another embodiment of the laser tracking apparatus according to the present invention. In FIG. 3, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and different parts will be described here.

【0033】本実施形態のレーザ追尾装置は、図1に示
すレーザ追尾装置の構成品のうち、第1のくさび型光学
板33を回転させる駆動手段と第2のくさび型光学板3
6を回転させる駆動手段を一つの駆動モータ43とこの
駆動モータ43の回転を各くさび型光学板33,36に
伝達するギア44に置き換えて構成したものである。こ
の構成の場合、回転角計測装置35,38はそれぞれギ
ア44の回転伝達経路に設けられ、その動作は先の実施
形態と同様であるが、各くさび型光学板33,36の回
転速度を変えるには、ギア44の切替が必要となる。
The laser tracking device of the present embodiment comprises a driving means for rotating the first wedge-shaped optical plate 33 and a second wedge-shaped optical plate 3 out of the components of the laser tracking device shown in FIG.
The drive means for rotating the drive motor 6 is replaced by one drive motor 43 and a gear 44 for transmitting the rotation of the drive motor 43 to the wedge-shaped optical plates 33 and 36. In the case of this configuration, the rotation angle measuring devices 35 and 38 are provided in the rotation transmission path of the gear 44, respectively, and the operation thereof is the same as that of the previous embodiment, but the rotation speed of the wedge-shaped optical plates 33 and 36 is changed. Requires the gear 44 to be switched.

【0034】図4は本発明に係るレーザ追尾装置のさら
に他の実施形態を示すものである。尚、図4において、
図1と同一部分には同一符号を付して示し、ここでは異
なる部分についてのみ説明する。
FIG. 4 shows still another embodiment of the laser tracking device according to the present invention. In FIG. 4,
The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and only different parts will be described here.

【0035】本実施形態のレーザ追尾装置は、図1の実
施形態の構成品のうち、スタートパルス検知器42に代
わり、光ファイバ45によりレーザ装置31の出力ビー
ムをレーザ受信器39の光検知器392に入射するよう
にしたものである。すなわち、レーザビームのパルス幅
が十分短くしておくことにより、レーザ反射光が戻って
くる前にレーザビームが消光してしまうので、光検知器
392をスタートパルス検知器として利用することがで
きる。この構成によれば、構成品の部品点数を少なくす
ることができる。
The laser tracking device of the present embodiment differs from the components of the embodiment shown in FIG. 1 in that the output beam of the laser device 31 is changed to the light detector of the laser receiver 39 by the optical fiber 45 instead of the start pulse detector 42. 392. That is, by setting the pulse width of the laser beam sufficiently short, the laser beam is extinguished before the reflected laser beam returns, so that the photodetector 392 can be used as a start pulse detector. According to this configuration, the number of components of the component can be reduced.

【0036】次に、本発明に係るレーザ測距装置の実施
形態について説明する。図5はその構成を示すもので、
パルスレーザ装置51と、このパルスレーザ装置51の
出力ビームの広がり角を小さくするためのビーム拡大器
52と、回転してレーザビームの放射方向を走査するく
さび型光学板53と、このくさび型光学板53を回転さ
せる駆動モータ54と、集光光学系551と検知器55
2とからなるレーザ受信器55と、レーザ発振タイミン
グを電気的に変換するためのスタートパルス検出器56
と、このスタートパルス検出器56からの信号を受けて
カウントアップを開始し、レーザ受信器55からのパル
スでカウントをストップすることでパルスレーザ装置5
1から目標までの距離を計測するカウンタ57から構成
されている。
Next, an embodiment of the laser distance measuring apparatus according to the present invention will be described. FIG. 5 shows the configuration.
A pulse laser device 51; a beam expander 52 for reducing the spread angle of the output beam of the pulse laser device 51; a wedge-shaped optical plate 53 that rotates to scan the radiation direction of the laser beam; A drive motor 54 for rotating the plate 53, a condensing optical system 551 and a detector 55
And a start pulse detector 56 for electrically converting the laser oscillation timing.
The count is started by receiving the signal from the start pulse detector 56, and the counting is stopped by the pulse from the laser receiver 55.
It comprises a counter 57 for measuring the distance from 1 to the target.

