JPH1048337A - レーザ測距装置およびレーザ測距方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】操作性および運用性良好にして、レーザの大気
伝播時に生じるレーザ受信強度の変動を抑えて高精度の
測距が可能なレーザ測距装置を提供する。 【解決手段】地球上空のナトリウム原子層で共鳴散乱さ
せることの可能なレーザ波長をＣＷレーザ発振器１で発
生させ、反射体７と同一方向に送信しレーザガイドスタ
ー６をナトリウム原子層で作り、その反射波８ｂを送信
光学系５を介して受信し波面検出器１０により波面歪み
を検出する。形状可変鏡１２で波面歪みを補正し、形状
可変鏡１２のミラー面を介してパルスレーザ発振器１３
からレーザビーム２ｂを反射体７に向け送信する。反射
体７からの反射波８ｂを受信光学系１４、光検出器１５
で受信し、レーザビーム２ｂの反射体７までの伝播時間
を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はレーザ測距装置およ
びその測距方法に係わり、特に遠方に離れた被測定物
体，例えば静止衛星や月などの惑星に設置された反射体
に向けてパルスレーザを送信し、反射体からの反射波を
受信するまでの伝播時間を測定することにより地球から
反射体までの距離を測定するように形成されているレー
ザ測距装置およびその測距方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来一般に採用されているこの種のレー
ザ測距装置は、たとえば、特公昭６２−１５１２３号、
特公昭６２−３４０８２号、特公平０４−３５００６
号、特公平０５−７８７６６号、特開平０６−２８９１
３５号、特開平０７−１２９３５号、特開平０７−２９
４８０３号公報などに記載されているように、パルスレ
ーザを反射体に向け送信し、その反射波の伝搬時間を測
定することにより、反射体までの距離を測定するように
しているのが普通である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このようにレーザ測距
装置は、パルスレーザビームを月あるいは静止衛星に設
置した反射体に向け送信し、その反射波を受信するまで
の伝播時間から距離を計測するものであるが、伝播経路
の一部である大気中ではレーザの透過率、屈折率が変動
することから、前述した従来のレーザ測距装置では、受
信レーザ強度が変動し測定精度が低下する恐れがあり、
さらには、受信可能レベル以下に受信強度が低下し測定
が不可能となる恐れもあった。この策として、レーザ強
度の変動を抑制するために、短い時間幅のパルス性のレ
ーザを送信するようにした装置も出現しているが、しか
しこの短時間幅のパルス性のレーザを送信しても、受信
波は反射体形状、大気の影響によりパルス延伸が発生
し、受信波の真の到達時刻が不明確になり易く、やはり
充分な測距精度の向上を図ることはできない。

【０００４】本発明はこれに鑑みなされたもので、その
目的とするところは、操作性および運用性良好にして、
レーザの大気伝播時に生じるレーザ受信強度の変動を抑
えて高精度の測距が可能なこの種のレーザ測距装置およ
びレーザ測距方法を提供するにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、遠方
に離れた例えば惑星などの被測定物体に向けパルスレー
ザを送信するレーザ送信装置と、前記被測定物体からの
反射波を受信する反射波受信装置と、前記レーザ送信か
ら受信するまでの伝播時間を測定する時間測定装置と、
この時間測定装置にて得られた伝播時間から前記被測定
物体までの距離を演算する装置とを備え、レーザ送信か
ら反射波を受信するまでの伝播時間を測定することによ
り被測定物体までの距離を測定するようになしたレーザ
測距装置において、前記測距装置に、地球上空のナトリ
ウム原子層で共鳴散乱させることができるレーザビーム
を前記被測定物体の方向に送信する送信装置と、この共
鳴散乱された光を受光し、その共鳴散乱光の波面を検出
する波面検出装置と、この波面検出装置より得られた波
面検出値から共鳴散乱光の波面を平坦に補正する波面補
正装置と、この波面補正装置の共鳴散乱光の波面の補正
と同一の伝播経路で上記被測定物体へ前記パルスレーザ
を送信する送信装置とを設けるようになし所期の目的を
達成するようにしたものである。

