JPH11304909A - 信号光の電気光学的補正装置付レーザレーダ - Google Patents
信号光の電気光学的補正装置付レーザレーダInfo
- Publication number
- JPH11304909A JPH11304909A JP10114575A JP11457598A JPH11304909A JP H11304909 A JPH11304909 A JP H11304909A JP 10114575 A JP10114575 A JP 10114575A JP 11457598 A JP11457598 A JP 11457598A JP H11304909 A JPH11304909 A JP H11304909A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 測定対象物の距離の遠近にかかわらず受信信
号の大きさをほぼ一定とする信号光の電気光学的補正装
置付レーザレーダを提供する。 【解決手段】 対象物にレーザ光を送信する送信光装置
２と、送信時からの時間ｔに応じた電圧Ｅを発生する電
圧制御装置５と、送信されたレーザ光の散乱光を受信し
電圧制御装置５からの電圧に応じて受信光の偏光角を変
化させる電気光学素子６と、この電気光学素子６の出力
光の内所定の偏光角の光のみ通過させる検光子７と、こ
の検光子７の出力から対象物の測定値を得る信号処理装
置３と、を備える。
号の大きさをほぼ一定とする信号光の電気光学的補正装
置付レーザレーダを提供する。 【解決手段】 対象物にレーザ光を送信する送信光装置
２と、送信時からの時間ｔに応じた電圧Ｅを発生する電
圧制御装置５と、送信されたレーザ光の散乱光を受信し
電圧制御装置５からの電圧に応じて受信光の偏光角を変
化させる電気光学素子６と、この電気光学素子６の出力
光の内所定の偏光角の光のみ通過させる検光子７と、こ
の検光子７の出力から対象物の測定値を得る信号処理装
置３と、を備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、大気中の雲やスモ
ッグなどを測定するレーザレーダに係わり、特に測定対
象物の距離の遠近にかかわらず受信信号をほぼ一定の大
きさに補正する信号光の電気光学的補正装置付レーザレ
ーダに関する。
ッグなどを測定するレーザレーダに係わり、特に測定対
象物の距離の遠近にかかわらず受信信号をほぼ一定の大
きさに補正する信号光の電気光学的補正装置付レーザレ
ーダに関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザレーダはパルス光を大気中に送り
出し、雲やスモッグなどで散乱した後方散乱光を受光
し、散乱光の強度を時間分解して対象物の形状あるいは
分布を測定する。レーダは、通常マイクロ波が使われ
る。これに対してレーザを電磁波源とするレーダは、レ
ーザレーダあるいはライダ（light detection and rang
ing,lidar)と呼ばれる。
出し、雲やスモッグなどで散乱した後方散乱光を受光
し、散乱光の強度を時間分解して対象物の形状あるいは
分布を測定する。レーダは、通常マイクロ波が使われ
る。これに対してレーザを電磁波源とするレーダは、レ
ーザレーダあるいはライダ（light detection and rang
ing,lidar)と呼ばれる。
【０００３】電磁波は、一般にその波長より十分小さい
物質に対しては散乱断面積は小さい。従ってマイクロ波
は雲やスモッグのような微粒子中を通り抜けるのに対し
て、光波は大きな散乱を受ける。その結果、ライダでは
雲やスモッグに隠された物質を検知することはできない
が、そういう微粒子の分布を感度よく検出できる。短波
長のライダでは、空気分子の散乱であるレイリー散乱も
観測できる。さらにレーザ分光の手法を応用すると、大
気中にある特定の原子・分子の空間分布もリモートセン
シングできるという特徴を有している。ライダの持つこ
のような特徴は、従来のマイクロ波レーダとは相補的で
