JPS5987383A - レ−ザ測距装置の受光回路 - Google Patents

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】 本発明はレーザ測距装置の受光回路に関する。

レーザ発振器から指向性の鋭い単一パルスのレザ投光パ
ルスをレーザ目標に向けて発射し、その反射パルスとレ
ーザ投光パルスとの時間差からレーザ目標までの距離を
測定するレーザ測距装置は近時よく知られている。

このようなレーザｉ１１距装置においては、その目的上
レーザ発振器からレーザ目標に向けて投光するレーザ投
光パルスはエネルギーの大きい単一パルスを用い、また
レーザ目標からのレーザ反射パルスは通常これをホトマ
ルチプライア等の光検出器で検出し、レーザ投光パルス
に同期したスタートパルスとレーザ反射パルスから形成
するストップパルスとにより基準周波数を有する基準パ
ルス発振器を内蔵した計数器を動作させ、スタートパル
スとストップパルスとによってカウントされた基準パル
スの数からその時間差を計測してこの時間差とレーザ光
速とによってレーザ目標までの距離を求めるような構成
となっておシ、動作原理はレーダ装置の場合と同様であ
ることもまたよく知られている。

ｖ−ｖ投光パルスをレーザ目標に向けて発射した場合、
レーザ反射パルスの強度はレーザ目標までの距離の２乗
に比例して低下するだけでなく、レーザ投光パルスの伝
播媒質、たとえば大気中における吸収、散乱等によるレ
ーザ光透過率の減少に対応してレーザ目標までの距離の
増加とともに急激に低下する。従って遠距離のレーザ目
標の測距においてはレーザ測距装置のレーザ投光パルス
の強度を上げるとともに受光回路の利得も大幅に増加さ
せることが必要となる。

しかしながら、レーザ投光パルスの強度を上けかつ受光
回路の利得を増加させると必然的に大気等の伝播媒質中
に含まれる分子あるいけ粒子等たとえば大気中の水蒸気
、霧、雨、雪あるいは塵埃等による乱反射パルスが大き
くなシこれがレーザ測距装置の受光回路によって疑似ス
トップパルスとして形成されてしまい、レーザ目標から
のレーザ反射パルスによる正常な測距を妨害しこのため
測距を誤る確率が非常に大きくなるという問題が発生す
る。

従来、レーザ測距装置の受光回路で形成されるこの種の
疑似ストップパルスを除去する手段としては一般的に、
近距離はど受光回路の利得を低下させる方法がとられて
いる。これは大気中の分子あるいは粒子等による乱反射
パルスは、レーザ測距装置の投光光学系を介して発射さ
れるレーザ投光パルスの投光ビームと受光光学系による
光学的視野とが一致する距離で受光回路に入力され始め
、このあとレーザ投光パルスの投光ビームと受光光学系
の光学的視野とが交差する範囲、通常は受光範囲のうち
数１００朋程度の比較的限定された距離範囲にわたって
発生しかつその強度は比較的近距離で急激に最大値に達
し以後は発生範囲に互って比較的緩やかに減衰する特性
を示すことが数多くの実測データから明らかにされてい
る。また、乱反射パルス強度特性は全体としてコンデン
サと電気抵抗とによる充放電特性にほぼ類似した特性を
有するものであることが数多い計測の結果知られておシ
、受光光学系に入力する乱反射パルスの強度は比較的近
距離で充電特性にほぼ類似した特性で急激に最大値に達
したあとはほぼ放電特性に類似した比較的緩やかな減衰
特性で減衰していく。

この乱反射強度特性および最大強度性大気等の伝播媒質
の状況等によって左右されるが、レーザ測距装置の測距
距離は数１０００ｍ程度もしくはそれ以上を対象として
おシ、これに比して乱反射パルスは十分近距離範囲で発
生し、また最大値に達する距離はさらに近距離である。

従って近距離はど受光回路の利得を低下せしめることに
よりこの乱５− 反射パルスの影智を大幅に減少させることができる０ 従来、近距離はど受光回路の利得を減少させるにはスタ
ートパルス発生時刻の受光回路のオＵ得を最小とし時間
経過とともに利得を増加させ遠距離から受光するレーザ
目標反射パルスを感度良く検出してストップパルスを正
確に発生させようとするもので、通常光検出器の特性を
上述した受光回路の利得補正に対応させたものとするよ
うにしている。

