JPH10332814A - 高速光量調整器およびそれを用いたレーザレーダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】レーザレーダの散乱光測定における光検出器の
飽和を防止するとともに、必要なタイミングに速やかに
減衰量を所定の値に調節する。 【解決手段】光検出器にて検出される散乱光を第１およ
び第２の偏光成分の２光束に分割する偏光器４と、分割
された第１および第２の偏光光の偏光面を駆動電圧に応
じて回転するＥＯシヤッター６，７と、レーザ光の出射
タイミングに応じてＥＯシヤッター６，７に所定の駆動
電圧を印加する電気光学シヤッター制御器１３と、ＥＯ
シヤッター６を通過した光が入射され、第１の偏光成分
のみを透過する偏光器９と、ＥＯシヤッター７を通過し
た光が入射され、第２の偏光成分のみを透過する偏光器
８と、からなる高速光量調整器を有し、偏光器８，９を
透過した光が光検出器１２にて検出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、空間に分布した反
射体に向けてレーザ光を照射し、反射体から後方に散乱
または反射されてきた光を測定するレーザレーダの高速
光量調整器に関する。さらには、その高速光量調整器を
用いたレーザレーダに関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のレーザレーダでは、測定精度を
向上させるためには、受光用の光検出器のリニアリティ
やダイナミックレンジが十分に広いことが必要である
が、これまでそのような条件を満足する十分な性能の光
検出器は存在しない。そのため、以下のような問題があ
った。

【０００３】遠距離からの散乱光（または反射光）のレ
ベルは極めて弱いのに対して、近距離からの散乱光（ま
たは反射光）のレベルは極めて強い。そのため、遠距離
からの散乱光を測定できるように高感度の光検出器を用
いると、近距離からの散乱光については光検出器が飽和
してしまうことになり、正確な測定を行うことができな
い。反対に、近距離からの散乱光を測定できるように感
度の低い光検出器を用いると、遠距離からの散乱光を正
確に測定することができなくなる。また、遠距離からの
散乱光のみを測定対象とする場合には、近距離からの散
乱光が入射した直後に遠距離からの散乱光が入射する場
合があり、この場合には、直前に入射した近距離からの
散乱光によって光検出器が飽和してしまい、正確な測定
を行うことができないという問題が発生する。

【０００４】そこで、従来は近距離からの散乱光による
飽和を避けるために、光検出器にゲートを掛けて、光検
出器の動作を一時的に止めたり、あるいは光チョッパを
使うなどして測定対象以外の散乱光をカットしたりして
いた。これにより、例えば遠距離からの散乱光のみを測
定対象とする場合に、直前に入射する近距離からの散乱
光をカットすることができる。

【０００５】また、光減衰器を挿入するなどして光検出
器に入射する光の量を調節することにより、遠距離およ
び近距離からの散乱光を、飽和することなく測定できる
よにしたものもある。例えば、特開平6-27224号公報に
は、光検出器の前面に光減衰器を配設し、測距すべき距
離に対応して変動する反射光量を光減衰器によって一定
レベルに調節するものが開示されている。また、特開平
8-226970号公報には、受光素子の前面に光量減衰フィル
タを配置し、制御回路が光検出器の出力の変化に対応し
て光量減衰フィルタの制御を行うようにしたものが開示
されている。

【０００６】上記の他、特開平1-124785号公報には、レ
ーザ発振器からのレーザ光の一部を電気光学変調器で強
度変調して目標物を照射し、目標物からの反射光と、レ
ーザ光の一部を音響光学光変調器で周波数シフトさせた
参照光をヘテロダイン検波するようにし、微弱な散乱光
を検出できるようにしたものも開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の技術には以下のような問題がある。

【０００８】光検出器にゲートを掛けるものにおいて
は、ゲートによって光検出器の動作を停止させた状態で
あっても、強い光が入射すると、その後しばらくは光検
出器の感度が低下し、本来の感度特性に戻るまでに一定
の時間が必要である。このため、近距離からの散乱光が
入射した後、本来の感度特性に戻る前に遠距離からの散
乱光が入射する場合があり、この場合には、正確な測定
を行うことができない。

【０００９】光チョッパを用いるものにおいては、モー
タの回転を利用して光チョッパを行う構成となっている
ため、光チョッパのタイミングや速度の調整に限界があ
る。そのため、近距離および遠距離からの散乱光の入射
タイミングやその間隔に応じて光チョッパを高速に制御
するといったことはできない。