あり、気象や大気環境のモニタリング法として有用であ
る。特にグローバルな大気環境問題が重要視されている
今日、地上から高度１００ｋｍにも及ぶ大気中の粒子分
布をリモートセンシングできるライダは、大気環境のモ
ニタリング法として大変有効な方法である。
物質に対しては散乱断面積は小さい。従ってマイクロ波
は雲やスモッグのような微粒子中を通り抜けるのに対し
て、光波は大きな散乱を受ける。その結果、ライダでは
雲やスモッグに隠された物質を検知することはできない
が、そういう微粒子の分布を感度よく検出できる。短波
長のライダでは、空気分子の散乱であるレイリー散乱も
観測できる。さらにレーザ分光の手法を応用すると、大
気中にある特定の原子・分子の空間分布もリモートセン
シングできるという特徴を有している。ライダの持つこ
のような特徴は、従来のマイクロ波レーダとは相補的で
あり、気象や大気環境のモニタリング法として有用であ
る。特にグローバルな大気環境問題が重要視されている
今日、地上から高度１００ｋｍにも及ぶ大気中の粒子分
布をリモートセンシングできるライダは、大気環境のモ
ニタリング法として大変有効な方法である。
【０００４】このように有用なライダでは、対象物から
の後方散乱光は距離の２乗に反比例する受信信号として
得られる。光の速さは一定なので距離は受信信号の伝達
時間に比例し、これにより受信信号の大きさは伝達時間
の２乗に反比例する。このため遠方からの受信信号の大
きさは極めて小さな値となり、ノイズが混合すると正確
な測定値を得ることが難しい。
の後方散乱光は距離の２乗に反比例する受信信号として
得られる。光の速さは一定なので距離は受信信号の伝達
時間に比例し、これにより受信信号の大きさは伝達時間
の２乗に反比例する。このため遠方からの受信信号の大
きさは極めて小さな値となり、ノイズが混合すると正確
な測定値を得ることが難しい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このため利得倍増型の
電圧増幅器または電流増幅器、あるいは入力信号（電
圧）の対数に比例した出力信号（電圧）を出力する対数
増幅器が用いられている。しかし利得増幅型増幅器では
遠距離の信号の大きさを基準にすると近距離の信号が計
測レンジを越えてしまい出力信号の飽和が生じる。また
対数増幅器では入力と出力が線型でないため、較正が必
要になる。
電圧増幅器または電流増幅器、あるいは入力信号（電
圧）の対数に比例した出力信号（電圧）を出力する対数
増幅器が用いられている。しかし利得増幅型増幅器では
遠距離の信号の大きさを基準にすると近距離の信号が計
測レンジを越えてしまい出力信号の飽和が生じる。また
対数増幅器では入力と出力が線型でないため、較正が必
要になる。
【０００６】本発明は上述の問題点に鑑みてなされたも
ので、測定対象物の距離の遠近にかかわらず受信信号の
大きさをほぼ一定とする信号光の電気光学的補正装置付
レーザレーダを提供することを目的とする。
ので、測定対象物の距離の遠近にかかわらず受信信号の
大きさをほぼ一定とする信号光の電気光学的補正装置付
レーザレーダを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明では、対象物にレーザ光を送信する
送信光装置と、送信時からの時間ｔに応じた電圧Ｅを発
生する電圧制御装置と、送信されたレーザ光の散乱光を
受信し前記電圧制御装置からの電圧に応じて受信光の偏
光角を変化させる電気光学素子と、この電気光学素子の
出力光の内所定の偏光角の光のみ通過させる検光子と、
この検光子の出力から対象物の測定値を得る信号処理装
置と、を備える。
め、請求項１の発明では、対象物にレーザ光を送信する
送信光装置と、送信時からの時間ｔに応じた電圧Ｅを発
生する電圧制御装置と、送信されたレーザ光の散乱光を
受信し前記電圧制御装置からの電圧に応じて受信光の偏
光角を変化させる電気光学素子と、この電気光学素子の
出力光の内所定の偏光角の光のみ通過させる検光子と、