【０００６】またさらに、この装置に、前記波面検出装
置より得られた波面検出値と反射波の強度から反射波の
受信時刻を判断する判断手段を設けるようにしたもので
ある。また、さらに前記共鳴散乱光の強度を検出する検
出手段と、この検出された光強度から前記パルスレーザ
の大気中での減衰率を計算する手段と、この減衰率から
前記パルスレーザの受信信号を一定とするように光検出
器の増幅率を可変する手段と、前記減衰率から測距装置
の運転を起動あるいは停止するかを判断する判断手段と
を設けるようにしたものである。

【０００７】すなわち、レーザビームは、大気屈折率の
変動によりその波面が歪み、送信レーザの反射体上での
エネルギー密度が変動するため受信強度が変動するわけ
であるが、本発明では波面歪みを検出し、送信レーザビ
ームの波面を検出した波面歪みと位相共役な波面に変換
し送信することで、反射体上に到達するレーザビームの
波面歪みが補正されるので屈折率の変動による受信強度
変動が抑えられるようにしたものである。

【０００８】また、大気の減衰率の変動を測定し、その
結果より光検出器の増幅率を制御することにより、より
安定な計測が可能となるようにしたものである。また、
この場合、減衰率が大きく光検出器の検出限界より受信
光が弱くなると判断される場合には、レーザ測距装置の
運転を停止するようになし、装置の省力化を図るように
したものである。

【０００９】受信光の時間波形は、反射体形状および大
気の影響により送信パルス幅より拡がる。一般には、受
信波のピーク値の到来時刻から、伝播時間を計測する
が、減衰率および屈折率の変動が発生するためピーク値
の到来時刻が真の到来時刻とは限らない。そこで、減衰
率および屈折率を測定し、その値と受信波形から到来時
刻を判断するようにしたものである。

【００１０】例えば、地球から月までの距離は約３８万
ｋｍであり、光の伝播時間は約２．５秒である。一方、
静止衛星は約４万ｋｍであり、約０．２７秒要する。し
たがって、それぞれの距離を計測する場合には、その伝
播時間より時間的に長い間隔で、パルスレーザを繰り返
し送信し測距する。大気の屈折率の変動がパルスレーザ
の繰り返し周波数より時間的に長い場合には、受信波を
利用して波面検出し、波面の補正を行なうようにする。

【００１１】それは、受信波を波面検出器に入力し波面
検出し、受信波の波面歪みをミラー面の凹凸を任意に変
えることのできる形状可変鏡で補正すると、次の送信パ
ルスレーザビームを形状可変鏡のミラー面に反射させ
て、反射体に向けて送信することにより、検出した波面
歪みと位相共役な波面でレーザビームを送信できる。

【００１２】一方、大気の屈折率の変動がパルスレーザ
の繰り返し周波数より時間的に短い場合には、パルスレ
ーザの受信波で波面を検出制御することはできないた
め、以下の方法を用いる。すなわち、地上高度約９０ｋ
ｍに存在するＮａ原子層を地上から送信したレーザビー
ムとの共鳴散乱によって発光させ、それを反射波光源と
して利用する。その共鳴波長は５８９ｎｍであり、その
波長のレーザビームを生成することは可能であり、実現
可能なレーザ出力で受信可能な反射波を得ることができ
る。このような人工的な天空光源をレーザガイドスター
と呼ぶ。レーザガイドスターからの反射波により、上述
と同様な方法で検出した波面歪みと位相共役な波面でレ
ーザビームを送信できる。大気の減衰率は、反射波の受
信強度を測定し、送信レーザの出力値、光学系の効率お
よび反射体あるいはＮａ原子層の共鳴効率から求めるこ
とができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下図示した実施例に基づいて本
発明を詳細に説明する。図１にはそのレーザ測距装置の
系統が示されている。図中右側に記載されている符号１
が、高度約９０ｋｍに存在するナトリウム原子層２０を
共鳴散乱させる波長５８９ｎｍのレーザビームを発振す
るＣＷレーザ発振器で、２ａはその出力レーザビームで
ある。１３は、反射体７までの伝播距離を測定するため
のレーザビーム２ｂを発振するパルスレーザ発振器で、
３ａおよび３ｂはビームスプリッタ、１２はミラー面の
凹凸を外部からの指令により可変できる形状可変鏡であ
る。