【００１０】光減衰器または光量減衰フィルタを用いる
もの（特開平6-27224号公報、特開平8-226970号公報参
照）およびヘテロダイン検波を行うもの（特開平1-1247
85号公報参照）においても、近距離および遠距離からの
散乱光の入射タイミングやその間隔に応じて減衰のタイ
ミングや時間幅を高速に変更できないため、正確な測定
はできない。

【００１１】本発明は、上記問題点を解決すべくなされ
たもので、レーザレーダの散乱光測定における光検出器
の飽和を防止するとともに、必要なタイミングに速やか
に減衰量を所定の値に調節することができる高速光量調
整器を提供することを目的とする。さらに、その高速光
量調整器を用いたレーザレーダを提供することをさらな
る目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の高速光量調整器は、空間に分布した反射体
に向けてレーザ光が照射され、前記反射体からの散乱光
が光検出器にて検出されるレーザレーダに用いられる高
速光量調整器であって、前記光検出器にて検出される散
乱光を第１および第２の偏光成分の２光束に分割する第
１の偏光器と、前記第１の偏光器にて分割された第１の
偏光光の偏光面を駆動電圧に応じて回転する第１の電気
光学シヤッターと、前記第１の偏光器にて分割された第
２の偏光光の偏光面を駆動電圧に応じて回転する第２の
電気光学シヤッターと、前記レーザ光の出射タイミング
に応じて前記第１および第２の電気光学シヤッターに所
定の駆動電圧を印加する電気光学シヤッター制御手段
と、前記第１の電気光学シヤッターを通過した光が入射
され、前記第１の偏光成分のみを透過する第２の偏光器
と、前記第２の電気光学シヤッターを通過した光が入射
され、前記第２の偏光成分のみを透過する第３の偏光器
と、を有し、前記第２および第３の偏光器を透過した光
が散乱光として前記光検出器に検出されることを特徴と
する。

【００１３】本発明のレーザレーダは、空間に分布した
反射体に向けてレーザ光が照射され、前記反射体からの
散乱光が光検出器にて検出されるレーザレーダにおい
て、前記光検出器にて検出される散乱光を第１および第
２の偏光成分の２光束に分割する第１の偏光器と、前記
第１の偏光器にて分割された第１の偏光光の偏光面を駆
動電圧に応じて回転する第１の電気光学シヤッターと、
前記第１の偏光器にて分割された第２の偏光光の偏光面
を駆動電圧に応じて回転する第２の電気光学シヤッター
と、前記レーザ光の出射タイミングに応じて前記第１お
よび第２の電気光学シヤッターに所定の駆動電圧を印加
する電気光学シヤッター制御手段と、前記第１の電気光
学シヤッターを通過した光が入射され、前記第１の偏光
成分のみを透過する第２の偏光器と、前記第２の電気光
学シヤッターを通過した光が入射され、前記第２の偏光
成分のみを透過する第３の偏光器と、からなる高速光量
調整器を有し、前記第２および第３の偏光器を透過した
光が前記光検出器にて検出されることを特徴とする。

【００１４】上記の場合、光検出器が遠距離の反射体か
らの反射光を検出可能な感度に設定され、電気光学シヤ
ッター制御手段は、第１および第２の電気光学シヤッタ
ーにおける偏光面の回転を、遠距離の反射体からの散乱
光を検出する場合は０、近距離の反射体からの散乱光を
検出する場合には大きくすることとしてもよい。

【００１５】＜作用＞上記の通りの本発明においては、
反射体からの散乱光は第１および第２の偏光の２光束に
分割され、第１の偏光光については、第１の電気光学シ
ヤッターによる偏光面の回転状態に応じて第２の偏光器
を透過する光の量が制限され、第２の偏光光について
は、第２の電気光学シヤッターによる偏光面の回転状態
に応じて第３の偏光器を透過する光の量が制限される。
したがって、第１および第２の電気光学シヤッターにお
ける偏光回転量を制御することにより、光検出器に入射
する散乱光の光量を制御することができ、しかも電気光
学シヤッターの本来の高速動作と相まって、高速制御を
行うことができる。