この検光子の出力から対象物の測定値を得る信号処理装
置と、を備える。
【０００８】レーザ光を対象物に照射するとその散乱光
が受信信号として得られるが、受信信号は対象物と受信
装置との距離の２乗に反比例する。レーザ光は光速度で
進むのでこの距離は対象物から受信装置まで散乱光が進
む時間に比例する。この時間はレーザ光を照射してから
受信信号を受信するまでの１／２の時間であるので、受
信信号はレーザ光を照射してから受信信号を受信するま
での時間ｔの２乗ｔ2に反比例した値となる。このため
遠くからの受信信号の大きさは極めて小さいものにな
る。
が受信信号として得られるが、受信信号は対象物と受信
装置との距離の２乗に反比例する。レーザ光は光速度で
進むのでこの距離は対象物から受信装置まで散乱光が進
む時間に比例する。この時間はレーザ光を照射してから
受信信号を受信するまでの１／２の時間であるので、受
信信号はレーザ光を照射してから受信信号を受信するま
での時間ｔの２乗ｔ2に反比例した値となる。このため
遠くからの受信信号の大きさは極めて小さいものにな
る。
【０００９】電気光学素子に電圧を印加すると、通過す
る光の偏光角が印加電圧の大きさに応じて変化する。検
光子は所定の偏光角の光のみを透過させる。このため電
気光学素子で偏光した光の内、所定の偏光角の成分を有
する光のみが検光子を透過する。そこで受信光を偏光さ
せその偏光角の所定偏光角方向の成分が受信する時間ｔ
の２乗に比例するように偏光させるような電圧を電気光
学素子に印加することにより、検光子の出力光をほぼ一
定の強さの信号光とすることができる。
る光の偏光角が印加電圧の大きさに応じて変化する。検
光子は所定の偏光角の光のみを透過させる。このため電
気光学素子で偏光した光の内、所定の偏光角の成分を有
する光のみが検光子を透過する。そこで受信光を偏光さ
せその偏光角の所定偏光角方向の成分が受信する時間ｔ
の２乗に比例するように偏光させるような電圧を電気光
学素子に印加することにより、検光子の出力光をほぼ一
定の強さの信号光とすることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。図１は本実施形態の構成を示
すブロック図である。投光装置２ではパルス幅τのレー
ザ光をコリメーターで平行光として大気中に送り出し、
大気からの後方散乱光を大型の望遠鏡で受光し、その強
度を時間分解して記録する。光の速度をｃとして、距離
Ｒの点から戻ってきた光のパワーＰ（Ｒ）は次のライダ
方程式で与えられる。 Ｐ（Ｒ）＝Ｐ0 Ｋ（ｃτ／２）Ａβ（Ｒ）Ｙ（Ｒ）Ｔ0 （Ｒ）2/Ｒ2 …（１） ここでＰ0 は送信パワー，Ｋは受信光学系の効率，Ａは
望遠鏡の有効面積，β（Ｒ）は微分後方散乱断面積，Ｙ
（Ｒ）は送信ビームと望遠鏡視野の重なりファクター，
Ｔ0 （Ｒ）は片道当たりの透過率で、αを消散係数，σ
を大気分子の吸収断面積，Ｎをその密度とすると、次式
で与えられる。 Ｔ0 （Ｒ）＝ｅｘｐ（−∫（α（ｒ）＋σＮ（ｒ））ｄｒ）…（２） ここで積分は０〜Ｒの範囲とする。
図面を参照して説明する。図１は本実施形態の構成を示
すブロック図である。投光装置２ではパルス幅τのレー
ザ光をコリメーターで平行光として大気中に送り出し、
大気からの後方散乱光を大型の望遠鏡で受光し、その強
度を時間分解して記録する。光の速度をｃとして、距離
Ｒの点から戻ってきた光のパワーＰ（Ｒ）は次のライダ
方程式で与えられる。 Ｐ（Ｒ）＝Ｐ0 Ｋ（ｃτ／２）Ａβ（Ｒ）Ｙ（Ｒ）Ｔ0 （Ｒ）2/Ｒ2 …（１） ここでＰ0 は送信パワー，Ｋは受信光学系の効率，Ａは
望遠鏡の有効面積，β（Ｒ）は微分後方散乱断面積，Ｙ
（Ｒ）は送信ビームと望遠鏡視野の重なりファクター，
Ｔ0 （Ｒ）は片道当たりの透過率で、αを消散係数，σ
を大気分子の吸収断面積，Ｎをその密度とすると、次式
で与えられる。 Ｔ0 （Ｒ）＝ｅｘｐ（−∫（α（ｒ）＋σＮ（ｒ））ｄｒ）…（２） ここで積分は０〜Ｒの範囲とする。
【００１１】（１）式で示すように、受信信号となる距