【００１４】また５は送信するレーザビーム２ａ、２ｂ
を目標方向に指向し送信するための送信光学系で、６は
ナトリウム原子層２０にレーザビーム２ａを照射するこ
とにより共鳴散乱し発生するレーザガイドスターであ
る。このレーザガイドスター６からの反射波が８ａであ
る。７は静止衛星あるいは月などの被測定物体に設置さ
れた反射体を示すもので、この反射体７からの反射波８
ｂは、受信光学系１４により集光され、かつ特定の波長
の光のみを透過させるフィルタ９ａ、９ｂを介して光検
出器１５に導びかれる。

【００１５】１７はパルスレーザ発振器１３および伝播
時間測定回路（伝播時間測定装置）１６を制御するため
のタイミング制御回路であり、１０はレーザガイドスタ
ーからの反射波８ａの波面を測定する波面検出器、１１
は波面検出器１０の検出値から形状可変鏡１２の指令値
を決定する補償光学制御回路である。なお、図２の１８
はレーザ測距装置であり、１９は地球を示している。

【００１６】次にこれらの動作をこの図１および図２に
基づいて説明すると、ＣＷレーザ発振器１から出力され
るレーザビーム２ａは、地上高度９０ｋｍ付近に存在す
るナトリウム原子層２０を共鳴散乱させるためのもので
あり、その波長は５８９ｎｍ前後である。ＣＷレーザ発
振器１から出力されるレーザビーム２ａは、ビームスプ
リッタ３ａ、３ｂ、形状可変鏡１２および送信光学系５
を介して、月あるいは静止衛星に設置した反射体７と同
一方向に向けて送信される。

【００１７】レーザビーム２ａがナトリウム原子層２０
に照射されると、そこでナトリウム原子との共鳴散乱が
発生し、大気中に存在するエアロゾル等の微粒子に比べ
て強い散乱光を放出する。この散乱光を図１では反射波
２ａとし、レーザビーム２ａがナトリウム原子層２０に
照射されている領域は地上から観測すると星のように見
えるためレーザガイドスター６と呼ばれている。

【００１８】レーザガイドスター６からの反射波２ａを
送信光学系５で集光、受信し、形状可変鏡１２、ビーム
スプリッタ３ｂおよびフィルタ９ａを介して、波面検出
器１０に入力する。このとき、送信光学系５で受信され
る光は、他の波長の光も存在する可能性があるため、レ
ーザビーム２ａのみを透過させるためにフィルタ９ａを
用い濾過する。

【００１９】波面検出器１０で検出される波面は、レー
ザガイドスター６から送信光学系５までを伝播する間に
生じた反射波８ａの波面歪みである。波面検出器１０の
検出値を補償光学制御装置１１は入力し、波面検出器１
０に入射される波面歪みが無くなるように、すなわち送
信光学系５で受信された反射波８ａの波面と位相共役な
形状可変鏡１２のミラー面となるように、形状可変鏡１
２の指令値を決定する。

【００２０】このようにして、ＣＷレーザ発振器１から
出力されるレーザビーム２ａを用いて、大気ゆらぎによ
る屈折率変動による波面歪みと位相共役な形状可変鏡１
２のミラー面にすることができる。

【００２１】タイミング制御回路１７からの指令により
パルスレーザ発振器１３からレーザビーム２ｂを出力
し、ビームスプリッタ３ａ，３ｂ、形状可変鏡１２およ
び送信光学系５を介して、月あるいは静止衛星に設置し
た反射体７に向け送信される。このとき、上述したよう
に形状可変鏡１２のミラー面は、大気ゆらぎによる屈折
率変動による波面歪みと位相共役な波面となっているた
め、上記ミラー面により反射されたレーザビーム２ｂの
波面も位相共役名ものになっている。なお、パルスレー
ザ発振器１３から出力された直後のレーザビーム２ｂの
波面は、平坦な波面になっていることは云うまでもな
い。

【００２２】このようにして、反射体７に送信するレー
ザビーム２ｂの大気屈折率の変動による反射体上でのレ
ーザービームの密度変化を抑えることができるため、反
射体７からの反射波８ｂの受信強度変化を抑えることが
できる。反射波８ｂは受信光学系１４で集光され、反射
波８ｂの波長のみを透過させるフィルタ９ｂを介して光
検出器１５で検出される。