たとえは光検出器としてホトマルチプライアを利用する
夢合には、ホトマルチプライアのダイノード電圧に、補
正すべき内容に対応して時間とともに変化する利得補正
電圧を印加することによって光検出特性の補正を行なっ
ている。しかしながら、ホトマルチプライアのダイノー
ド電圧は通常１０００Ｖ程度の高電圧を使用するため利
得補正電圧も数１ｏｏｖの電圧を必要とし、電圧制御素
子も真空管または高耐圧トランジスタ等が必要とな如、
従って受光回路の小型化は困難となるうえ電６− 源効率の向上も望めないという欠点がある。

才だ光検出器としてホトダイオードあるいはホトトラン
ジスタ等の半導体光検出器を利用する場合にも数１００
ボルトの利得制御電圧を必要とし、さらにこれらの光検
出器は検出感度はすぐれているものの出力レベルが低い
ので増幅器と組合せてこれを補償しているため、上述し
た高電圧の利得制御電圧発生ごとにこの増幅器を誤動作
せしめ易く、誤シ計測を生じ易いという欠点がある。さ
らに上述したいずれの方法によっても変動性の多い乱反
射パルスを完全に除去することは極めて困難であるとい
う欠点がある。

本発明の目的は上述した欠点を除去し、レーザ測距装置
の受光回路に乱反射パルス入力ごとにこの乱反射パルス
とほぼ相似な波形で振幅が常に大きいパルスを自動的に
発生し、これと乱反射パルスとの差をとシ増幅するとい
う手段を備えることにより、大気等の伝播媒質に含壕れ
る分子あるいは粒子による乱反射パルスの影響を抑圧し
、従って疑似ストップパルスの発生を自動的に除去する
ことができる簡単な構造のレーザ測距装置の受光回路を
提供することにある。

本発明の回路は、レーザ発振器から投光するレーザ投光
パルスととのレーザ投光パルスによシレーザ目標から受
光するレーザ反射パルスとの時間差を求めてレーザ目標
までの距離を測定するレーザ迎」距装置において、大気
等の伝播媒質中に含まれる分子あるいは粒子からの乱反
射パルスを受けてこの乱反射パルスに波形がほは相似す
るとともに振幅が常に前記乱反射パルスより大きい乱反
射パルス補償信号を前記乱反射パルス入力ごとに自動的
に発生する乱反射パルス補償信号発生回路と、この乱反
射パルス補償信号発生回路の発生する前記乱反射パルス
補償信号と前記乱反射パルスを伴う前記レーザ反射パル
スとを入力しこれら２人力の差をと９増幅することによ
って前記乱反射パルスを除去するように補償する乱反射
パルス補償回路と、この乱反射補償回路によって得られ
る前君己２人力の差を受けこの振幅と予め設定するレベ
ルのレーザ反射パルス弁別域値とを比較して振幅弁別を
行なうことによシ前記レーザ目標からのレーザ反射パル
スを抽出する反射パルス振幅弁別回路とを備えて構成さ
れる。

次に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明による回路の一実施例を示すブロック図
である。

第１図に示す実施例は、Ｑスイッチレーザ発振器１．送
光光学系２．スタートパルス発生回路３゜パルス計数回
路４．フリップフロップ回路５．受光光学系６．受光信
号発生回路７．乱反射パルス補償信号発生回路８．乱反
射パルス補償回路９ンよび反射パルス振幅弁別回ｊ＆１
０を備えて構成される。

第２図は第１図の実施例のブロック図における主要部分
の動作波形の特性を示す動作波形特性図であ）、第２図
の（ａ）　−（ｂ）　＊　（ｃ）　＋　（ｄ）　、（ｅ
）および（ｆ）はそれぞれ第１図のブロック図に示す回
路部分ａ。