【００１６】また、第１および第２の電気光学シヤッタ
ーにおける偏光回転量の制御は、レーザ光の出射タイミ
ングに応じて行われるので、遠距離からの散乱光と近距
離からの散乱光のそれぞれの入射タイミングに応じて光
検出器への入射光量を高速に調整することができる。よ
って、遠距離の反射体からの散乱光についてはほぼその
まま光検出器に検出され、近距離の反射体からの散乱光
については減衰されて光検出器にて検出されるので、従
来のように光検出器が飽和するということはない。

【００１７】

【発明の実施の形態】次に、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、本発明のレーザレー
ダの一実施形態を示すブロック図である。

【００１８】本形態のレーザレーダは、送信側にレーザ
発振器１と送光光学系２を備え、レーザ発振器１から出
射したレーザ光が送光光学系２にて適当な拡がりとビー
ム径に成形される。このビーム成形されたレーザ光は、
例えば上空の目標となる反射体に向かって照射される。

【００１９】受信側には、反射体からの散乱光を集光す
るための受光光学系３が設けられており、この受光光学
系３にて集光された光の進行方向には、偏光器４（例え
ば、偏光ビームスプリッタ）が配設されている。この偏
光器４では、入射する散乱光がその偏光成分に応じて第
１および第２の偏光の２光束に分割される。ここでは、
第１の偏光成分が透過し、第２の偏光成分が反射する。

【００２０】偏光器４を透過した第１の偏光光の進行方
向には、電気光学効果を持つ電気光学（ＥＯ）シヤッタ
ー７、偏光器９が順次配置されており、これらを通過し
た光が光検出器１２の受光面に入射するようになってい
る。また、偏光器４にて反射された第２の偏光光の進行
方向にはミラー５が配置され、このミラー５にて反射さ
れた光の進行方向にＥＯシヤッター６、偏光器８が順次
配置されており、これらを通過した光がミラー１０，１
１を介して光検出器１２の受光面に入射するようになっ
ている。

【００２１】ＥＯシヤッター６，７はＥＯシヤッター制
御器１３によって駆動制御され、駆動電圧に応じて偏光
回転の状態が変化する。偏光器８は偏光器４にて反射さ
れた偏光成分（第２の偏光成分）のみを透過し、偏光器
９は偏光器４を透過した偏光成分（第１の偏光成分）の
みを透過する。

【００２２】上述の構成では、偏光器４，８，９、ＥＯ
シヤッター６，７、ＥＯシヤッター制御器１３により高
速光量調整器（図１の破線で囲まれた部分）が構成さ
れ、この高速光量調整器によって光検出器１２に入射す
る光の量の調節が行われる。以下に、この高速光量調整
器の具体的な動作を説明する。

【００２３】受光光学系３にて集光された散乱光は、そ
の偏光成分に応じて第偏光器４により第１の偏光光（例
えばｐ偏光）と第２の偏光光（例えばｓ偏光）に分割さ
れ、第１の偏光光はＥＯシヤッター７に、第２の偏光光
はＥＯシヤッター６にそれぞれ入射される。ここで、Ｅ
Ｏシヤッター制御器１３は、図２に示すように、レーザ
の出射タイミングに合わせてＥＯシヤッター６，７を駆
動制御しており、ＥＯシヤッター６，７における偏光回
転の状態がその駆動電圧に応じて制御されている。

【００２４】各ＥＯシヤッター６，７に入射した第１お
よび第２の偏光光は、ＥＯシヤッターの偏光回転の状態
に応じてそれぞれの偏光面が回転する。各ＥＯシヤッタ
ー６，７を通過した光は、偏光面が回転しているため、
元の偏光（偏光器４にて分割された第１および第２の偏
光）とは異なる偏光になり、そのために、偏光器８，９
では、偏光の回転程度に応じた量しか通過できず、残り
は反射される。これら偏光器８，９を通過した光が光検
出器１２に入射されることとなり、この結果、光検出器
１２に入る散乱光は適当な量（光検出器１２が飽和しな
い量）に減衰されたことになる。

【００２５】この高速光量調整器では、ＥＯシヤッター
６，７の偏光回転の状態を駆動電圧に応じて高速に制御
することができることから、光量の調節を高速に行うこ
とができる。本形態では、ＥＯシヤッター制御器１３に
おけるＥＯシヤッター６，７の駆動制御が、レーザの出
射タイミングに合わせて行われているので、近距離およ
び遠距離からの散乱光の入射タイミングに応じて、光検
出器１２への入射光量を高速に調整することが可能であ
る。

