JP3156690B2 - Laser radar device - Google Patents
Laser radar deviceInfo
- Publication number
- JP3156690B2 JP3156690B2 JP00971599A JP971599A JP3156690B2 JP 3156690 B2 JP3156690 B2 JP 3156690B2 JP 00971599 A JP00971599 A JP 00971599A JP 971599 A JP971599 A JP 971599A JP 3156690 B2 JP3156690 B2 JP 3156690B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- laser
- radar device
- laser radar
- unit
- distance measurement
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
- Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation
Landscapes
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、大気や海水などの
観測に用いられる環境計測用レーザレーダ装置に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an environment measuring laser radar device used for observing the atmosphere, seawater, and the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】一般に大気や海水などの観測に用いられ
る環境測定用レーザレーダ装置では、距離に対する信号
レベルは、距離のマイナス2乗以上で急速に減衰する。
測定する受信信号のレベルの範囲は最低でも5−6桁以
上にわたるため、光検出系には非常に広いダイナミック
レンジが要求される。しかし通常の光検出器系では単独
でこのように広いダイナミックレンジをカバーすること
はできない。2. Description of the Related Art In an environment measuring laser radar device generally used for observing the atmosphere, seawater, or the like, the signal level with respect to the distance rapidly attenuates when the distance is equal to or more than the minus square of the distance.
Since the range of the level of the received signal to be measured covers at least 5 to 6 digits or more, a very wide dynamic range is required for the photodetection system. However, a normal photodetector system cannot cover such a wide dynamic range by itself.
【0003】この欠点を補うために従来いくつかの方式
が考えられている。一例として、図7、図8に示されて
いるような方式がある。図7、8において示したものは
従来の一般的なミー散乱計測用レーザレーダ装置であ
る。主な構成要素は、図7に示すように、レーザ発生部
100を備えた送信光学部11、散乱光を受信する受信
光学部12、受信光を検出する光検出部13、送信光学
部11および光検出部13を制御する制御・信号処理部
14である。詳細には図8に示すように、送信光学部1
1は、レーザ発生部100、ミラー210−214、エ
キスパンダ220により構成され、受信光学部12は、
望遠鏡300、視野絞り310、コリメートレンズ32
0、ミラー330により構成され、光検出部13は、近
距離測定用光検出器401、遠距離測定用光検出器40
2、部分透過ミラー410により構成され、制御・信号
処理部14は、コンピュータ部500、AD変換部51
0、タイミングパルス発生部520により構成されてい
る。[0003] In order to make up for this drawback, several systems have conventionally been considered. As an example, there is a method as shown in FIGS. FIGS. 7 and 8 show a conventional general Mie scattering measurement laser radar apparatus. The main components are, as shown in FIG. 7, a transmission optical unit 11 including a laser generation unit 100, a reception optical unit 12 for receiving scattered light, a light detection unit 13 for detecting received light, a transmission optical unit 11, and A control / signal processing unit 14 that controls the light detection unit 13. In detail, as shown in FIG.
1 includes a laser generation unit 100, mirrors 210 to 214, and an expander 220.
Telescope 300, field stop 310, collimating lens 32
0, a mirror 330, and the light detection unit 13 includes a short-distance measurement light detector 401 and a long-distance measurement light detector 40.
2. The control / signal processing unit 14 is constituted by a partial transmission mirror 410, and includes a computer unit 500, an AD conversion unit 51
0, a timing pulse generator 520.
【0004】このレーザレーダ装置においては、レーザ
発生部から出力されたレーザがミラー210−214、
エキスパンダ220を介して上空に送信され、大気によ
り散乱された散乱光が受信光学部により受信され、光検
出部に入力される。部分透過ミラー410は、レーザ光
の波長に対して透過率が高く(例えは95%)、反射率
が低い(例えば5%)。部分透過ミラー410を透過し
た受信光は、遠距離測定用光検出器402に入射する。
ここでは信号光のレベルが高いので遠距離までの測定が
行えるが、近距離では光検出器402が飽和して正確な
測定ができない。そこで近距離の測定は近距離測定用光
検出器401で行う。こちらは信号光のレベルが低いの
で、遠距離測定はできないが、近距離レベルが比較的低
いため飽和せず、正確な測定が可能となる。[0004] In this laser radar device, the laser output from the laser generator is mirror 210-214,
The scattered light transmitted to the sky via the expander 220 and scattered by the atmosphere is received by the receiving optical unit and input to the light detecting unit. The partially transmitting mirror 410 has a high transmittance (for example, 95%) and a low reflectance (for example, 5%) with respect to the wavelength of the laser light. The received light transmitted through the partially transmitting mirror 410 is incident on the photodetector 402 for long distance measurement.
Here, since the level of the signal light is high, measurement can be performed up to a long distance. However, at a short distance, the photodetector 402 is saturated and accurate measurement cannot be performed. Therefore, the short distance measurement is performed by the short distance measurement light detector 401. Here, since the level of the signal light is low, long distance measurement cannot be performed. However, since the short distance level is relatively low, saturation does not occur, and accurate measurement can be performed.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
式は以下のような問題点を有している。第1に光検出器
が2台必要な点で、光検出部13の構成が複雑になる点
である。この点は図8の一波長の測定系はもちろん、多
波長が測定できる装置や、2つの偏光を同時に測定する
ような装置の場合に特に重要である。第2の問題点は、
遠距離測定用光検出器402の線形性が低下する場合が
ある点である。すなわち、この方式では遠距離測定用光
検出器402には近距離で非常に強い信号が入力するた
め、単に近距離での出力が飽和するだけでなく、光検出
器402に用いている増幅器によっては、信号レベルの
低い遠距離の信号がひずむ場合がある。However, this method has the following problems. First, the configuration of the photodetector 13 is complicated because two photodetectors are required. This point is particularly important not only in the measurement system of one wavelength shown in FIG. 8, but also in an apparatus capable of measuring multiple wavelengths or an apparatus which simultaneously measures two polarized lights. The second problem is that
The point is that the linearity of the photodetector 402 for long distance measurement may be reduced. That is, in this method, since a very strong signal is input to the long-distance measurement photodetector 402 at a short distance, not only the output at a short distance is saturated but also the amplifier used for the photodetector 402. In some cases, a signal at a long distance with a low signal level may be distorted.
