JPS636483A - 時間間隔測定装置 - Google Patents

時間間隔測定装置

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JPS636483A
JPS636483A JP61150762A JP15076286A JPS636483A JP S636483 A JPS636483 A JP S636483A JP 61150762 A JP61150762 A JP 61150762A JP 15076286 A JP15076286 A JP 15076286A JP S636483 A JPS636483 A JP S636483A
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pulse
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宜彦 水島
Yutaka Tsuchiya
裕 土屋
Yu Koishi
結 小石
Akira Takeshima
晃 竹島
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Hamamatsu Photonics KK
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Hamamatsu Photonics KK
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483Details of pulse systems
    • G01S7/486Receivers
    • G01S7/4865Time delay measurement, e.g. time-of-flight measurement, time of arrival measurement or determining the exact position of a peak

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  • Remote Sensing (AREA)
  • Measurement Of Unknown Time Intervals (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、光パルス間の未知の時間間隔を測定する時間
間隔測定装置に関する。
本発明による時間間隔測定装置は光パルスの伝播時間を
測定することにより距離を測定する距離計測に利用でき
る。
(従来の技術) 従来の長距離計測、すなわち代表的には測量技術におい
て、高精度の計測のためには、光干渉が用いられている
これは、レーザ光を電気信号で変調し、測定すべき距離
を往復させ、戻り光を検波復調して、変調信号の位相を
原信号と比較することによりその時間間隔に換算し、そ
れから距離を求めるものである。
また光パルスを被測定距離間に往復させ、その往復時間
を測定することから距離を求める方法も知られている。
(発明が解決しようとする問題点) しかし、前述した位相を比較する従来の方法は、光伝送
空間における気象状況が時々刻々変動する場合には、戻
り光の振幅が動くために、そのまま位相誤差が発生し、
これが計測の躍界をなしていた。
また、前記光パルスを往復させ、その往復時間を測定す
ることから距離を求める方法では気象変動による振幅変
動の影響は、あまり問題にな7らない。
しかし、光パルス法では従来、往復時間差を正確に測定
する手段に乏しかったので、この方法を充分に駆使する
ことができなかった。
たとえば2つの光パルスの時間間隔を正確に測定するた
めには、光ダイオードを使用すれば100ps程度の誤
差で測定することができる。
さらにストリークカメラを使用すればlps程度まで読
み取ることができる。
しかし、長距離の光パルス往復時間間隔はそれ以上に長
いので、たとえば100IJs程度の時間の長さを上記
の精度で測定することはできない。
その理由は、光電変換により得られた電気パルスの時間
位置をゲート回路により判別し、所要全時間終了まで積
算する電気回路にあって、時刻決定誤差ないしゲートの
タイミングゆらぎ量は100ps程度に容易に達し、こ
れらの誤差がゲート19作ごとに累積するからである。
本発明の目的は、前記問題点を解決するためにたとえば
100μsの時間長を10pSの誤差で計測(10−7
に相当)できる高い精度の時間間隔測定装置を提供する
ことにある。
(問題点を解決するための手段) 前記目的を達成するために本発明による時間間隔測定装
置は、第1および第2の光パルス間の時間間隔を測定す
る時間間隔測定装置において、基準となる光クロックパ
ルス列を発振する基準光パルス発振器と、前記第1の光
パルスと前記基準光クロックパルス列中の前記第1の光
パルスに近接する光クロックパルスとの間の微小時間間
隔および前記第2の光パルスと前記基準光クロックパル
ス列中の前記第2の光パルスに近接する光クロックパル
スとの間の微小時間間隔を測定する微小時間間隔測定手
段と、前記微小時間間隔測定の対象になった基準光クロ
ックパルス間の時間と前記微小時間間隔測定手段の出力
から前記第1および第2の光パルス間の時間間隔を演算
する手段から構成されている。
前記微小時間間隔測定手段は入射面に前記光クロックパ
ルスと前記第1または第2の光パルスとが入射する入射
面をもつストリークカメラで形成することができる。
前記第1の光パルスは単1パルス発生源により発生させ
られ分割されてただちに前記微小時間間隔測定手段に接
続された一方の光パルスであり前記第2の光パルスは分
割されたのちに遠方に設けられた物体から反射されて前
記微小時間間隔測定手段に接続された他方の光パルスと
することができ、この形態は距離計に利用できる。
(実施例) 以下図面等を参照して本発明をさらに詳しく説明する。
第1図は、本発明による装置を距離測定装置に利用した
実施例を示すブロック図である。
第2図は、前記実施例装置の動作を説明するための波形
図である。
原子時間発生器1とレーザダイオード2は、基準となる
光クロックパルス列を発生する光クロックパルス列発振
器を形成している。
レーザダイオード2は原子時間発振器1によって正確に
パルス間隔T(第2図(A)参照)の光クロックパルス
列を発生する。
ハーフミラ−7で反射された光クロックパルス列は第1
のストリークカメラ5に入射させられる。
またハーフミラ−7を透過した光パルスは反射鏡9で反
射され第2のストリークカメラ6に入射させられる。
単一光パルス発生装置3からの光パルスでハーフミラ−
8で反射された方の第1の光パルスb1は第1の微小時
間間隔測定手段を構成する第1のストリークカメラ5に
入射させられる。
第1のストリークカメラ5は、この第1の光パルスb1
と、前記基準光クロックパルス列中の前記第1の光パル
スに近接する光クロックパルス〔第2図(A)のパルス
(0)〕との間の微小時間間隔CTb+)を測定する。
単一光パルス発生装置3からの光パルスでハーフミラ−
8を透過した光パルスは、未知の距離lだけ離れた位置
に配置され、反射面4により反射されて、反射鏡10に
より反射されて第2の光パルスb2として第2の微小時
間間隔測定手段を構成する第2のストリークカメラ6に
入射させられる。
第2のストリークカメラ6は、この第2の光パルスb2
と、前記基準光クロックパルス列中の前記第2の光パル
スに近接する光クロックパルス〔第2図(A)のパルス
(i)〕との間の微小時間間隔(Tb2)を測定する。
第2図(C)に各ストリークカメラの出力螢光面の略図
を示しである。
第1の光パルスb1と第2の光パルスb2の時間間隔T
mは次の式で与えられる。
T m = i −T  T b よ+ T b 21
  :整数 T  :基準光クコツクパルス間隔 ’rb、:  (0)の基準光クロックパルスと第1光
パルスとの間の微小時間 T b2:  (j)の基準光クロックパルスと第2光
パルスとの間の微小時間 この時間間隔Tmはハーフミラ−8を透過した光が距離
lの位置にある反射鏡4で反射されて戻って来るまでの
時間であるから光の速度をCとすると24!/C=Tm
となり距離lは次の式で与えられる。
p、=C−Tm/2 前述した実施例は2つのストリークカメラを利用する例
を示したが、1つのストリークカメラで微小時間を測定
することもできる。
前記2台のストリークカメラは第1の光パルスと第2の
光パルスとに時間差があることを利用して、適当なゲー
ト手段を具えた1台のストリークカメラで代表させるこ
ともできる。
距離測定の例でいうと、光伝播空間の温度、湿度。
気圧等によって空気の屈折率が変わるため光速度が変化
することがある。
これを補正するため上記の被測定光パルスには、2種な
いし3種の波長の別々の光パルスを使用すると良い。
(発明の効果) 以上詳しく説明したように、本発明による時間間隔測定
装置は、第1および第2の光パルス間の時間間隔を測定
する時間間隔測定装置において、基準となる光クロック
パルス列を発振する基準光パルス発振器と、前記第1の
光パルスと前記基準光クロックパルス列中の前記第1の
光パルスに近接する光クロックパルスとの間の微小時間
間隔および前記第2の光パルスと前記基準光クロックパ
ルス列中の前記第2の光パルスに近接する光クロックパ
ルスとの間の微小時間間隔を測定する微小時間間隔測定
手段と、前記微小時間間層測定の対象になった基準光ク
ロックパルス間の時間と前記微小時間間隔測定手段の出
力から前記第1および第2の光パルス間の時間間隔を演
算する手段から構成されている。
前記基準光パルス発振器は実施例に示した原子時間発生
器(原子時計)や正確な水晶発振器から得た電気パルス
からレーザを駆動して、極めて精度の高い基準光クロッ
クパルスを発生することができる。
微小時間間隔測定装置としてストリークカメラを使用す
ることにより、基準光クロックパルスと第1または第2
の光パルス間の微小時間を極めて正確に読むことが可能
である。
全体の測定誤差は、基準原子時計の時間誤差のほかには
、ストリークカメラ自体の測定誤差のみとなり、極めて
小さい値となる。
従来のように電気回路で時間間隔を測定しようとすると
、回路自体のゲート誤差等が累積して高精度測定の目的
を達することができない。
現在の技術でいうと、大約1oops以内の総合精度を
得ようとするなら、本発明の方法に優位性がある。
本発明は距離の測定等に広く利用することができ産業上
の利益は大きいものがある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明による時間間隔測定装置の実施例を示
すブロック図である。 第2図は、前記実施例装置の動作を説明するための波形
図である。 1・・・原子時間発生器 2・・・レーザダイオード 3・・・単1パルス発生装置 4・・・目標物の反射鏡 5・・・第1のストリークカメラ 6・・・第2のストリークカメラ 7.8・・・ハーフミラ− 9,10・・・反射鏡

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)第1および第2の光パルス間の時間間隔を測定す
    る時間間隔測定装置において、基準となる光クロックパ
    ルス列を発振する基準光パルス発振器と、前記第1の光
    パルスと前記基準光クロックパルス列中の前記第1の光
    パルスに近接する光クロックパルスとの間の微小時間間
    隔および前記第2の光パルスと前記基準光クロックパル
    ス列中の前記第2の光パルスに近接する光クロックパル
    スとの間の微小時間間隔を測定する微小時間間隔測定手
    段と、前記微小時間間隔測定の対象になった基準光クロ
    ックパルス間の時間と前記微小時間間隔測定手段の出力
    から前記第1および第2の光パルス間の時間間隔を演算
    する手段から構成した時間間隔測定装置。
  2. (2)前記微小時間間隔測定手段は入射面に前記光クロ
    ックパルスと前記第1または第2の光パルスとが入射す
    る入射面をもつストリークカメラである特許請求の範囲
    第1項記載の時間間隔測定装置。
  3. (3)前記第1の光パルスは単1パルス発生源により発
    生させられ分割されてただちに前記微小時間間隔測定手
    段に接続された一方の光パルスであり前記第2の光パル
    スは分割されたのちに遠方に設けられた物体から反射さ
    れて前記微小時間間隔測定手段に接続された他方の光パ
    ルスである特許請求の範囲第1項記載の時間間隔測定装
    置。
JP61150762A 1986-06-27 1986-06-27 時間間隔測定装置 Granted JPS636483A (ja)

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JPS636483A true JPS636483A (ja) 1988-01-12
JPH0439038B2 JPH0439038B2 (ja) 1992-06-26

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