【００２３】伝播時間測定回路１６では、タイミング制
御回路１７からの指令によりパルスレーザ発振器１３で
レーザビーム２ｂを発振すると同時に、伝播時間の計測
を開始し光検出器１５で反射波８ｂを受信した時点まで
の伝播時間の計測をする。したがって、本発明によれ
ば、反射波８ｂの受信強度の変動を抑えることができる
ため、より精度の高い伝播時間の計測が可能となる。

【００２４】なお以上の説明では、送信光学系５と受信
光学系１４とを独立させて設けた場合について説明して
きたが、常にこのように構成しなければならないわけで
はなく、送信光学系と受信光学系を共用することも当然
可能である。なお、送信光学系５で受信光学系１４を共
用する場合には、図１において例えばビームスプリッタ
３ｂとフィルタ９ａの間に新たにビームスプリッタを挿
入し反射波８ｂをフィルタ９ｂを通して光検出器１５で
検出する構成にすればよい。

【００２５】また、波面検出器１０には、いろいろな方
式のものがあるが、いずれの方式のものでも適用可能で
ある。以下にそれらの一例を述べると、レーザビームの
ブーム径に比べ小さいレンズを２次元的に配列し、各レ
ンズ焦点位置のズレから、各レンズに入射されたレーザ
ビームの領域の波面傾きを検出するシャックハルトマン
方式波面検出器、レーザビームをビームスプリッタで分
け、一方をｘ，ｙあるは軸方向にずらしてレーザビーム
を干渉させてその強度から波面の微分値を検出するシェ
アリング干渉方式波面検出器、さらにレーザビームを一
つのレンズで集光し、その焦点前後の強度部分布の差か
ら波面の曲率分布（波面の２次微分値）を検出するカー
バチャー方式波面検出器等が適用可能である。

【００２６】さらに、波面歪みの一番単純な例は波面全
体の傾きであり、これのみの検出にはレーザビームをレ
ンズで集光し焦点像の重心位置を計測することにより検
出できる。

【００２７】形状可変鏡１２の構成例としては、一枚の
薄いミラーに外部信号によりいちじく方向に変位するア
クチュエータを複数個取り付けた構造、上記アクチュエ
ータ毎にミラーを取り付けたものを複数個配列した構
造、ミラー面の曲率分布を変えることのできるバイモル
フミラーおよびメンブレンミラー等が適用できる。また
波面全体の傾きのみを補正するには、ジンバル機構の上
にミラーを設置した構成や最低３個のアクチュエータで
ミラを支持駆動することによって波面の傾きを変えるこ
とが可能である。

【００２８】上述の実施例では、ナトリウム原子層２０
に共鳴散乱させるためのレーザビーム２ａを発振するＣ
Ｗレーザ発振器１は、そのレーザ波長は５８９ｎｍ付近
であると説明した。ＣＷレーザ発振器１は、次のような
構成で上記レーザ波長を発振させることができる。色素
レーザが上記の波長域で発振可能であり、励起用の光源
としてフラッシュランプ、アルゴンイオンレーザ、銅蒸
気レーザ、ＹＡＧレーザを利用すれば実現できる。

【００２９】その他の構成例としては、２台のレーザ発
振器の波長差が共鳴散乱波長５８９ｎｍ近辺となるよう
に、波長の異なるレーザビームを和混合することによっ
ても実現できる。なお、上述の実施例ではＣＷレーザ発
振器を用いたが、上記波長を発振し大気の屈折率の変動
する周波数より高い繰り返し周波数で発振できれば、パ
ルスレーザ発振器を用いても良いことは勿論である。

【００３０】ところで、レーザガイドスター６を発生さ
せるためのレーザ発振器をパルスレーザ発振器にし、測
距用に使用するパルスレーザ発振器１３のレーザビーム
２ｂの反射波８ｂが受信される前の期間のみ、上記パル
スレーザ発振器の発振を停止することにより、反射波８
ｂを検出する際のノイズを低減することができる。な
お、反射体７の設置場所が静止衛星および月であれば伝
播時間は予測することは可能である。