【0006】また、ダイナミックレンジを大きくする他
の方式として、従来次のような方式もある。これは光検
出器としてゲート付き光電子増倍管を用いる場合の方式
である。遠距離測定の場合は、近距離の強い信号を減衰
するために、光電子増倍管の印加電圧を時間的に制御し
て、近距離(すなわちAD変換開始時点から一定時間。
例えば5μs)の部分は増幅が行われないようにし、遠
距離の部分だけ増幅を行うように電圧のゲートをかけ
る。近距離測定の場合は、測定の全範囲で増幅が行われ
るように、ゲートのタイミング等を調整すると同時に、
光検出器の前に光減衰器などを挿入して、光検出器の出
力が飽和しないように調整する。この方式は、光検出器
および制御系にゲート制御機能が必要であり、構成が複
雑になるという問題点がある。また、光検出器として一
般に用いられるアバランシェフォトダイオードを利用す
る場合には、ゲート機能を付加することができないた
め、この方式を適用できない。As another method for increasing the dynamic range, there is a conventional method as follows. This is a method in which a photomultiplier tube with a gate is used as a photodetector. In the case of long-distance measurement, the applied voltage of the photomultiplier is temporally controlled in order to attenuate a strong signal at a short distance, and a short distance (that is, a fixed time from the start of AD conversion).
For example, a portion of 5 μs) is not amplified, and a voltage gate is applied so as to amplify only a long-distance portion. In the case of short distance measurement, adjust the gate timing etc. so that amplification is performed in the entire range of measurement,
An optical attenuator or the like is inserted before the photodetector to adjust the output of the photodetector so as not to be saturated. This method has a problem that the gate control function is required for the photodetector and the control system, and the configuration becomes complicated. When an avalanche photodiode generally used as a photodetector is used, a gate function cannot be added, so that this method cannot be applied.
【0007】上記事情に鑑み、本発明は、ダイナミック
レンジが大きく、かつ、小型で低コストを実現するレー
ザレーダ装置を提供することを目的とする。In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a laser radar device which has a large dynamic range, is small in size, and realizes low cost.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】請求項1記載のレーザレ
ーダ装置は、レーザ発生部を備えレーザビームを測定対
象に発射する送信光学部を有し、前記測定対象により散
乱された前記レーザの散乱光を受信するレーザレーダ装
置において、前記送信光学部は、強度の異なる複数のレ
ーザビームを発射するように構成されるとともに、前記
レーザ発生部が出力した一つのレーザを複数のレーザビ
ームに分岐させるとともに該レーザビームの強度を制御
する光路分岐部が設けられていることを特徴とする。A laser radar device according to claim 1, further comprising a transmission optical unit having a laser generating unit for emitting a laser beam to a measuring object, wherein the laser scattered by the measuring object is scattered. in the laser radar apparatus for receiving light, said transmitting optical unit is configured to fire the different laser beams intensity Rutotomoni, wherein
One laser output from the laser generator is
And control the intensity of the laser beam
An optical path branching section is provided .
【0009】このレーザレーダ装置においては、前記複
数のレーザビームの強度が異なるので、例えば2種のレ
ーザビームを発射し、強度の小さいレーザビームを近距
離測定系に用い、強度の大きいレーザビームを遠距離測
定系に用いることができる。近距離測定系用のレーザビ
ームはビーム強度が小さく近距離による大気による散乱
光によって光検出器が飽和しないので、遠距離測定系と
光検出器を共用することができる。In this laser radar device, since the intensities of the plurality of laser beams are different, for example, two types of laser beams are emitted, and a laser beam of low intensity is used for a short-distance measurement system, and a laser beam of high intensity is used. It can be used for long distance measurement systems. Since the laser beam for the short distance measurement system has a small beam intensity and the light detector is not saturated by the scattered light due to the atmosphere due to the short distance, the light detector can be shared with the long distance measurement system.
【0010】また、前記送信光学部には、前記レーザ発
生部が出力した一つのレーザを複数のレーザを複数のレ
ーザビームに分岐させるとともに該レーザビームの強度
を制御する光路分岐部が設けられていることを特徴とす
る。The transmission optical unit is provided with an optical path branching unit that branches one laser output by the laser generation unit into a plurality of laser beams and controls the intensity of the laser beams. It is characterized by being.
【0011】このレーザレーダ装置においては、光路分
岐部が一つのレーザを複数のレーザビームに分岐させる
ため、複数のレーザビームを発射させるためにレーザ発
生部を二つ設ける必要がない。光路分岐部によって強度
が制御された複数のレーザビームは、前記のように近距
離測定系用、遠距離測定系用などに用いられる。ここ
で、光路分岐部は、一つのレーザを同時に複数に分ける
こととしてもよいし、一つのレーザを選択的に複数のレ
ーザビームに切り替えることとしてもよい。なお、強度
を制御するとは、複数のレーザビームについて、各々所
定の強度とするという意味である。In this laser radar device, since the optical path branching unit splits one laser into a plurality of laser beams, it is not necessary to provide two laser generating units to emit a plurality of laser beams. The plurality of laser beams whose intensity is controlled by the optical path branching unit are used for a short-distance measurement system, a long-distance measurement system, and the like as described above. Here, the optical path branching unit may divide one laser into a plurality of lasers at the same time, or may selectively switch one laser to a plurality of laser beams. Note that controlling the intensity means that a plurality of laser beams are each set to a predetermined intensity.
【0012】また、測定対象に発射される前記複数のレ
ーザビームは、各々の光軸が離れていることを特徴とす
る。Further, the plurality of lasers emitted to the object to be measured are
The laser beam is characterized in that each optical axis is separated .