【0037】図5に示すレーザ測距装置は、図10に示
すレーザ測距装置に比べて小目標に対する測距距離を延
伸することができる。すなわち、くさび型光学板を回転
させることでビームを空間的に回転させることができ
る。このビーム空間走査の様子を図6に示す。このよう
にビームを回転走査することで、目標位置のあり得る誤
差の範囲をカバーすることができる。
The laser distance measuring device shown in FIG. 5 can extend the distance measuring distance for a small target as compared with the laser distance measuring device shown in FIG. That is, the beam can be spatially rotated by rotating the wedge-shaped optical plate. FIG. 6 shows this beam space scanning. By rotating and scanning the beam in this manner, the range of possible errors of the target position can be covered.

【0038】図7は同一のレーザ出力電力を持つ、図1
0に示す従来のレーザ測距装置と図5に示す本発明のレ
ーザ測距装置のレーザビーム密度を比較して示したもの
で、図中実線が本発明、点線が従来の場合を示してい
る。同図よりわかるように、図5に示す本発明のレーザ
測距装置の方がレーザビーム密度が高いので、より大き
い反射電力が得られ、同一性能のレーザ受信器を使用し
たときに測距距離を延伸することができる。
FIG. 7 has the same laser output power, FIG.
FIG. 5 shows a comparison between the laser beam densities of the conventional laser distance measuring apparatus shown in FIG. 5 and the laser distance measuring apparatus of the present invention shown in FIG. 5, in which the solid line shows the present invention and the dotted line shows the conventional case. . As can be seen from the figure, the laser distance measuring device of the present invention shown in FIG. 5 has a higher laser beam density, so that a larger reflected power can be obtained, and the distance measuring distance can be obtained when a laser receiver having the same performance is used. Can be stretched.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、パル
ス繰り返し数が高く、平均出力が大きいが1パルス当た
りのエネルギーは小さいレーザ装置を用いることのでき
るレーザ追尾装置と、遠方の小目標に対する測距距離を
延伸することのできるレーザ測距装置を提供することが
できる。
As described above, according to the present invention, a laser tracking device which can use a laser device having a high pulse repetition rate, a large average output but a small energy per pulse, and a small remote target And a laser distance measuring device that can extend the distance measurement distance to the laser beam.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明に係るレーザ追尾装置の一実施形態の
構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of a laser tracking device according to the present invention.

【図2】 同実施形態のビーム空間走査の様子の例を示
すパターン波形図である。
FIG. 2 is a pattern waveform diagram showing an example of a state of beam space scanning according to the embodiment.

【図3】 本発明に係るレーザ追尾装置の他の実施形態
の構成を示すブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of another embodiment of the laser tracking device according to the present invention.

【図4】 本発明に係るレーザ追尾装置の他の実施形態
の構成を示すブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of another embodiment of the laser tracking device according to the present invention.

【図5】 本発明に係るレーザ測距装置の一実施形態の
構成を示すブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of a laser distance measuring apparatus according to the present invention.

【図6】 同実施形態のビーム空間走査の様子の例を示
す概略図である。
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an example of a state of beam space scanning according to the embodiment.

【図7】 同実施形態のレーザ測距装置のレーザビーム
密度を同一のレーザ出力電力を持つ従来のレーザ測距装
置と比較して示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a laser beam density of the laser distance measuring apparatus according to the embodiment in comparison with a conventional laser distance measuring apparatus having the same laser output power.

【図8】 従来のレーザ追尾装置の構成を示すブロック
図である。
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a conventional laser tracking device.