ｂ、ｃ、ｄ、ｅおよびｆにおける動作波形の特性を示す
ものである。以下に第２図の動作波形特性図を参照しな
がら第１図の実施例について説明す９− る０ 第１図において、Ｑスイッチレーザ発振器１はＱスイッ
チレーザ発振による単一パルスのレーザ、いわゆるジア
イアントパルスレーザを発振し、これをレーザ発振出力
１０１として送光光学系２に送光する。送光光学系２は
レーザ発振出力１０１に、内蔵するレンズ群を介して所
定の指向角を与えこれがレーザ投光パルス２０１として
大気等の伝播媒質を介してレーザ目標に向けて発射され
る。

Ｑスイッチレーザ発振器１はまた、レーザ発振出力１０
１の一部をスタート同期パルス１０２としてスタートパ
ルス発生回路３に送光する。

スタートパルス発生回路３はホトダイオード。

パルス形成回路、増幅回路等を有し受光したスタート同
期パルス１０２をホトダイオードで検出したうえパルス
形成回路、増幅回路によって所定のパルス幅、レベルの
スタートパルスａを発生しこれをパルス計数回路４およ
びフリップフロップ回路５に送出する。スタートパルス
ａを第２図（ａ）に経過時間ｔを時間軸として示す。

１０− さて、パルス計数回路４は、基準周波数から基準パルス
を発生する基準パルス発生器、パルスカウンタ、時間差
計数器およびスタートパルスおよびストップパルスによ
ってこのパルスカウンタのカウント動作のスタートおよ
びストップを行わしめるパルスカウンタゲート回路等を
有し、本実施例においてはスタートパルスａによってパ
ルスカウンタゲート回路を介してパルスカウンタによる
基準パルスのカウントを開始し、後述する反射パルス振
幅弁別回路１０から出力するストップパルスｇでカウン
トを終了するように動作せしめ、このスタートパルスａ
とストップパルスｇとによってカウントした基準パルス
のカウント数からその時間差を時間差計測器によって求
めこれを時間差信号４０１として表示回路（図示せず）
に送出しこの時間差に対応した距離表示を行なっている
。

フリップフロップ回路５は単安定マルチバイブレータ回
路を有し、これによシ予め特定するレベルとパルス幅ｔ
。を有するゲートパルスｂを出力する。このゲートパル
スｂのパルス幅ｔ　ｇ　Ｆｉ　％レーザ側距装飯による
測距が不要である期間、すなわち測距レンジに対して十
分短い距離に対応して予め設定する時間であシ、また前
述した乱反射パルスのレベルが最大となるまでの時間を
含むように設定しである。第２図（ｂ）にケートパルス
ｂを示す。

さて、レーザ目標からのレーザ反射パルス６０１は受光
指向性を形成するレンズ群を有する受光光学系６によっ
て受光され、この受光人力６０２は受光信号発生回路７
に送光される。

受光信号発生回路７１ｄ、ホトマルチプライアを利用す
る光検出回路を備え受光した受光入力６０２を電気信号
に変換しこれを受光信号Ｃとして出力する。この受光信
号Ｃにはレーザ目標反射パルスＰｏとともに乱反射パル
スＰ１が含まれている。

第２図（ｃ）は受光信号Ｃの動作波形の特性を示すもの
で、ホトマルチプライアによって椿性が反転して検出さ
れたレーザ目標反射パルスＰ０および乱反射パルスＰ１
を示し、乱反射パルスＰｌはレーザ投光パルス２０１と
受光光学系の受光視野とが一致する距離に対応する時間
１１経過後急激にそのレベルを増大して最大値Ｒ０に達
しその後は比較的緩やかに減衰していく。第２図（ｂ）
に示す前述したゲートパルスｂのパルス幅ｔ。は測距不
要時間であシ、かつ乱反射パルスＰ１が最大値几。に達
するまでの時間とほぼ等しくなるように設定しているが
、このパルス幅ｔ０は後述する理由により、厳密に最大
値Ｒ０に達するまでの時間に合せて設定する必要はなく
、測距不要期間において予め回路特性等から決定しり不
時間ｉｔの設定幅の範囲で設定すればよい。