【0013】このレーザレーダ装置においては、例え
ば、散乱光受信用の望遠鏡の光軸と前記近距離測定系用
のレーザビームの光軸とをほぼ同一に配置すると、近距
離の大気による散乱光を望遠鏡の視野角に入れることが
でき、近距離大気の測定を行うことができる。また、前
記遠距離測定系用のレーザビームの光軸を望遠鏡の光軸
から遠く配置すると、強度の大きい近距離の大気による
散乱光を望遠鏡の視野角から外すことができ、中・遠距
離大気の測定を行うことができる。In this laser radar device, for example, if the optical axis of the telescope for receiving scattered light and the optical axis of the laser beam for the short-distance measurement system are arranged substantially the same, the scattered light due to the short-range atmosphere will be reduced. It can be placed in the viewing angle of the telescope, and can measure near-field atmosphere. Further, when the optical axis of the laser beam for the long-distance measurement system is arranged far from the optical axis of the telescope, the scattered light due to the short-range atmosphere having high intensity can be excluded from the viewing angle of the telescope, and the medium- and long-range atmosphere Can be measured.
【0014】また、前記光路分岐部は、レーザビームを
選択的に発射するように構成され、前記光路分岐部を制
御して前記複数のレーザビームの発射を時間によって切
り替えるとともに、この切替と同期して、受信した散乱
光のデータを区別して処理する制御・信号処理部を有す
る。 [0014] The optical path branching unit may be configured to emit a laser beam.
The optical path branching section is configured to be selectively launched.
Control the emission of the plurality of laser beams by time
Switch, and in synchronization with this switch, the received scattering
It has a control / signal processing unit that processes light data separately.
You.
【0015】このレーザレーダ装置においては、前記光
路分岐部はレーザを複数のレーザビームに分岐させるこ
とが可能であるが、それらのうち、いくつかのビームが
選択的に発射されるように構成される。そしてその切替
を前記制御・信号処理部が時間によって制御すること
で、異なる測定距離について時間で区別されて測定され
る。例えば、制御・信号処理部は、近距離を測定すると
きには光路分岐部を制御して近距離測定系用レーザビー
ムを発射させるとともに、入力された散乱光データを近
距離のものとして処理する。遠距離を測定するときに
は、光路分岐部を制御して遠距離測定系用レーザビーム
を発射させるとともに、入力された散乱光データを遠距
離のものとして処理する。In this laser radar device, the optical path branching portion can branch the laser into a plurality of laser beams, but is configured such that some of the beams are selectively emitted. You. The switching is controlled by the control / signal processing unit based on time, so that different measurement distances are measured while being distinguished by time. For example, when measuring a short distance, the control / signal processing unit controls the optical path branching unit to emit a short-distance measurement system laser beam, and processes the input scattered light data as a short-distance data. When measuring a long distance, the optical path branching unit is controlled to emit a long-distance measurement system laser beam, and the input scattered light data is processed as a long-distance data.
【0016】[0016]
【発明の実施の形態】図1および図2を参照して、本発
明に係る第1の実施形態について説明する。図1は、本
実施形態に係るレーザレーダ装置のブロック図である。
主な構成要素は、レーザ発生部100、レーザ発生部1
00を備えた送信光学部11、散乱光を受信する受信光
学部12、受信光を検出する光検出部13,送信光学部
11および光検出部13を制御する制御・信号処理部1
4を備えている。次に、図2を用いてより詳細に説明す
る。図2において示した物は、大気のミー散乱測定を行
うためのミー散乱レ−ザレーダ装置のタイムチャートで
ある。このレーザレーダ装置においては、送信光学部1
1は、レーザ発生部100、ミラー210−214、エ
キスパンダ220、部分透過ミラー230、シャッタA
240、シャッタB241により構成され、受信光学部
12は、望遠鏡300、視野絞り310、コリメートレ
ンズ320、ミラー330により構成され、光検出部1
3は、光検出器400により構成され、制御・信号処理
部14は、コンピュータ部500、AD変換部510、
タイミングパルス発生部520、シャッタ制御部530
により構成されている。また、送信光学部11のうち、
部分透過ミラー230、シャッタA240、シャッタB
241は光路分岐部15を構成している。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A first embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a block diagram of a laser radar device according to the present embodiment.
The main components are a laser generator 100, a laser generator 1
00, a receiving optical unit 12 for receiving scattered light, a light detecting unit 13 for detecting received light, a control / signal processing unit 1 for controlling the transmitting optical unit 11 and the light detecting unit 13.
4 is provided. Next, a more detailed description will be given with reference to FIG. The thing shown in FIG. 2 is a time chart of a Mie scattering laser radar device for performing Mie scattering measurement of the atmosphere. In this laser radar device, the transmission optical unit 1
Reference numeral 1 denotes a laser generator 100, mirrors 210-214, an expander 220, a partially transmitting mirror 230, and a shutter A
The receiving optical unit 12 includes a telescope 300, a field stop 310, a collimating lens 320, and a mirror 330.
3 includes a photodetector 400, and the control / signal processing unit 14 includes a computer unit 500, an AD conversion unit 510,
Timing pulse generator 520, shutter controller 530
It consists of. In the transmission optical unit 11,
Partially transmitting mirror 230, shutter A240, shutter B
241 constitutes the optical path branching unit 15.
【0017】レーザ発生部100は、波長532nmの
パルスYAGレーザを使用している。主な仕様は、レー
ザ出力200mJ、繰り返し周期10Hz、パルス幅7
nsである。レーザ発生部100はコンピュータ制御に
より、レーザ発射のON/OFFを制御できる。送信光
学部11は、複数の折り返し用ミラー210−214、
レーザビーム径を拡大するエキスパンダ220、部分透
過ミラー230、シャッタA240、シャッタB241
から構成される。エキスパンダ220から出射されるレ
ーザビームの広がり角は約0.5mradである。The laser generator 100 uses a pulse YAG laser having a wavelength of 532 nm. Main specifications are laser output 200mJ, repetition cycle 10Hz, pulse width 7
ns. The laser generator 100 can control ON / OFF of laser emission by computer control. The transmission optical unit 11 includes a plurality of folding mirrors 210-214,
Expander 220 for expanding the laser beam diameter, partially transmitting mirror 230, shutter A240, shutter B241
Consists of The spread angle of the laser beam emitted from the expander 220 is about 0.5 mrad.