【００３１】レーザビーム２ａの波長５８９ｎｍとレー
ザビーム２ｂの波長は近い方が、波面制御時の誤差が少
ない。同一波長でも、反射波２ｂを受信する場合には、
月あるいは静止衛星の大まかな距離は判明しているた
め、時間ゲートを設けて受信すれば、分離検出すること
ができる。また、異なる波長であれば、各フィルタ９
ａ、９ｂによりそれぞれを分離検出できるため、両方の
波長差が小さくても問題はない。

【００３２】次に図３を用いて、本発明のもう一つの実
施例について説明する。地球から月までの距離は約３８
万ｋｍであり、光の伝播時間は約２．５秒である。一
方、静止衛星は約４万ｋｍであり、約０．２７秒要す
る。したがって、それぞれの距離を計測する場合には、
その伝播時間より時間的に長い間隔で、パルスレーザ発
振器１３よりレーザビーム２ｂを繰り返し送信し測距す
る。

【００３３】この実施例の構成は、大気の屈折率変動の
周波数が上記パルスレーザの繰り返し周波数より低い場
合に有効なものである。パルスレーザ発振器１３から出
力されるレーザビーム２ｂをビームスプリッタ３ｂ、形
状可変鏡１２および送信光学系５を介して反射体７の方
向に向けて送信する。反射体７からの反射波８ｂを送信
光学系５、形状可変鏡１２、ビームスプリッタ３ｂおよ
びフィルタ９ａを介して波面検出器１０に入力し、波面
を検出する。

【００３４】上記波面検出値から補償光学制御回路１１
では、形状可変鏡１２の指令値を決定し制御する。これ
より、形状可変鏡１２のミラー面は反射波８ｂの波面に
対して位相共役な波面となり、パルスレーザ発振器１３
から出力されるレーザビーム２ｂは形状可変鏡１２を介
して送信されるために、反射体７でのレーザビーム２ｂ
は大気屈折率変動の影響を受けないため、一定のエネル
ギー密度で反射体７を照射する。したがって、受信光学
系１４を介して検出される反射波８ｂの強度変動を抑え
ることができる。

【００３５】上述の実施例において、送信レーザビーム
２ｂが反射体７まで伝播する間に大気屈折率の変化によ
り生じる照射エネルギー密度の変動を抑えることができ
ることを示した。ところで、反射体７からの反射波８ｂ
が本発明のレーザ測距装置１８に伝播する間にも大気中
を伝播するため、波面歪みが発生し反射波２ｂの強度変
動が当然生じる。

【００３６】しかし、この影響は反射体７へ伝播時の場
合に比べ小さい。その理由を以下に示す。いま、レーザ
波長を６００ｎｍ、送信光学系５の光学開口を３０ｃ
ｍ、反射体７の直径を１０ｃｍと仮定する。大気が存在
する最大高度は１０ｋｍ程度であり、低高度の方が空気
の密度が高くなるため屈折率の変化が大きい。レーザ測
距装置１８から送信されたレーザビーム２ｂの高度１０
ｋｍでのビーム径は、回折限界の式より２ｃｍとなる。

【００３７】一方、静止衛星に設置された反射体７から
の反射波８ｂが高度１０ｋｍに到達したときのビーム径
は、静止衛星の高度を４０，０００ｋｍとすれば約２４
０ｍとなる。このように高度１０ｋｍ以下の大気層を通
過するときのビーム径が反射波８ｂは非常に大きく、ま
たエネルギー密度も小さいため、大気屈折率変動の影響
が、送信レーザビーム２ｂに比べ小さいのは当然であ
る。

【００３８】次に、本発明の他の実施例について図４お
よび図５を用いて説明する。図４において４は波面検出
部であり、波面検出部４の構成は図５に示すようにビー
ムスプリッタ３ｃを介して反射波２ｂを波面検出器１０
と光検出器１５ａにて、それぞれ波面と光強度を検出す
るものである。光検出器１５ａで検出した反射波８ａの
光強度信号は、図４に示すようにタイミング制御回路１
７と光検出器１５に入力される。