乱反射パルスＰ１は第２図（ｃｌからも明らかな如く、
はぼコンデンサＣと電気抵抗Ｒとを組合せた〇Ｒ回路に
よるコンデンサの充放電特性に類似する立上シおよび減
衰特性を有している。

通常は、このような乱反射パルスＰｌによる°影響を抑
えるためにレーザ投光パルス２０１発射後、受光信号発
生回路６による受光検出利得を低下させ、時間経過とと
もにこれを少しずつ回復させて乱反射パルスＰｌの受光
を抑圧しつつレーザ目標反射パルスＰ０のみを感度良く
検出する方法が行われ１３− ているが、この方法については前述したような欠点があ
る。

そこで、本実施例においては第１図に大枠で示す乱反射
パルス補償信号発生回路８．乱反射パルス補償回路９お
よび反射パルス振幅弁別回路１０を備えてこの欠点を除
去した乱反射パルスの抑圧を次のようにして行なってい
る。

乱反射パルス補償信号発生回路８は、アナログスイッチ
回路８１．抵抗Ｒ３，Ｒ１４および演算増幅器８２より
成る演算増幅回路およびコンデンサＣ１ならびに抵抗Ｒ
１１から成る充放電回路を備えて構成される。

アナログスイッチ回路８１はフリップフロップ回路５か
ら出力するゲートパルスｂと受光信号発生回路７から出
力する受光信号Ｃとを受け、受光信号Ｃをゲートパルス
ｂによってゲートし、時間ｔ０の間これを出力する。こ
のアナログスイッチ回路８１の出力は第２図ｒｄ）に示
す如く時間ｔ０の間だけ第２図（ｃ）に示す受光信号Ｃ
が出力ゲートされ出力するアナログスイッチ回路出力パ
ルスｄと１４− して演算増幅器８２および抵抗Ｒ３，、Ｒ＋４によって
構成される演算増幅回路に入力される。この演算増幅回
路は予め設定した抵抗値を有する抵抗Ｒ３゜Ｒ４によっ
て決定される増幅度を有し、入力したアナログスイッチ
回路出力パルスｄは上述した増幅度に対応して増幅され
かつ極性反転されたパルスとして出力すると同時に、コ
ンデンサＣ１および抵抗Ｒ１１によって決定される時定
数τ＝ＣＩＲ。

に対応する充電特性でコンデンサＣ１を充電し、アナロ
グスイッチ回路出力パルスｄの入力が断となると時定数
τに対応する放’ｉｓ性でコンデンサＣ１から放電され
、かくして乱反射パルス補償信号ｅを発生する。この乱
反射パルス補償信号ｅを第２図（ｅ）に示す。第２図（
ｅ）の波形Ｐ２はコンデンサＣ１および抵抗Ｒ６による
充放電期間における充電期間、また波形Ｐ３は放電期間
の波形を示し、予め設定する時定数τによってその波形
が受光信号Ｃ１すなわち第２図（Ｃ）の乱反射パルスの
波形Ｐ。

にほぼ等しく、かつ常にレベルがこれよシも大で逆極性
のパルスとして得られる。

この乱反射パルス補償信号ｅは受光信号Ｃに乱反射パル
スが含まれるときには自動的に上述し７た特性を有する
パルスとして出力され、乱反射パルス補償回路９に送出
される。乱反射パルス補償回路９け、等しい抵抗値を有
する２個の抵抗Ｒ１，および抵抗Ｒ，ならびに演算増幅
器９１より成る２人力演算増幅回路を有し、受光信号Ｃ
および乱反射パルス補償信号ｅの２人力を受けこれらを
重畳し増幅することによって差の乱反射パルス補償回路
出力ｆを得てこれを反射パルス振幅弁別回路１０に送出
する。

乱反射パルス補償回路出力ｆは第２図げ）に示す如く、
乱反射パルス補償回路９に入力する２人力、すなわち受
光信号Ｃと乱反射パルス補償信号ｅとの差、従って第２
！？！ＩｆＣ）と（ｅ）とによって示される波形の差が
抵抗Ｒ，とＲ２とによって決定される増幅度で増幅され
、かつ極性が逆転されて第２図（ｆ）に示す波形Ｐ４お
よびレーザ目標反射パルスＰ。′を有するものとして出
力される。