【0018】ここで、本実施形態において特徴的な構成
は、部分透過ミラー230、2台のシャッタA240お
よびシャッタB241である。部分透過ミラー230
は、532nmのレーザ光に対して、エネルギーの約1
0%を透過、約90%を反射し、送信レーザビームを2
つのビーム、すなわち近距離測定系送信ビームと遠距離
測定系送信ビームとに分離する。ここで、2つの送信ビ
ームは共に上空向って発射される。近距離測定系送信ビ
ームの光軸は、望遠鏡300の光軸とほぼ同軸となって
いる。遠距離測定系送信ビームの光軸は、望遠鏡300
の光軸と平行で互いに一定距離(ここでは約60cm)
離れている。シャッタA240は近距離測定系送信ビー
ムの光路上に設置され、送信ビームを透過または遮蔽す
る。シャッタB241は遠距離測定系送信ビームの光路
上に設置され、送信ビームを透過または遮蔽する。シャ
ッタA240とシャッタB241はコンピュータ制御に
より開閉を制御できる。Here, the characteristic configuration of this embodiment is a partially transmitting mirror 230, two shutters A240 and a shutter B241. Partially transparent mirror 230
Is about 1 of energy for 532 nm laser light.
Transmits 0%, reflects about 90%, and transmits 2
The beam is separated into two beams, that is, a short distance measurement system transmission beam and a long distance measurement system transmission beam. Here, the two transmission beams are both launched toward the sky. The optical axis of the short-range measurement system transmission beam is substantially coaxial with the optical axis of the telescope 300. The optical axis of the transmission beam of the telemetry system is telescope 300
Are parallel to the optical axis of a certain distance from each other (here, about 60 cm)
is seperated. The shutter A240 is installed on the optical path of the short range measurement system transmission beam, and transmits or blocks the transmission beam. The shutter B 241 is provided on the optical path of the transmission beam for the long distance measurement system, and transmits or blocks the transmission beam. The opening and closing of the shutter A240 and the shutter B241 can be controlled by computer control.
【0019】受信光学部12は、望遠鏡300、視野絞
り310、コリメートレンズ320、ミラー330から
構成される。望遠鏡300は有効径40cm、焦点距離
150cmのカセグレン型であり、大気散乱光を集光す
る。コリメートレンズ320は信号光をほぼ平行光にし
て光検出部13に導くためのレンズである。受信視野角
は、常に送信レーザビーム広がり角よりも若干大きく設
定する必要がある。この場合、受信視野角は、視野絞り
310を用いて約1mradに調整されている。光検出
部13は、光電子増倍管を用いた光検出器400で構成
される。信号光(大気散乱光)は光検出器400で電気
信号に変換されるようになっている。The receiving optical section 12 includes a telescope 300, a field stop 310, a collimating lens 320, and a mirror 330. The telescope 300 is a Cassegrain type having an effective diameter of 40 cm and a focal length of 150 cm, and collects atmospheric scattered light. The collimating lens 320 is a lens for converting the signal light into substantially parallel light and guiding the signal light to the light detection unit 13. The reception viewing angle must always be set slightly larger than the transmission laser beam divergence angle. In this case, the reception viewing angle is adjusted to about 1 mrad using the field stop 310. The light detection unit 13 includes a light detector 400 using a photomultiplier tube. The signal light (atmospheric scattered light) is converted into an electric signal by the photodetector 400.
【0020】制御・信号処理部14は、本実施例全体の
制御と信号処理を行うユニットである。コンピュータ部
500、AD変換部510、タイミングパルス発生部5
20、シャッタ制御部530から構成される。コンピュ
ータ部500からの司令で、レーザ発生部100のレー
ザ発射が、シャッタ制御部530を通してシャッタA2
40とシャッタB241の開閉等が制御されるようにな
っている。光検出器400から出力される信号はAD変
換部510でデジタル信号に変換され、デジタル信号は
コンピュータ部500でデータ処理、表示、保存等が行
われるようになっている。タイミングパルス発生部52
0から発生する繰り返し10Hzのトリガパルスによっ
て、1ショットごとのレーザパルス発射タイミングおよ
びAD変換器510におけるAD変換開始のタイミング
が制御されるように構成されている。The control / signal processing unit 14 is a unit for performing control and signal processing of the entire embodiment. Computer section 500, AD conversion section 510, timing pulse generation section 5
20 and a shutter control unit 530. In response to a command from the computer unit 500, the laser emission of the laser generation unit 100 is performed by the shutter A2 through the shutter control unit 530.
The opening and closing of the shutter 40 and the shutter B 241 are controlled. The signal output from the photodetector 400 is converted into a digital signal by the AD converter 510, and the digital signal is subjected to data processing, display, storage, and the like in the computer unit 500. Timing pulse generator 52
The laser pulse emission timing for each shot and the AD conversion start timing in the AD converter 510 are controlled by a repetitive 10 Hz trigger pulse generated from 0.