【図9】 従来のレーザ追尾装置に用いられる4素子検
知器の構成を示す斜視図である。
FIG. 9 is a perspective view showing a configuration of a four-element detector used in a conventional laser tracking device.

【図10】 従来のレーザ測距装置の構成を示すブロッ
ク図である。
FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of a conventional laser distance measuring device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…レーザ装置 12…ビーム拡大器 13…レーザ受信器 131…光学レンズ 132…4素子検知器 133〜136…前置増幅器 137〜1310…可変利得増幅器(PGA) 14…カウンタ 15…誤差角計算回路 151…総和演算回路 152,153,156,157…加算器 154,158…減算器 155,159…除算器 16…スタートパルス検知器 21…パルスレーザ装置 22…ビーム拡大器 23…レーザ受信器 231…集光光学系 232…ビーム検知器 24…カウンタ 31…レーザ装置 32…ビーム拡大器 33,36…くさび型光学板 34,37…駆動モータ 35,38…回転角計測装置 39…レーザ受信器 391…光学レンズ 392…光検知器 393…前置増幅器 394…可変増幅器(PGA) 40…カウンタ 41…誤差角計算回路 42…スタートパルス検出器 43…駆動モータ 44…ギア 45…光ファイバ 51…パルスレーザ装置 52…ビーム拡大器 53…くさび型光学板 54…駆動モータ 55…レーザ受信器 56…スタートパルス検出器 57…カウンタ DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Laser apparatus 12 ... Beam expander 13 ... Laser receiver 131 ... Optical lens 132 ... 4 element detector 133-136 ... Preamplifier 137-1310 ... Variable gain amplifier (PGA) 14 ... Counter 15 ... Error angle calculation circuit 151 ... Sum calculation circuit 152,153,156,157 ... Adder 154,158 ... Subtractor 155,159 ... Divider 16 ... Start pulse detector 21 ... Pulse laser device 22 ... Beam expander 23 ... Laser receiver 231 ... Condensing optical system 232 Beam detector 24 Counter 31 Laser device 32 Beam expander 33, 36 Wedge-shaped optical plate 34, 37 Drive motor 35, 38 Rotation angle measuring device 39 Laser receiver 391 Optical lens 392 photodetector 393 preamplifier 394 variable amplifier (PGA) 40 cow 41: Error angle calculation circuit 42: Start pulse detector 43: Drive motor 44: Gear 45: Optical fiber 51: Pulse laser device 52: Beam expander 53: Wedge-shaped optical plate 54: Drive motor 55: Laser receiver 56 ... Start pulse detector 57 ... Counter