反射パルス振幅弁別回路１０は、第２図（ｆ）に示す反
射パルス振幅弁別域値りを比較基準電圧として有するシ
ュミット回路を利用した振幅弁別回路によって第２図（
ｆ）に示す乱反射パルス補償回路出力ｆの振幅弁別を行
なってレーザ目標反射パルスＰ０′のみを抽出し、さら
にパルス整形回路および増幅回路によってこれを所望の
レベル、波形のレーザ目標反射パルスとしたうえストッ
プパルスｇとしてパルス計数回路４に送出する。

第２図（ｇ）はこのようにして得られたストップパルス
ｇを示す。

パルス計数回路４は、上述したスタートパルスａによっ
てレーザ投光パルス２０１発射と同時に基準パルスのカ
ウントを開始し、ストップパルスｇによってカウントを
終了しこの間カウントした基準パルスのカウント数から
これに対応した時間、すなわちレーザ測距装置によるレ
ーザ目標までの測距時間、従って距離情報を計測する。

この場合乱反射パルスの影響は自動的にかつ本質的に除
去し得て誤シのない測距を行なうことができ、さらに乱
反射パルスを完全に除去しうることによって１７− レーザ目標の移動もしくは体勢の変化等によシ受光レベ
ルが低下したレーザ反射波パルスに対しても従来の方法
よシもはるかにこれを検出し易い状態となる。

本発明はレーザ測距装置の受光回路に、大気等のレーザ
伝播媒質の分子あるいは粒子等による乱反射パルス入力
ごとにこの乱反射パルスとほぼ相似な波形で振幅が常に
大きいパルスを自動的に発生しこれと乱反射パルスとの
差をとり増幅することによって乱反射パルスを等測的に
除去するという手段を備えてレーザ目標による反射パル
スのみを抽出しこれにもとづいてレーザ測距装置のスト
ップパルスを発生して乱反射パルスによる疑似ストップ
パルスの発生の抑止を図る点に基本的な特徴を有するも
のであシ、第１図は本発明の一実施例としての基本的な
実施例をとシあげて説明したものであシ、その他の変形
例についても本発明を適用できることは明らかである。

たとえば、第１図の実施例においては乱反射パルスと重
畳すべき乱反射パルス補償信号とを乱尺　１８− 射パルス補償信号発生回路８の有するアナログスイッチ
回路８１、および演算増幅器８２等によって構成される
演算増幅回路、ならびにコンデンサＣ１および抵抗Ｒ５
によって形成される充放電回路によって発生しているこ
とは前述したとおシであるが、この乱反射パルス補償信
号は乱反射パルスと波形がほぼ等しくかつ振幅が常にそ
れよシ大きいパルスであればよく、従って、たとえば乱
反射パルスとレーザ目標反射パルスの周波数成分が第２
図（ｃ）に示す如く大幅に異ることに着目し、これらの
両反射パルスのうち周波数成分が低い乱反射パルスのみ
通過せしめる狭帯域の演算増幅回路等を介して増幅する
ことによシ乱反射パルス補償信号を発生することなども
容易に実施しうることは明らかである。

また、本実施例では第２図等からも明らかな如く、乱反
射パルス補償信号発生回路８によって第２図（ｅ）に示
す乱反射パルス補償信号ｅを発生する際に、入力する第
２図（ｃ）に示す乱反射パルスに対してそのレベルがほ
ぼ最大となる時間に対応して出力ゲートを行なっている
が、乱反射パルス補償信号は第２図（ｃ）の波形Ｐｌで
示す乱反射パルスと波形かはは等しくかつ振幅が常に大
であるもの、さらに言えば乱反射パルスとの差をと郵増
幅することによって等価的に乱反射パルスを除去しうる
ものであればよいので、この出力ゲート時間は必らずし
も乱反射パルスかはは最大となる時間を対象とする必要
はなく、これに対応して第２図（ｂ）に示すゲートパル
スのゲート時間ｔ０を測距不要時間帯内で第２図（ｃ）
に示す時間１．にわたって伸縮しても差支えなく、また
この時間１．は乱反射パルス補償信号発生回路８の回路
構成常数等で予め設定しうろことも明らかである。

さらに、本実施例では反射パルス振幅弁別回路１０にお
ける振幅弁別はシュミット回路を利用しているが、これ
は予め設定した反射パルス振幅弁別域値、すなわち第２
図ば）に示す反射パルス振幅弁別域値りと比較して振幅
弁別が出来る等価な機能を有する他の回路を利用しても
同様に実施しうることは明らかである。

なお、本実施例では受光信号発生回路７の受光検出には
ホトマルチプライアを利用した場合について述べている
が、この受光検出に他の光検出素子たとえば半導体受光
素子等を用いた場合でも同様に実施しうろことは明らか
であ如、さらに乱反射パルス補償信号発生回路８．乱反
射パルス補償回路９および反射パルス振幅弁別回路１０
は、これらすべてもしくは任意の組合せを一体とした構
造として構成することなども容易に実施できるものであ
シ、また本発明はレーザ測距装置の受光回路に限定され
るものではなく、レーザ測距を行なう他の装置たとえば
レーザレーダ等の受光回路にも適用できることは明らか
であシ、以上はすべて本発明の主旨を損うことなく容易
に実施できるものである。

以上説明したように本発明によれば、レーザ測距装置の
受光回路において、大気等のレーザ伝播媒質の分子ある
いは粒子等による乱反射パルス入力ごとにこの乱反射パ
ルスと波形がほぼ相似して振幅が常に大きいパルスを自
動的に発注しこれと２１− 乱反射パルスとの差をとシこれを増幅することによって
乱反射パルスを等価的に除去するという手段を備えて乱
反射パルスによる測距の誤シ計測を自動的かつ完全に除
去し得て、かつこのために高電圧による利得補正電圧も
必要とせず従って回路の構成の小型化ならびに電源効率
の向上が図れるうえ、レーザ目標の移動もしく社体勢の
変化等によるレーザ反射パルスの変動、特にレベル低下
があっても乱反射パルスの影響を完全に除去した状態で
容易にこれを検出することができるレーザ測距装置の受
光回路が実現できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
第１図の実施例における主要部分の動作波形の特性を示
す動作波形特性図である。 １・・・・・・Ｑスイッチレーザ発振器、２・・団°送
光光学系、３・・・・・・スタートパルス発生回路、４
・・・・・・パルス計数回路、５・・・・・・フリツプ
フロツプ回路、６・・・・・・受光光学系、７・・・・
・・受光信号発生回路、８・・・２２− ・・・乱反射パルス補償信号発生回路、９・・団・乱反
射パルス補償回路、１０・・団・反射パルス振幅弁別回
路、８１・・・・・・アナログスイッチ回路、８２．９
１・・・・・・演算増幅器。 ２３−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. レーザ発振器から投光するレーザ投光パルスととのレー
   ザ投光パルスによシレーザ目標から受光するレーザ反射
   パルスとの時間差を求めてレーザ目標までの距離を測定
   するレーザ測距装置において、大気等の伝播媒質中に含
   まれる分子あるいは粒子からの乱反射パルスを受けてノ
   この乱反射パルスに波形がほぼ相似するとともに振幅が
   常に前記乱反射パルスよシ大きい乱反射パルス補償信号
   を前記乱反射パルス入力ごとに自動的に発生する乱反射
   パルス補償信号発生回路と、この乱反射パルス補償信号
   発生回路の発生する前記乱反射パルス補償信号と前記乱
   反射パルスを伴う前記レーザ反射パルスとを入力しこれ
   ら２人力の差をとシ増幅することによって前記乱反射パ
   ルスを除去するように補償する乱反射パルス補償回路と
   、この乱反射補償回路によって得られる前記２人力の差
   を受けこの振幅と予め設定するレベルのレーザ反射パル
   ス弁別域値とを比較して振幅弁別を行なうことによシ前
   記レーザ目標からのレーザ反射パルスを抽出する反射パ
   ルス振幅弁別回路とを備え、前記乱反射パルスによる前
   記レーザ測距装置のｐｂ計測を防止することを特徴とす
   るレーザ測距装置の受光回路。