【００３９】タイミング制御回路１７では光強度信号か
ら大気中でのレーザ測距するためのレーザビーム２ｂの
減衰率を推定し、光検出器１５で検出できないほど減衰
率が大きいと判断される場合には、レーザ測距装置を停
止する。この停止とは、パルスレーザ発振器１３を停止
しレーザ測距を行わないことである。このようにするこ
とにより、測定不能な気象条件での測定を回避できるた
め、レーザ測距装置の操作性を高めることができる。

【００４０】なお、遠距離を測定する本発明のレーザ測
距装置は、背景光による雑音が問題となるため背景光の
弱い夜間に測定される。このため、運用者が目視により
気象条件を判断するのは難しい。また、昼間であって
も、上空まで含めた大気減衰率を測定するのは他の方法
では困難である。

【００４１】波面検出部４の光検出器１５ａの光強度信
号は、図４に示すように光検出器１５にも入力される。
光検出器１５では、光強度信号により増幅器の増幅率を
変えることにより、常に一定の信号レベルで電気信号と
して出力できる。このようにすることにより、光検出器
１５での信号の飽和が無くなり、出力される電気信号レ
ベルが安定するため、精度の良い測定が可能となる。

【００４２】上述の図４および図５を用いた本発明の実
施例では、ＣＷレーザ発振器１のレーザビーム２ｂの反
射波８ｂを用いて光強度を検出し、タイミング制御回路
１７および光検出器１５を制御する方法について説明し
た。同様に、パルスレーザ発振器１３による反射波８ａ
を用いることによっても同様の効果が得られることはゆ
うまでもない。ただし、このときには大気減衰率の変化
がパルスレーザ発振器１３の繰り返し発振周波数より遅
くなければ、効果はない。

【００４３】次に、本発明の他の実施例について図６お
よび図７を用いて説明する。図７は、パルスレーザ発振
器１３の発振するレーザビーム２ｂの時間波形と反射波
８ｂの光検出器１５で検出された受信信号の時間波形を
示す。このように短い時間幅のパルスレーザを送信して
も、反射体の奥行き、大気中での微粒子による散乱およ
び大気屈折率の変動などにより、時間幅が拡がりピーク
値が不明確な受信信号となる。

【００４４】そこで図６に示すように反射波８ｂを受信
光学系１４で集光した後、光検出器１５で強度を検出す
るとともに、波面検出器１０ａで反射波８ｂの波面計測
する。強度信号だけでなく、波面の情報から受信信号の
ピーク値あるいは真の伝播時刻をタイミング制御回路１
７で判断することにより、より正確な距離測定が可能と
なる。

【００４５】以上説明してきたようにこのように形成さ
れたレーザ測距装置であると、送信レーザビームの大気
屈折率の変化により発生する波面歪みによる反射体上で
のレーザエネルギー密度の変動を、送信レーザビームの
反射体からの反射波あるいはナトリウム原子層に共鳴散
乱させた他のレーザビームの反射波から波面歪みを検出
し形状可変鏡により補正し、形状可変鏡のミラー面に反
射させて送信レーザビームを送信することで波面歪みを
補正できるため、反射体上でのエネルギー密度の変動を
抑えることができるため、その反射波の強度変動が抑え
られより高精度なレーザ測距が可能となる。

【００４６】また、送信レーザビームの反射体からの反
射波あるいはナトリウム原子層に共鳴散乱させた他のレ
ーザビームの反射波からその受信強度を検出し大気の減
衰率を推定し、受信光のレベルが一定となるように光検
出器の増幅率を決定するため、光検出器から出力される
受信光の電気信号レベルが一定となるため、より正確な
レーザ測距が可能となる。

【００４７】また、ナトリウム原子層に共鳴散乱させた
他のレーザビームの反射波からその受信強度を検出し大
気の減衰率を推定し、レーザ測距用の送信レーザビーム
の送信をするか否かを決定するため、減衰率が大きく受
信できない場合にレーザ測距を行う可能性が少なくなる
ため、レーザ測距装置の操作、運用性を向上できる。

【００４８】本発明によれば、送信レーザビームの反射
体からの反射波の波面検出し、反射波の受信強度信号と
ともに反射波のレーザ測距装置への到達時刻を決定する
ため、より高精度なレーザ測距が可能となる。