【００２６】上述した本形態のレーザレーダでは、光検
出器１２を高感度にして、遠距離の反射体からの反射光
を精度良く検出できるようにし、ＥＯシヤッター制御器
１３が、ＥＯシヤッター６，７における偏光面の回転
を、遠距離の反射体からの散乱光を検出する場合は０、
近距離の反射体からの散乱光を検出する場合には大きく
するように制御すれば、遠距離から近距離に亙ってより
最適な受光レベルで光検知器１２を動作せることができ
る。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように構成される本発明に
よれば、光検出器に入射する光量を高速で制御すること
ができるので、近距離からの強い散乱光でも光検出器を
飽和させることなく、また、近距離からの散乱光の入射
直後に入射する遠距離からの微弱な散乱光を高感度に検
出することができる。よって、従来にない測定精度の高
いレーザレーダを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のレーザレーダの一実施形態を示すブロ
ック図である。

【図２】ＥＯシヤッター制御器１３の駆動タイミングを
示すタイミングチャートである。

【符号の説明】

１ レーザ発振器 ２ 送光光学系 ３ 受光光学系 ４，８，９ 偏光器 ５，１０，１１ ミラー ６，７ ＥＯシヤッター １２ 光検出器 １３ ＥＯシヤッター制御器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空間に分布した反射体に向けてレーザ光
   が照射され、前記反射体からの散乱光が光検出器にて検
   出されるレーザレーダに用いられる高速光量調整器であ
   って、 前記光検出器にて検出される散乱光を第１および第２の
   偏光成分の２光束に分割する第１の偏光器と、 前記第１の偏光器にて分割された第１の偏光光の偏光面
   を駆動電圧に応じて回転する第１の電気光学シヤッター
   と、 前記第１の偏光器にて分割された第２の偏光光の偏光面
   を駆動電圧に応じて回転する第２の電気光学シヤッター
   と、 前記レーザ光の出射タイミングに応じて前記第１および
   第２の電気光学シヤッターに所定の駆動電圧を印加する
   電気光学シヤッター制御手段と、 前記第１の電気光学シヤッターを通過した光が入射さ
   れ、前記第１の偏光成分のみを透過する第２の偏光器
   と、 前記第２の電気光学シヤッターを通過した光が入射さ
   れ、前記第２の偏光成分のみを透過する第３の偏光器
   と、を有し、 前記第２および第３の偏光器を透過した光が散乱光とし
   て前記光検出器に検出されることを特徴とする高速光量
   調整器。
2. 【請求項２】 空間に分布した反射体に向けてレーザ光
   が照射され、前記反射体からの散乱光が光検出器にて検
   出されるレーザレーダにおいて、 前記光検出器にて検出される散乱光を第１および第２の
   偏光成分の２光束に分割する第１の偏光器と、 前記第１の偏光器にて分割された第１の偏光光の偏光面
   を駆動電圧に応じて回転する第１の電気光学シヤッター
   と、 前記第１の偏光器にて分割された第２の偏光光の偏光面
   を駆動電圧に応じて回転する第２の電気光学シヤッター
   と、 前記レーザ光の出射タイミングに応じて前記第１および
   第２の電気光学シヤッターに所定の駆動電圧を印加する
   電気光学シヤッター制御手段と、 前記第１の電気光学シヤッターを通過した光が入射さ
   れ、前記第１の偏光成分のみを透過する第２の偏光器
   と、 前記第２の電気光学シヤッターを通過した光が入射さ
   れ、前記第２の偏光成分のみを透過する第３の偏光器
   と、からなる高速光量調整器を有し、 前記第２および第３の偏光器を透過した光が前記光検出
   器にて検出されることを特徴とするレーザレーダ。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のレーザレーダにおい
   て、 光検出器が遠距離の反射体からの反射光を検出可能な感
   度に設定され、 電気光学シヤッター制御手段は、第１および第２の電気
   光学シヤッターにおける偏光面の回転を、遠距離の反射
   体からの散乱光を検出する場合は０、近距離の反射体か
   らの散乱光を検出する場合には大きくすることを特徴と
   することをレーザレーダ。