【0021】次に、図3および図4を用いて上記レーザ
レーダ装置の動作について説明する。まず測定のシーケ
ンスを説明する。レーザ発射は図3に示すタイムチャー
トようにONとOFFを繰り返す。レーザ発射がONの
間は、10Hzの繰り返し周期でレーザパルスが連続的
に発射される。ON/OFFの時間は測定の内容によっ
て設定される。典型的な値はONが3分程度、OFFが
7分程度である。レーザ発射をONにした後、一定のウ
ォーミングアップ時間(約30秒)をおいて、シャッタ
A240が「開」となり、レーザ光が近距離測定系から
出射される。その直後に近距離測定のAD変換が開始す
る。つまり、光検出器400から出力されるアナログ信
号がAD変換部510でデジタル信号に変換される。A
D変換の時間(または平均化回数)は、コンピュータ部
500から設定される。この値は測定の内容によって設
定されるが、近距離ではSN比が良いので、通常は10
秒(10Hzで100回)程度の短時間で良い。Next, the operation of the laser radar device will be described with reference to FIGS. First, the measurement sequence will be described. Laser emission repeats ON and OFF as shown in the time chart of FIG. While laser emission is ON, laser pulses are emitted continuously at a repetition cycle of 10 Hz. The ON / OFF time is set according to the content of the measurement. Typical values are about 3 minutes for ON and about 7 minutes for OFF. After turning on the laser emission, after a certain warm-up time (about 30 seconds), the shutter A240 is opened, and the laser light is emitted from the short distance measurement system. Immediately after that, the AD conversion of the short distance measurement starts. That is, the analog signal output from the photodetector 400 is converted into a digital signal by the AD converter 510. A
The D conversion time (or the number of times of averaging) is set by the computer unit 500. This value is set according to the content of the measurement.
A short time of about a second (100 times at 10 Hz) is sufficient.
【0022】近距離測定が終了後、シャッタA240が
「閉」となり、同時にシャッタB241が「開」とな
る。その直後に、遠距離測定のAD変換が開始する。つ
まり、近距離測定と同じ光検出器400から出力される
アナログ信号がデジタル信号に変換される。遠距離測定
時のAD変換時間(または平均化回数)は、測定の内容
によって設定されるが、通常は100秒(10Hzで1
000回)程度である。遠距離測定が終了後、シャッタ
B241も「閉」となり、その後レーザ発射がOFFと
なる。近距離測定、遠距離測定ともに、最終的には平均
値がデータ処理されるため、両測定間の100秒程度の
時間ずれは実際上無視できる。通常は、以上のシーケン
スを例えば10分ごとに繰り返す。シーケンスの制御
は、コンピュータ部500で行う。After the measurement of the short distance is completed, the shutter A 240 is closed and the shutter B 241 is simultaneously opened. Immediately thereafter, the AD conversion of the long distance measurement starts. That is, the analog signal output from the same photodetector 400 as in the short distance measurement is converted into a digital signal. The AD conversion time (or the number of times of averaging) at the time of long-distance measurement is set depending on the content of the measurement, but is usually 100 seconds (1 at 10 Hz).
000 times). After the end of the long distance measurement, the shutter B 241 is also closed, and then the laser emission is turned off. In both the short distance measurement and the long distance measurement, since the average value is finally processed, the time lag of about 100 seconds between the two measurements can be practically ignored. Usually, the above sequence is repeated, for example, every 10 minutes. The sequence is controlled by the computer unit 500.
【0023】図4は信号波形の模式図である。近距離測
定系の特徴は、かなり近距離(A点、例えば100m)
からの信号が得られる点である。これは近距離測定系送
信ビームの光軸が望遠鏡300の光軸と接近して配置さ
れているために、近距離からの大気散乱光が望遠鏡30
0の視野角内に入るためである。また、送信ビームの強
度は小さく設定されているために、近距離で信号レベル
が飽和することは無い。ただし、全体としては信号レベ
ルが低いため、ある程度の距離(C点、例えば5km)
までしか信号が得られない。一方、遠距離測定系の特徴
は、中距離(B点、例えば3km)から遠距離(D点、
例えば20km)までの信号が得られる点である。遠距
離測定系送信ビームの光軸は望遠鏡300の光軸と離れ
て配置されているために、近距離からの大気散乱光が望
遠鏡300の視野角内に入らないめ、大気散乱光の強度
が強い近距離からB点までは信号レベルが低い。このた
め、過大入力による遠距離での信号の歪みを回避でき
る。FIG. 4 is a schematic diagram of a signal waveform. The feature of the short distance measurement system is a fairly short distance (point A, for example, 100 m).
This is the point that the signal from is obtained. This is because the optical axis of the short-distance measurement system transmission beam is arranged close to the optical axis of the telescope 300, and thus the atmospheric scattered light from a short distance is transmitted to the telescope 30.
This is because it is within the viewing angle of 0. Further, since the intensity of the transmission beam is set small, the signal level does not saturate at a short distance. However, since the signal level is low as a whole, a certain distance (point C, for example, 5 km)
You can only get a signal up to On the other hand, the features of the long distance measurement system are as follows: from a medium distance (point B, for example, 3 km) to a long distance (point D,
For example, a signal up to 20 km) can be obtained. Since the optical axis of the telemetry transmission beam is located away from the optical axis of the telescope 300, atmospheric scattered light from a short distance does not enter the viewing angle of the telescope 300, and the intensity of the atmospheric scattered light is reduced. The signal level is low from a strong short distance to point B. For this reason, signal distortion at a long distance due to excessive input can be avoided.
【0024】以上、本実施形態に係るレーザレーダ装置
によれば、単純な光検出器の構成で近距離測定と遠距離
測定を行うことができるため、簡便かつ測定のダイナミ
ックレンジが広いレーザレーダ装置が構成できる。特に
偏光解消度の測定や、多波長(3波長に限らない)の同
時測定など、光検出器を複数使用する必要のあるレーザ
レーダ装置においてより有効である。As described above, according to the laser radar apparatus according to the present embodiment, short-distance measurement and long-distance measurement can be performed with a simple photodetector configuration, so that the laser radar apparatus is simple and has a wide dynamic range for measurement. Can be configured. In particular, the present invention is more effective in a laser radar device that requires the use of a plurality of photodetectors, such as measurement of the degree of depolarization and simultaneous measurement of multiple wavelengths (not limited to three wavelengths).