【００４９】

【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、操作性および運用性良好にして、レーザの大気伝播
時に生じるレーザ受信強度の変動を抑えて、高精度の測
距が可能なレーザ測距装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のレーザ測距装置の一実施例を示す系統
図である。

【図２】レーザ測距装置と反射体の位置関係を示す線図
である。

【図３】本発明のレーザ測距装置の他の実施例を示すレ
ーザ測距装置の系統図である。

【図４】本発明のレーザ測距装置の他の実施例を示すレ
ーザ測距装置の系統図である。

【図５】本発明の一実施例を示す波面検出部の構成図で
ある。

【図６】本発明の一実施例を示すレーザ測距装置の受信
光学系、波面検出器、タイミング制御回路などの構成図
である。

【図７】レーザ測距装置における送信レーザビームと受
信光の時間波形である。

【符号の説明】

１…ＣＷレーザ発振器、２…レーザビーム、３…ビーム
スプリッタ、４…波面検出部、５…送信光学系、６…レ
ーザガイドスター、７…反射体、８…反射波、９…フィ
ルタ、１０…波面検出器、１１…補償光学制御回路、１
２…形状可変鏡、１３…パルスレーザ発振器、１４…受
信光学系、１５…光検出器、１６…伝播時間測定回路、
１７…タイミング制御回路、１８…レーザ測距装置、１
９…地球、２０…ナトリウム原子層。