離Ｒの点から戻ってきた光のパワーＰ（Ｒ）は、距離の
２乗Ｒ2 に反比例している。この距離Ｒはこの距離を光
が光速で進む時間に比例するので、（１）式のＲを時間
で置き換えることができる。時間としてはレーザ光を照
射してからこの後方散乱光を受信するまでの時間ｔ（つ
まり距離Ｒ進む時間の２倍の時間）を用いる。この時間
ｔは全体を制御する制御装置１で発光時から計測してい
る。
離Ｒの点から戻ってきた光のパワーＰ（Ｒ）は、距離の
２乗Ｒ2 に反比例している。この距離Ｒはこの距離を光
が光速で進む時間に比例するので、（１）式のＲを時間
で置き換えることができる。時間としてはレーザ光を照
射してからこの後方散乱光を受信するまでの時間ｔ（つ
まり距離Ｒ進む時間の２倍の時間）を用いる。この時間
ｔは全体を制御する制御装置１で発光時から計測してい
る。
【００１２】信号処理装置３は散乱光受信の制御と得ら
れた信号光より対象物の形状や分布などの計測データを
生成する。信号光強度補正装置４は受信光の強度を距離
（時間ｔ）に関係なくほぼ一定値に補正する装置で、本
発明の中心であり、電圧制御装置５と電気光学素子６と
検光子７から構成される。光検出素子８は距離の補正を
受けた信号光を電気信号に変換する素子であり、この電
気信号は増幅器９で増幅され、信号処理装置３に入力さ
れる。
れた信号光より対象物の形状や分布などの計測データを
生成する。信号光強度補正装置４は受信光の強度を距離
（時間ｔ）に関係なくほぼ一定値に補正する装置で、本
発明の中心であり、電圧制御装置５と電気光学素子６と
検光子７から構成される。光検出素子８は距離の補正を
受けた信号光を電気信号に変換する素子であり、この電
気信号は増幅器９で増幅され、信号処理装置３に入力さ
れる。
【００１３】信号光強度補正装置４の電圧制御装置５は
送信光パルス発信を信号処理装置３から入力すると、そ
の時からの時間ｔに応じた電圧Ｅを発生する。電気光学
素子６は電圧制御装置５からの電圧Ｅに応じて受信した
信号光の偏光角を変化させる。検光子７は電気光学素子
６からの出力光の内、所定の偏光角の光のみ透過させ
る。
送信光パルス発信を信号処理装置３から入力すると、そ
の時からの時間ｔに応じた電圧Ｅを発生する。電気光学
素子６は電圧制御装置５からの電圧Ｅに応じて受信した
信号光の偏光角を変化させる。検光子７は電気光学素子
６からの出力光の内、所定の偏光角の光のみ透過させ
る。
【００１４】図２は（１）式に基づく受信信号光を光の
強度で示したものである。横軸は時間である。縦軸は信
号光の強度を示す。時間ｔは図１に示す投光装置２より
レーザのパルス光を照射したときからの時間を示す。Ｓ
は受信信号を示す。Ｓの値はｔ2 に逆比例するためｔが
大きくなると（散乱体が遠くなると）急激に減少してい
る。なお、時間０からｔ０までの信号は誤差信号でこれ
を無視し、破線のように置き換えることによりｔ2 に逆
比例する信号となる。
強度で示したものである。横軸は時間である。縦軸は信
号光の強度を示す。時間ｔは図１に示す投光装置２より
レーザのパルス光を照射したときからの時間を示す。Ｓ
は受信信号を示す。Ｓの値はｔ2 に逆比例するためｔが
大きくなると（散乱体が遠くなると）急激に減少してい
る。なお、時間０からｔ０までの信号は誤差信号でこれ
を無視し、破線のように置き換えることによりｔ2 に逆
比例する信号となる。
【００１５】図３は電気光学素子６の出力特性の一例を
示す。入光した信号光を電圧Ｅに比例した角度偏光させ
る場合を示す。このようなリニア特性が望ましいが曲線
特性でもよい。図４は電圧制御装置５から出力する電圧
曲線を示す。時間ｔの２乗ｔ 2 に比例した電圧を発生す
る。図５は図３の特性を有する電気光学素子６に図４に
示す電圧を印加した場合の受信光の偏光角を変化させる
角度を示す。
示す。入光した信号光を電圧Ｅに比例した角度偏光させ
る場合を示す。このようなリニア特性が望ましいが曲線
特性でもよい。図４は電圧制御装置５から出力する電圧