【0025】なお、上記レーザレーダ装置は、次のよう
な構成としても良い。まず、上記においては、光検出部
は光検出器400が1台で構成されているが、別の構成
でも良い。例えば、信号光の偏光依存性を測定し、偏光
解消度を求めるような場合は、光検出器の前に偏光ビー
ムスプリッタを挿入し、異なる偏光の信号光を2台の光
検出器で別々に測定すれば良い。この場合はAD変換器
も2チャンネル必要なのは当然であるが、この装置の作
用効果は前記実施形態と同様であり、光検出部の構成に
はよらない。The laser radar device may have the following configuration. First, in the above description, the light detection unit is configured with one photodetector 400, but another configuration may be used. For example, when measuring the polarization dependence of signal light and determining the degree of depolarization, a polarization beam splitter is inserted before the photodetector, and signal lights of different polarizations are separately separated by two photodetectors. You only need to measure it. In this case, it is natural that two channels of AD converters are necessary, but the operation and effect of this device are the same as those of the above-described embodiment, and do not depend on the configuration of the photodetector.
【0026】また、図3で説明した測定シーケンスにつ
いても、必ずしもこのとおりでなくとも同様の効果が得
られる。例えば、遠距離測定を先に行い、その後近距離
測定を行っても良い。一般には遠距離測定時間が近距離
測定時間よりも長くなるが、測定の内容によっては、両
方も同じか、または逆の場合もありうる。また、遠距離
測定時間が相当長い場合には、遠距離測定時間を2つに
分けて、その間に近距離測定を行うというシーケンスも
ある。このようなシーケンスはコンピュータ部500の
ソフトウエアの変更で容易に対応可能である。The same effect can be obtained with the measurement sequence described with reference to FIG. For example, the long distance measurement may be performed first, and then the short distance measurement may be performed. Generally, the long distance measurement time is longer than the short distance measurement time, but depending on the content of the measurement, both may be the same or vice versa. Also, there is a sequence in which when the long distance measurement time is considerably long, the long distance measurement time is divided into two and the short distance measurement is performed between them. Such a sequence can be easily handled by changing the software of the computer section 500.
【0027】さらにまた、前記実施形態では図2に示す
エキスパンダ220を使用していたが、これは使用する
レーザ等の条件により、場合によっては不要である。ま
た、図2に示すような折り返し用のミラーの配置および
数に関しては、実際の装置では、全体の大きさ等の条件
から決定されるため、必ずしも図2と同じでなくとも良
い。この点は、本発明の本質とは無関係である。Further, in the above-described embodiment, the expander 220 shown in FIG. 2 is used, but this may not be necessary depending on the conditions such as the laser used. Further, the arrangement and number of the mirrors for turning back as shown in FIG. 2 are not necessarily the same as those in FIG. 2 because they are determined from conditions such as the overall size in an actual apparatus. This is irrelevant to the essence of the present invention.
【0028】なお、本発明に係るレーザレーダ装置は上
記ミー散乱レーザレーダ装置に限定されるものではな
く、ミー散乱レーザレーダ装置以外のレーザレーダ装
置、すなわち差分吸収レーザレーダ装置やラマン散乱レ
ーザレーダ装置など、ほとんどの環境計測用レーザレー
ダ装置にも利用できる。また、アナログ測定だけでな
く、フォトンカウンティング測定においても有効であ
る。The laser radar device according to the present invention is not limited to the Mie scattering laser radar device, but a laser radar device other than the Mie scattering laser radar device, that is, a differential absorption laser radar device or a Raman scattering laser radar device. It can also be used for most environmental measurement laser radar devices. It is also effective not only in analog measurement but also in photon counting measurement.
【0029】次に、本発明の第2の実施形態について、
図5を参照して説明する。本実施形態の主な構成は、図
1に示したものと同じである。上記第1の実施形態で
は、光路分岐部15として、送信光学部11に部分透過
ミラー230と、それぞれの光路に挿入した2台のシャ
ッタ240,241が設けられていたが、本実施形態で
は、その代わりに駆動機構を備えたビームダンパー付低
反射ミラー250(反射率10%)とミラー制御部54
0を設置する。他の構成は第1の実施形態とほぼ同じで
ある。近距離観測系に送信ビームを導く場合には低反射
ミラー250を駆動し光路に挿入する。遠距離観測系に
送信ビームを導く場合には、光路から外す。この低反射
ミラー250の出し入れはコンピュータ部500からの
司令で行われ、第1の実施形態と同様な効果が得られ
る。なお、近距離計測の場合は、ビームダンパー付低反
射ミラー250の部分で強力なレーザ光を吸収する必要
があるため、ビームダンパー付低反射ミラー250は、
透過したレーザ光を吸収するためのビームダンパを備え
ている。Next, a second embodiment of the present invention will be described.
This will be described with reference to FIG. The main configuration of this embodiment is the same as that shown in FIG. In the first embodiment, as the optical path branching unit 15, the transmission optical unit 11 is provided with the partially transmitting mirror 230 and the two shutters 240 and 241 inserted in the respective optical paths, but in the present embodiment, Instead, a low-reflection mirror 250 with a beam damper having a drive mechanism (reflectance 10%) and the mirror control unit 54
Set 0. Other configurations are almost the same as those of the first embodiment. When guiding the transmission beam to the short distance observation system, the low reflection mirror 250 is driven and inserted into the optical path. When guiding the transmission beam to the long-distance observation system, remove it from the optical path. The insertion and removal of the low-reflection mirror 250 is performed by a command from the computer unit 500, and the same effects as in the first embodiment can be obtained. In the case of short-distance measurement, since it is necessary to absorb a strong laser beam at the portion of the low-reflection mirror 250 with a beam damper, the low-reflection mirror 250 with a beam damper is
A beam damper for absorbing the transmitted laser light is provided.