フロントページの続き (72)発明者 日比 進 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地 株 式会社日立製作所情報通信事業部内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 遠方に離れた被測定物体に向けパルスレ
   ーザを送信するレーザ送信装置と、前記被測定物体から
   の反射波を受信する反射波受信装置と、前記レーザ送信
   から受信するまでの伝播時間を測定する時間測定装置
   と、この時間測定装置にて得られた伝播時間から前記被
   測定物体までの距離を演算する装置とを備え、レーザ送
   信から反射波を受信するまでの伝播時間を測定すること
   により被測定物体までの距離を測定するようになしたレ
   ーザ測距装置において、 前記測距装置に、地球上空のナトリウム原子層で共鳴散
   乱させることができるレーザビームを前記被測定物体の
   方向に送信する送信装置と、この共鳴散乱された光を受
   光し、その共鳴散乱光の波面を検出する波面検出装置
   と、この波面検出装置より得られた波面検出値から共鳴
   散乱光の波面を平坦に補正する波面補正装置と、この波
   面補正装置の共鳴散乱光の波面の補正と同一の伝播経路
   で上記被測定物体へ前記パルスレーザを送信する送信装
   置とを設けたことを特徴とするレーザ測距装置。
2. 【請求項２】 地球より遠方に離れた反射体へ向けてパ
   ルスレーザを送信するレーザ送信装置と、前記反射体か
   らの反射波を受信する反射波受信装置と、前記レーザ送
   信から受信するまでの伝播時間を測定する伝播時間測定
   装置と、この伝播時間測定装置にて得られた伝播時間か
   ら前記反射体までの距離を演算する装置とを備え、レー
   ザ送信から反射波を受信するまでの伝播時間を測定する
   ことにより被測定物体までの距離を測定するようになし
   たレーザ測距装置において、 前記測距装置に、地球上空のナトリウム原子層で共鳴散
   乱させることができるレーザビームを前記反射体の方向
   に向けて送信する送信手段と、前記共鳴散乱された光を
   受光し、その共鳴散乱光の波面を検出する波面検出手段
   と、この波面検出装置より得られた検出値から共鳴散乱
   光の波面を平坦に補正する波面補正手段と、前記パルス
   レーザを前記共鳴散乱光の波面を補正する手段と同一の
   伝播経路で上記反射体へ送信する送信手段とを設けたこ
   とを特徴とするレーザ測距装置。
3. 【請求項３】 地球より遠方に離れた反射体へ向けてパ
   ルスレーザを送信するレーザ送信装置と、前記反射体か
   らの反射波を受信する反射波受信装置と、前記レーザ送
   信から受信するまでの伝播時間を測定する伝播時間測定
   装置と、この伝播時間測定装置にて得られた伝播時間か
   ら前記反射体までの距離を演算する装置とを備え、レー
   ザ送信から反射波を受信するまでの伝播時間を測定する
   ことにより被測定物体までの距離を測定するようになし
   たレーザ測距装置において、 前記測距装置に、地球上空のナトリウム原子層で共鳴散
   乱させることができるレーザビームを上記反射体と同方
   向に送信する送信手段と、共鳴散乱された光の強度を検
   出する検出手段と、この検出装置により検出された光強
   度から上記パルスレーザの大気中での減衰率を計算する
   計算手段と、この計算結果の減衰率から上記パルスレー
   ザの受信信号を一定とするように光検出器の増幅率を可
   変する手段と、前記減衰率からレーザ測距装置の運転を
   起動あるいは停止するかを判断する判断手段とを設けた
   ことを特徴とするレーザ測距装置。
4. 【請求項４】 遠方に離れた惑星上に予め設置されてい
   る反射体へ向けてパルスレーザを送信するレーザ送信装
   置と、前記反射体からの反射波を受信する反射波受信装
   置と、前記レーザ送信から受信するまでの伝播時間を測
   定する伝播時間測定装置と、この伝播時間測定装置にて
   得られた伝播時間から前記反射体までの距離を演算する
   装置とを備え、レーザ送信から反射波を受信するまでの
   伝播時間を測定することにより被測定物体までの距離を
   測定するようになしたレーザ測距装置において、 前記測距装置に、地球上空のナトリウム原子層で共鳴散
   乱させることができるレーザビームを前記反射体の方向
   に向けて送信する送信装置と、前記共鳴散乱された光を
   受光し、その共鳴散乱光の波面を検出する波面検出装置
   と、この波面検出装置より得られた波面検出値と上記反
   射波の強度から上記反射波の受信時刻を判断する判断手
   段とを設けたことを特徴とするレーザ測距装置。
5. 【請求項５】 前記請求項１記載のレーザ測距装置に、
   前記共鳴散乱光の強度を検出する検出手段と、この検出
   された光強度から前記パルスレーザの大気中での減衰率
   を計算する手段と、この減衰率から前記パルスレーザの
   受信信号を一定とするように光検出器の増幅率を可変す
   る手段と、前記減衰率から測距装置の運転を起動あるい
   は停止するかを判断する判断手段とを設けてなるレーザ
   測距装置。
6. 【請求項６】 前記請求項１または５記載のレーザ測距
   装置に、パルスレーザの反射体からの反射波の波面を検
   出する検出手段と、この検出手段より得られた波面検出
   値と上記反射波の強度から上記反射波の受信時刻を判断
   する判断手段とを設けてなるレーザ測距装置。
7. 【請求項７】 前記請求項２記載のレーザ測距装置に、
   パルスレーザの反射体からの反射波の波面と上記反射波
   の強度から上記反射波の受信時刻を判断する判断手段と
   を設けてなるレーザ測距装置。
8. 【請求項８】 遠方に離れた被測定物体に向けパルスレ
   ーザを送信するとともに、前記被測定物体からの反射波
   を受信し、送信から受信するまでの伝播時間を測定する
   ことにより被測定物体までの距離を測定するようになし
   たレーザ測距方法において、 パルスレーザを被測定物体へ向け送信するに際し、地球
   上空のナトリウム原子層で共鳴散乱させることができる
   レーザビームを上記被測定物体と同方向に送信するとと
   もに、共鳴散乱された光を受光してその波面を平坦に補
   正するとともに、この共鳴散乱光の波面の補正と同一の
   伝播経路で上記パルスレーザを上記被測定物体へ向け送
   信するようにしたことを特徴とするレーザ測距方法。
9. 【請求項９】 遠方に離れた被測定物体に向けパルスレ
   ーザを送信するとともに、前記被測定物体からの反射波
   を受信し、送信から受信するまでの伝播時間を測定する
   ことにより被測定物体までの距離を測定するようになし
   たレーザ測距方法において、 パルスレーザを被測定物体へ向け送信するに際し、地球
   上空のナトリウム原子層で共鳴散乱させることができる
   レーザビームを上記被測定物体と同方向に送信するとと
   もに、共鳴散乱された光を受光してその波面歪みを検出
   し、前記送信レーザビームの波面を、この検出した波面
   歪みと位相共役な波面に変換し送信するようにしたこと
   を特徴とするレーザ測距方法。