曲線を示す。時間ｔの２乗ｔ 2 に比例した電圧を発生す
る。図５は図３の特性を有する電気光学素子６に図４に
示す電圧を印加した場合の受信光の偏光角を変化させる
角度を示す。
【００１６】図６は検光子７の透過率を示す。検光子７
は所定の偏光角の光のみ透過する。このため偏光角０°
の光のみ透過させるとすると、偏光角９０°の光の透過
率は０となるが、偏光角４５°であれば、その光の０°
成分、つまりその信号光にCOS45 °を掛けた値の信号光
が透過する。この特性線は曲線となる場合が多い。
は所定の偏光角の光のみ透過する。このため偏光角０°
の光のみ透過させるとすると、偏光角９０°の光の透過
率は０となるが、偏光角４５°であれば、その光の０°
成分、つまりその信号光にCOS45 °を掛けた値の信号光
が透過する。この特性線は曲線となる場合が多い。
【００１７】図７は図３の特性を有する電気光学素子６
に図４の特性の電圧Ｅを印加し、図６の特性を有する検
光子７を信号光が通過するときの透過率Ｔを示す図であ
る。図６の特性により完全なｔ2 に比例する透過率Ｔと
はならないが、これに近い特性を有する。この特性が信
号強度補正装置４の透過特性となる。
に図４の特性の電圧Ｅを印加し、図６の特性を有する検
光子７を信号光が通過するときの透過率Ｔを示す図であ
る。図６の特性により完全なｔ2 に比例する透過率Ｔと
はならないが、これに近い特性を有する。この特性が信
号強度補正装置４の透過特性となる。
【００１８】図８は図７の透過特性の信号強度補正装置
４が図２に示す散乱信号光を受光したときの出力光であ
る補正信号光Ｓ１の強度を示す。散乱信号光Ｓのｔ2 に
逆比例する特性は、ｔ2 にほぼ比例す透過特性に相殺さ
れて、補正信号光Ｓ１の強度はほぼフラットになり、距
離にかかわらず一定の信号強度が得られる。
４が図２に示す散乱信号光を受光したときの出力光であ
る補正信号光Ｓ１の強度を示す。散乱信号光Ｓのｔ2 に
逆比例する特性は、ｔ2 にほぼ比例す透過特性に相殺さ
れて、補正信号光Ｓ１の強度はほぼフラットになり、距
離にかかわらず一定の信号強度が得られる。
【００１９】以上の実施形態では電気光学素子６の特性
を図３に示す特性とし、検光子７の特性を図６に示す特
性としたが、これと異なる場合でも、それぞれの特性を
考慮して電圧制御装置で与える時間電圧特性を調整する
ことにより、距離の遠近にかかわらず一定の強度の信号
光に補正することができる。
を図３に示す特性とし、検光子７の特性を図６に示す特
性としたが、これと異なる場合でも、それぞれの特性を
考慮して電圧制御装置で与える時間電圧特性を調整する
ことにより、距離の遠近にかかわらず一定の強度の信号
光に補正することができる。
【００２０】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、測定距離による信号強度の変化を電気光学素子と検
光子の組み合わせにより光学的に補正して一定の大きさ
の信号を得ることができる。これにより遠距離の信号レ
ベルに合わせれば近距離の信号が飽和するという事態を
防止することができる。また光信号の段階で補正が行わ
れるため、以降の電気的処理回路の構成が簡単となる。
は、測定距離による信号強度の変化を電気光学素子と検
光子の組み合わせにより光学的に補正して一定の大きさ
の信号を得ることができる。これにより遠距離の信号レ
ベルに合わせれば近距離の信号が飽和するという事態を
防止することができる。また光信号の段階で補正が行わ
れるため、以降の電気的処理回路の構成が簡単となる。
【図１】本発明の実施形態の構成を示すブロック図であ
る。
る。
【図２】散乱信号光の時間特性を示す図である。
【図３】電気光学素子の特性の一例を示す図である。
【図４】電気光学素子に印加する電圧特性を示す図であ
る。
る。
【図５】図４の電圧を電気光学素子に印加したときの偏
光角の変化特性を示す図である。
光角の変化特性を示す図である。
【図６】検光子の透過特性の一例を示す図である。
【図７】電気光学素子に図４に示す電圧を印加したとき
の検光子の透過特性を示す図である。
の検光子の透過特性を示す図である。
【図８】本実施形態の補正信号光の特性を示す図であ
る。
る。
【符号の説明】 １ 制御装置 ２ 投光装置 ３ 信号処理装置 ４ 信号強度補正装置 ５ 電圧制御装置 ６ 電気光学素子 ７ 検光子 ８ 光検出素子 ９ 増幅回路
Claims (1)
- 【請求項１】 対象物にレーザ光を送信する送信光装置
と、送信時からの時間ｔに応じた電圧Ｅを発生する電圧
制御装置と、送信されたレーザ光の散乱光を受信し前記
電圧制御装置からの電圧に応じて受信光の偏光角を変化
させる電気光学素子と、この電気光学素子の出力光の内
所定の偏光角の光のみ通過させる検光子と、この検光子
の出力から対象物の測定値を得る信号処理装置と、を備
えたことを特徴とする信号光の電気光学的補正装置付レ
ーザレーダ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10114575A JPH11304909A (ja) | 1998-04-24 | 1998-04-24 | 信号光の電気光学的補正装置付レーザレーダ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10114575A JPH11304909A (ja) | 1998-04-24 | 1998-04-24 | 信号光の電気光学的補正装置付レーザレーダ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11304909A true JPH11304909A (ja) | 1999-11-05 |
Family
ID=14641281
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10114575A Pending JPH11304909A (ja) | 1998-04-24 | 1998-04-24 | 信号光の電気光学的補正装置付レーザレーダ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11304909A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013124882A (ja) * | 2011-12-13 | 2013-06-24 | Mitsubishi Electric Corp | レーザレーダ装置 |
| JP2016017803A (ja) * | 2014-07-07 | 2016-02-01 | 三菱重工業株式会社 | 光学監視装置 |
| CN107942289A (zh) * | 2017-12-13 | 2018-04-20 | 苏州科瓴精密机械科技有限公司 | 定位模块及具有其的机器人 |
| CN109001161A (zh) * | 2018-05-07 | 2018-12-14 | 安徽师范大学 | 一种基于偏振图像的污染云分类识别方法 |
| CN109031238A (zh) * | 2018-08-23 | 2018-12-18 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于miso体制的无模糊距离扩展方法 |
| CN109188392A (zh) * | 2018-09-05 | 2019-01-11 | 哈尔滨工业大学 | 一种远距离微弱信号的探测装置 |
| CN109754425A (zh) * | 2017-11-01 | 2019-05-14 | 浙江舜宇智能光学技术有限公司 | Tof摄像模组的标定设备及其标定方法 |
-
1998
- 1998-04-24 JP JP10114575A patent/JPH11304909A/ja active Pending
Cited By (7)
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