【0030】次に、本発明の第3の実施形態について、
図6を参照して説明する。本実施形態の主な構成は、図
1に示したものと同じである。図6においては、3波長
の同時測定が可能なレーザレーダ装置のうち、送信光学
部を示したものである。本実施形態においては、光路分
岐部15として、多波長部分透過ミラー231、シャッ
タA240、シャッタB241を備えている。レーザ発
生部100からはパルスYAGレーザの3波長(基本
波、2倍波、3倍波)が同時に発射される。送信光学部
11で、レーザ光を、ダイクロイックミラー260−2
63を用いて一旦各波長に分離し、波長毎にエキスパン
ダ221−223でビーム径を広げた後再び合成してい
る。送信光学部11は、多波長に対応してエキスパンダ
部分と部分透過ミラー231が多波長に対応しているこ
と以外は前記第1の実施形態と同じであり、第1の実施
形態と同じシーケンスで運用することで同様の効果が得
られる。なお、この場合は、図には示していないが、光
検出部には、3波長に対応して波長分離用のダイクロイ
ックミラーと3台の光検出器が必要であり、制御・信号
処理部には3チャンネル対応のAD変換器が必要である
ことは当然である。Next, a third embodiment of the present invention will be described.
This will be described with reference to FIG. The main configuration of this embodiment is the same as that shown in FIG. FIG. 6 shows a transmission optical unit in a laser radar device capable of simultaneously measuring three wavelengths. In the present embodiment, a multi-wavelength partially transmitting mirror 231, a shutter A240, and a shutter B241 are provided as the optical path branching unit 15. The laser generator 100 simultaneously emits three wavelengths of the pulse YAG laser (a fundamental wave, a second harmonic, and a third harmonic). The transmission optical unit 11 converts the laser light into a dichroic mirror 260-2.
63, the light is once separated into each wavelength, and the beam diameter is expanded by the expanders 221 to 223 for each wavelength, and then the light is combined again. The transmission optical unit 11 is the same as the first embodiment except that the expander portion and the partial transmission mirror 231 correspond to multiple wavelengths corresponding to multiple wavelengths, and the same sequence as the first embodiment. The same effect can be obtained by operating with. In this case, although not shown in the figure, a dichroic mirror for wavelength separation and three light detectors corresponding to three wavelengths are required in the light detection unit, and the control / signal processing unit is required. It is needless to say that an AD converter corresponding to three channels is required.
【0031】更に、第3実施形態の変形として、3波長
同時の偏光解消度測定を行うレーザレーダ装置としても
よい。この場合は、光検出部に、各波長用の偏光ビーム
スプリッタと、合計6台の光検出器が必要である。光検
出器は図8で示した従来の方式を採用した場合の半分の
数ですむ。Further, as a modification of the third embodiment, a laser radar apparatus which measures the depolarization degree of three wavelengths simultaneously may be used. In this case, a polarization beam splitter for each wavelength and a total of six photodetectors are required in the photodetection unit. The number of photodetectors is half that in the case where the conventional method shown in FIG. 8 is adopted.
【0032】[0032]
【発明の効果】以上、本発明によれば、単純な光検出器
の構成で近距離測定と遠距離測定を行うことができるた
め、簡便かつ測定のダイナミックレンジが広いレーザレ
ーダ装置が構成できる。特に偏光解消度の測定や、多波
長(3波長に限らない)の同時測定など、光検出器を複
数使用する必要のあるレーザレーダ装置においてより有
効である。さらに、本発明は上記の実施形態のようなミ
ー散乱レーザレーダ装置以外のレーザレーダ装置、すな
わち差分吸収レーザレーダ装置やラマン散乱レーザレー
ダ装置など、ほとんどの環境計測用レーザレーダ装置に
も利用できる。また、アナログ測定だけでなく、フォト
ンカウンティング測定においても有効である。As described above, according to the present invention, short-distance measurement and long-distance measurement can be performed with a simple photodetector configuration, so that a laser radar device having a simple and wide dynamic range for measurement can be configured. In particular, the present invention is more effective in a laser radar device that requires the use of a plurality of photodetectors, such as measurement of the degree of depolarization and simultaneous measurement of multiple wavelengths (not limited to three wavelengths). Furthermore, the present invention can be used for most environment measuring laser radar devices such as a laser radar device other than the Mie scattering laser radar device as in the above embodiment, that is, a differential absorption laser radar device and a Raman scattering laser radar device. It is also effective not only in analog measurement but also in photon counting measurement.
【図1】 本発明の第1の実施形態として示したレーザ
レーダ装置のブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of a laser radar device shown as a first embodiment of the present invention.
【図2】 同レーザレーダ装置の模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram of the laser radar device.
【図3】 同レーザレーダ装置の動作を示すシーケンス
図である。FIG. 3 is a sequence diagram showing an operation of the laser radar device.
【図4】 同レーザレーダ装置により受信される散乱光
の信号波形を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing a signal waveform of scattered light received by the laser radar device.
【図5】 本発明の第2の実施形態として示したレーザ
レーダ装置の模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram of a laser radar device shown as a second embodiment of the present invention.
【図6】 本発明の第3の実施形態として示したレーザ
レーダ装置の模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram of a laser radar device shown as a third embodiment of the present invention.
【図7】 従来のレーザレーダ装置のブロック図であ
る。FIG. 7 is a block diagram of a conventional laser radar device.
【図8】 同レーザレーダ装置を示す模式図である。FIG. 8 is a schematic diagram showing the laser radar device.
11 送信光学部 15 光路分岐部 100 レーザ発生部 11 transmission optical unit 15 optical path branching unit 100 laser generation unit
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01S 7/00 - 7/48 G01S 17/00 - 17/95 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Fields surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01S 7 /00-7/48 G01S 17/00-17/95
Claims (3)
対象に発射する送信光学部を有し、前記測定対象により
散乱された前記レーザの散乱光を受信するレーザレーダ
装置において、 前記送信光学部は、強度の異なる複数のレーザビームを
発射するように構成されるとともに、前記レーザ発生部
が出力した一つのレーザを複数のレーザビームに分岐さ
せるとともに該レーザビームの強度を制御する光路分岐
部が設けられていることを特徴とするレーザレーダ装
置。1. A laser radar device comprising a laser generating unit for emitting a laser beam to a measurement target and receiving a scattered light of the laser scattered by the measurement target, wherein the transmission optical unit is is configured to fire the different laser beams intensity Rutotomoni, the laser generating unit
Splits one laser output into multiple laser beams
Optical path branching for controlling the intensity of the laser beam
The laser radar apparatus characterized by parts is provided.