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】一定周期でパルス動作するレーザ装置と、 このレーザ装置のパルスレーザビーム出力の広がり角を
狭めるビーム拡大器と、 このビーム拡大器の出力ビーム光軸上にそれぞれ回転自
在に配置される第1及び第2のくさび型光学板と、 前記第1及び第2のくさび型光学板を回転させる回転駆
動手段と、 前記第1及び第2のくさび型光学板の回転角を計測する
第1及び第2の回転角計測手段と、 前記レーザ装置のレーザ発振パルスを検出するパルス検
出手段と、 前記第1及び第2のくさび型光学板を透過して放射され
るレーザビームの反射光を検知器で受光して電気信号に
変換し増幅出力するレーザ受信器と、 前記パルス検出手段からの検出信号を受けてカウントア
ップをスタートし前記レーザ受信器からのパルスでカウ
ントをストップすることでレーザ装置から目標までの距
離を計測するカウンタと、 前記レーザ受信器のパルス出力と前記回転角計測手段で
得られる第1及び第2のくさび型光学板の回転角とから
目標との誤差角を計算し出力する誤差角計算回路とを具
備するレーザ追尾装置。
1. A laser device that performs a pulse operation at a constant period, a beam expander that narrows a spread angle of a pulse laser beam output from the laser device, and a rotatable output optical axis of the beam expander. First and second wedge-shaped optical plates, rotation driving means for rotating the first and second wedge-shaped optical plates, and a second measuring device for measuring a rotation angle of the first and second wedge-shaped optical plates. First and second rotation angle measuring means; pulse detecting means for detecting a laser oscillation pulse of the laser device; and reflected light of a laser beam transmitted through the first and second wedge-shaped optical plates. A laser receiver that receives light from a detector, converts the signal into an electric signal, amplifies and outputs the signal, and starts counting up in response to a detection signal from the pulse detecting means, and counts with a pulse from the laser receiver. A counter for measuring the distance from the laser device to the target by topping, and a target from the pulse output of the laser receiver and the rotation angles of the first and second wedge-shaped optical plates obtained by the rotation angle measurement means. A laser tracking device comprising: an error angle calculation circuit that calculates and outputs an error angle of the laser beam.
【請求項2】前記回転駆動手段は、1つの駆動モータ
と、この駆動モータの回転を前記第1及び第2のくさび
型光学板の回転に変換するギア伝達手段とを備えること
を特徴とする請求項1記載のレーザ追尾装置。
2. The apparatus according to claim 1, wherein said rotation drive means includes one drive motor and gear transmission means for converting rotation of said drive motor into rotation of said first and second wedge-shaped optical plates. The laser tracking device according to claim 1.
【請求項3】前記パルス検出器は、前記レーザ装置のレ
ーザ出力の一部を取り込んで前記レーザ受信器内の光検
知器に向けて照射する光伝達手段を備え、前記レーザ受
信器よりレーザ発振パルスの検出信号を出力する請求項
1記載のレーザ追尾装置。
3. The pulse detector further comprises a light transmitting means for receiving a part of a laser output of the laser device and irradiating the laser output to a photodetector in the laser receiver. 2. The laser tracking device according to claim 1, which outputs a pulse detection signal.
【請求項4】一定周期でパルス動作するレーザ装置と、 このレーザ装置のパルスレーザビーム出力の広がり角を
狭めるビーム拡大器と、 このビーム拡大器の出力ビーム光軸上に回転自在に配置
されるくさび型光学板と、 このくさび型光学板を回転させる回転駆動手段と、 前記第1及び第2のくさび型光学板を透過して放射され
るレーザビームの反射光を検知器で受光して電気信号に
変換し増幅出力するレーザ受信器と、 前記レーザ装置のレーザ発振パルスを検出するパルス検
出手段と、 このパルス検出手段からの信号を受けてカウントアップ
を開始し、前記レーザ受信器からの受信パルスでカウン
トをストップすることで前記レーザ装置から目標までの
距離を計測するカウンタとを具備するレーザ測距装置。
4. A laser device which performs a pulse operation at a constant period, a beam expander for narrowing a divergence angle of a pulse laser beam output of the laser device, and a rotatable output optical axis of the beam expander. A wedge-shaped optical plate; a rotation driving means for rotating the wedge-shaped optical plate; and a detector for receiving reflected light of a laser beam transmitted through the first and second wedge-shaped optical plates and receiving the reflected light by a detector. A laser receiver that converts the signal into a signal and outputs the amplified signal; a pulse detection unit that detects a laser oscillation pulse of the laser device; a signal from the pulse detection unit that starts counting up; A laser distance measuring device comprising: a counter for measuring a distance from the laser device to a target by stopping counting with a pulse.
【請求項5】 前記パルス検出器は、前記レーザ装置の
レーザ出力の一部を取り込んで前記レーザ受信器内の光
検知器に向けて照射する光伝達手段を備え、前記レーザ
受信器よりレーザ発振パルスの検出信号を出力する請求
項4記載のレーザ測距装置。
5. The pulse detector according to claim 1, further comprising: a light transmitting unit that captures a part of the laser output of the laser device and irradiates the laser output to a photodetector in the laser receiver. 5. The laser distance measuring device according to claim 4, which outputs a pulse detection signal.
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