て、 測定対象に発射される前記複数のレーザビームは、各々
の光軸が離れている ことを特徴とするレーザレーダ装
置。2. The laser radar device according to claim 1, wherein
The plurality of laser beams emitted to the object to be measured are each
A laser radar device , wherein the optical axes are separated .
置において、 前記光路分岐部は、レーザビームを選択的に発射するよ
うに構成され、 前記光路分岐部を制御して前記複数のレーザビームの発
射を時間によって切り替えるとともに、この切替と同期
して、受信した散乱光のデータを区別して処理する制御
・信号処理部を有する ことを特徴とするレーザレーダ装
置。3. The laser radar device according to claim 1, wherein
The optical path branching unit selectively emits a laser beam.
And controlling the optical path branching unit to emit the plurality of laser beams.
The shots are switched according to time and synchronized with this switch.
Control to distinguish and process the received scattered light data
A laser radar device having a signal processing unit ;
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00971599A JP3156690B2 (en) | 1999-01-18 | 1999-01-18 | Laser radar device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP00971599A JP3156690B2 (en) | 1999-01-18 | 1999-01-18 | Laser radar device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000206246A JP2000206246A (en) | 2000-07-28 |
| JP3156690B2 true JP3156690B2 (en) | 2001-04-16 |
Family
ID=11727978
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP00971599A Expired - Fee Related JP3156690B2 (en) | 1999-01-18 | 1999-01-18 | Laser radar device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3156690B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110095784A (en) * | 2019-05-09 | 2019-08-06 | 北京航空航天大学 | A kind of ocean-lower atmosphere layer laser under the influence of complex environment transmits modeling method |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1316262C (en) * | 2005-01-20 | 2007-05-16 | 中国科学院安徽光学精密机械研究所 | Detection method and laser radar of Raman-Mie scattering laser atmospheric signal |
| JP4694304B2 (en) * | 2005-08-15 | 2011-06-08 | 株式会社トプコン | Surveying equipment |
| JP5215547B2 (en) * | 2006-10-25 | 2013-06-19 | パナソニック株式会社 | Spatial information detection device |
| JP5627176B2 (en) * | 2008-12-01 | 2014-11-19 | 三菱電機株式会社 | Lightwave radar device |
| JP5681176B2 (en) | 2009-06-22 | 2015-03-04 | トヨタ モーター ヨーロッパ ナームロゼ フェンノートシャップ/ソシエテ アノニム | Optical distance meter using pulsed light |
| JP5664049B2 (en) * | 2010-09-13 | 2015-02-04 | 株式会社リコー | Optical scanning device and laser radar device |
| JP2012122951A (en) * | 2010-12-10 | 2012-06-28 | Denso Corp | Distance measuring device and distance measuring program |
| JP6429733B2 (en) * | 2015-06-12 | 2018-11-28 | 三菱電機株式会社 | Laser radar equipment |
| EP3767336B1 (en) | 2018-03-16 | 2023-03-08 | NEC Corporation | Light monitoring device and method |
| JP2020098146A (en) * | 2018-12-18 | 2020-06-25 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | Distance measuring device and measuring device |
| CN115932784B (en) * | 2021-09-30 | 2026-02-13 | 深圳市速腾聚创科技有限公司 | LiDAR |
-
1999
- 1999-01-18 JP JP00971599A patent/JP3156690B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110095784A (en) * | 2019-05-09 | 2019-08-06 | 北京航空航天大学 | A kind of ocean-lower atmosphere layer laser under the influence of complex environment transmits modeling method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000206246A (en) | 2000-07-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3156690B2 (en) | Laser radar device | |
| CN101828128B (en) | Distance measuring instrument and method | |
| US7595491B2 (en) | Methods and systems for the enhancement of terahertz wave generation for analyzing a remotely-located object | |
| DK2486412T3 (en) | Device for measuring wind speed | |
| CA2071580C (en) | Very high angular resolution laser beam rider detector | |
| CN104122562A (en) | Multiband Raman-fluorescence laser radar system | |
| CN111751802A (en) | A photon-level adaptive high-sensitivity spatial weak target detection system and detection method | |
| CN112558106B (en) | Satellite-borne atmospheric ocean high repetition frequency laser radar system and detection method | |
| CN111856497A (en) | Single photon imaging method and system | |
| JP3225682B2 (en) | Distance measuring device | |
| CN101256242B (en) | Device and method for detecting non-reflecting objects in liquid by back stimulated Brillouin scattering | |
| JP2820095B2 (en) | Laser measuring device | |
| JP3094917B2 (en) | Optical fiber strain measurement device | |
| US7521664B2 (en) | Laser direction detection | |
| CN110873872A (en) | Signal simulation device for laser radar system calibration | |
| CN115184961B (en) | A non-scanning three-dimensional cloud measurement radar system | |
| RU2183841C1 (en) | Method of laser location and laser location device for its implementation | |
| US20080100823A1 (en) | Systems and methods for long-range, high-resolution laser radar range detection | |
| CN107144856A (en) | A kind of rotational Raman lidar system of the km atmospheric temperatures of high-acruracy survey ~ 0 35 | |
| RU2653558C9 (en) | Optical device for determining distance to object | |
| CN114839644A (en) | Laser radar system | |
| JPH0564750B2 (en) | ||
| JP2812049B2 (en) | Measurement method and apparatus using OTDR | |
| CN114585942B (en) | Method for generating light pulses for a lidar system | |
| US12313788B1 (en) | Ultrashort pulses in LiDAR systems |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20010109 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |