| 【発明の名称】 |
光パルスレーダ装置及び光パルス受光装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】伊藤 秀文
【氏名】流郷 繁
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| 【要約】 |
【課題】受光回路のアバランシェ・フォトダイオード( ＡＰＤ) のバイアスの最適化を図った光パルスレーダ装置及び光パルス受光装置を提供する。
【解決手段】本発明の光パルスレーダ装置は、所定の時間間隔で先行及び後続の光パルスを放射する送光回路(1) と、変更可能なバイアス電圧を受けて動作し、前記放射された先行及び後続の光パルスの反射光パルスを受光して先行及び後続の受光パルス信号を出力するＡＰＤを含む受光回路(2) と、前記先行及び後続の受光パルス信号と所定の基準電圧とを比較し先行及び後続の２値化信号を出力する２値化回路(3) と、前記先行の２値化信号を前記所定の時間間隔だけ遅延させたものと前記後続の２値化信号との論理積を作成することにより雑音が除去された２値化信号を出力する雑音除去回路(4) と、この雑音除去回路又は前記２値化回路の出力に含まれるパルスの個数を計数し、この計数した個数に応じて前記ＡＰＤのバイアス電圧を変更するバイアス電圧制御回路(7) とを備えている。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】所定の時間間隔で先行及び後続の光パルスを放射する送光回路と、変更可能なバイアス電圧を受けて動作し、前記放射された先行及び後続の光パルスの反射光パルスを受光して先行及び後続の受光パルス信号を出力するアバランシェ・フォトダイオードを含む受光回路と、前記先行及び後続の受光パルス信号と所定の基準電圧とを比較し先行及び後続の２値化信号を出力する２値化回路と、前記先行の２値化信号を前記所定の時間間隔だけ遅延させたものと前記後続の２値化信号との論理積を作成することにより雑音を除去する雑音除去回路と、この雑音除去回路又は前記２値化回路の出力に含まれるパルスの個数を計数し、この計数した個数に応じて前記アバランシェ・フォトダイオードのバイアス電圧を変更するバイアス電圧制御回路とを備えたことを特徴とする光パルスレーダ装置。
【請求項２】請求項１において、前記アバランシェ・フォトダイオードのバイアス電圧は、前記計数された２値化信号の個数が所定値以下の場合にはそのブレークダウン電圧にほぼ等しい値に設定されると共に、前記計数された２値化信号の個数の増加と共にそのブレークダウン電圧にほぼ等しい値よりも低下せしめられることを特徴とする光パルスレーダ装置。
【請求項３】請求項１又は２において、前記送光回路における前記光パルスの放射のための前記所定の時間間隔は、前記雑音除去回路における前記２値化信号を前記所定の時間だけ遅延させるための遅延回路を用いて設定されることを特徴とする光パルスレーダ装置。
【請求項４】請求項１乃至３において、前記先行及び後続の光パルスの放射は、所定の時間間隔で反復されることを特徴とするパルス光レーダ装置。
【請求項５】光パルスを放射する送光回路と、変更可能なバイアス電圧を受けて動作し前記放射された光パルスの反射パルスを受光して受光パルス信号を出力するアバランシェ・フォトダイオードを含む受光回路と、前記受光パルス信号と所定の基準電圧とを比較し２値化信号を出力する２値化回路と、この２値化回路から出力される２値化信号の個数を計数し、この個数に応じて前記アバランシェ・フォトダイオードのバイアス電圧を変更するバイアス電圧制御回路とを備えたことを特徴とする光パルスレーダ装置。
【請求項６】請求項５において、前記アバランシェ・フォトダイオードのバイアス電圧は、前記計数された２値化信号の個数が所定値以下の場合にはそのブレークダウン電圧にほぼ等しい値に設定されると共に、前記計数された２値化信号の個数の増加と共にそのブレークダウン電圧にほぼ等しい値よりも低下せしめられることを特徴とする光パルスレーダ装置。
【請求項７】所定の時間間隔で出現する先行及び後続の光パルスを受光する光パルス受光装置であって、変更可能なバイアス電圧を受けて動作し、前記先行及び後続の光パルスを受光して先行及び後続の受光パルス信号を出力するアバランシェ・フォトダイオードを含む受光回路と、前記先行及び後続の受光パルス信号と所定の基準電圧とを比較し先行及び後続の２値化信号を出力する２値化回路と、前記先行の２値化信号を前記所定の時間間隔だけ遅延させたものと前記後続の２値化信号との論理積を作成することにより雑音が除去された２値化信号を出力する雑音除去回路と、この雑音が除去された２値化信号の個数を計数し、この個数に応じて前記アバランシェ・フォトダイオードのバイアス電圧を変更するバイアス電圧制御回路とを備えたことを特徴とする光パルス受光装置。
【請求項８】請求項７において、前記アバランシェ・フォトダイオードのバイアス電圧は、前記計数された２値化信号の個数が所定値以下の場合にはそのブレークダウン電圧にほぼ等しい値に設定されると共に、前記計数された２値化信号の個数の増加と共にそのブレークダウン電圧にほぼ等しい値よりも低下せしめられることを特徴とする光パルス受光装置。
【請求項９】光パルスを受光する光パルス受光装置であって、変更可能なバイアス電圧を受けて動作し、前記光パルスを受光して受光パルス信号を出力するアバランシェ・フォトダイオードを含む受光回路と、前記受光パルス信号と所定の基準電圧とを比較し２値化信号を出力する２値化回路と、前記２値化信号の個数を計数し、この個数に応じて前記アバランシェ・フォトダイオードのバイアス電圧を変更するバイアス電圧制御回路とを備えたことを特徴とする光パルス受光装置。
【請求項10】請求項９において、前記アバランシェ・フォトダイオードのバイアス電圧は、前記計数された２値化信号の個数が所定値以下の場合にはそのブレークダウン電圧にほぼ等しい値に設定されると共に、前記計数された２値化信号の個数の増加と共にそのブレークダウン電圧にほぼ等しい値よりも低下せしめられることを特徴とする光パルス受光装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、接岸速度計などに利用される光パルスレーダ装置等に関するものであり、特に、アバランシェ・フォトダイオード（ＡＰＤ）のバイアス電圧の最適制御機能を備えた光パルスレーダ装置等に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、レーザダイオードなどの発光素子からパルス状の光ビーム（光パルス）を放射し、その物体による反射で生じた反射光パルスを受光することにより、反射光パルスを発生させた物体までの距離などその物体の情報を得る光パルスレーダ装置が開発されてきた。この種の光パルスレーダ装置は、高品質の光ファイバなどを伝送路として用いる光通信装置などとは事情が大いに異なり、太陽光などの自然光や照明光などの人工の光が背景光として相当量出現する屋外で使用される。このため、そのような背景光などに起因する雑音ないしは不要信号の除去を行うために、送光動作と反射光の受光動作とが一定周期で多数回にわたって反復され、受光結果に対して時間平均化などの適宜な統計処理が行われる。
【０００３】このような光パルスレーダ装置では、遠方から到来する微弱な反射光パルスを高感度で受光するために、光電流の増倍作用を有するアバランシェ・フォト・ダイオード（ＡＰＤ）が利用されてきた。一般に、ＡＰＤの降伏電圧（ブレークダウン電圧Ｖｂ）近傍におけるバイアス電圧Ｖａと増倍率との関係は図６に示すように、バイアス電圧の増減に伴って増倍率が急峻に変化するような関係にある。ＡＰＤのバイアス電圧がそのブレークダウン電圧を越えると、暗電流増幅率Ｍｄは急峻に増加し続けるが光電流増倍率Ｍｐは却って減少し、Ｓ／Ｎが急激に悪化する。このため、受光回路のＳ／Ｎを最適にするという観点から、通常は、ＡＰＤのバイアス電圧は、そのブレークダウン電圧よりも所定比率だけ低い値に設定される。
【０００４】また、ＡＰＤのブレークダウン電圧は 100volt〜150 voltの範囲では、 0.6volt/ °C 程度の温度特性を示すため、広い温度範囲にわたってバイアス電圧をブレークダウン電圧よりも所定比率だけ低い値に設定するために、バイアス回路に温度補償用のダイオードが使用される。さらに、ＡＰＤの出力を一定に保つようにそのバイアス電圧を制御する自動利得制御ループの方式もある。このような自動利得制御ループなどでは、特開平９ー270526号公報などに記載されているように、ＡＰＤを破壊から保護するなどの目的でバイアス電圧に上限値や下限値が設定される場合もある。
【０００５】本出願人の先願に係わる「レーダ装置及び信号受信装置」と題する特許出願(特願平８ー358671号) によれば、レーザ光パルスをこのレーダ装置の検出限界の最遠点に応じて設定される所定の時間だけ離間させて２個放射し、ＡＰＤで受光した後続の受光パルスと、先行の受光パルスを上記所定の時間だけ遅延させたものとの論理積を作成することにより、先行と後続の受光パルス中にランダムに出現する雑音成分のみを互いに相殺させて除去し、Ｓ／Ｎを向上させる技術が開示されている。この先願の雑音除去技術は、後段のデータプロセッサなどのバックエンドにおけるソフトウェア処理によってではなく、フロントエンドにおけるハードウェア処理によって行われる点に大きな特徴がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記先願の信号受信装置は、ＡＰＤで受光した後続の受光パルスと、先行の受光パルスを所定時間だけ遅延させたものとの論理積を作成することによって受光パルスのＳ／Ｎを向上させている。この結果、ＡＰＤの後段でそのような論理積の作成によるＳ／Ｎの改良を行わない受光回路に対して、Ｓ／Ｎを最大にするために従来設定されてきた最適バイアス電圧、すなわち、ブレークダウン電圧よりも所定比率だけ低い値に固定することが、必ずしも最良とは言えない状況になった。
【０００７】従って、本発明の一つの目的は、ＡＰＤの後段において論理積の作成によるＳ／Ｎの改良を行う受光回路や、あるいは、そのような改良を行わない一般的な受光回路に対してもＳ／Ｎの最大化の観点からバイアス電圧を実情に応じて動的に変更する最適化を図ることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本第１の発明の光パルスレーダ装置は、所定の時間間隔で先行及び後続の光パルスを放射する送光回路と、変更可能なバイアス電圧を受けて動作し、前記放射された先行及び後続の光パルスの反射パルスを受光して先行及び後続の受光パルス信号を出力するアバランシェ・フォトダイオードを含む受光回路と、前記先行及び後続の受光パルス信号と所定の基準電圧とを比較し先行及び後続の２値化信号を出力する２値化回路と、前記先行の２値化信号を前記所定の時間間隔だけ遅延させたものと前記後続の２値化信号との論理積を作成することにより雑音を除去する雑音除去回路と、この雑音除去回路又は前記２値化回路の出力中のパルスの個数を計数し、この計数した個数に応じて前記アバランシェ・フォトダイオードのバイアス電圧を変更するバイアス電圧制御回路とを備えている。
【０００９】本第２の発明の光パルスレーダ装置は、上記第１の発明の光パルスレーダ装置から上記雑音除去回路を除去したものである。本第３，第４の発明は、上記第１，第２の発明の光パルスレーダ装置から送光回路を除去することによって構成される光パルス受光回路である。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の好適な実施の形態によれば、前記アバランシェ・フォトダイオードのバイアス電圧は、前記計数された２値化信号の個数が所定値以下の場合にはそのブレークダウン電圧にほぼ等しい値に設定されると共に、前記計数された２値化信号の個数の増加と共にそのブレークダウン電圧にほぼ等しい値よりも低下せしめられるように構成される。
【００１１】本発明の他の好適な実施の形態によれば、前記送光回路における前記光パルスの放射のための前記所定の時間間隔は、前記雑音除去回路における前記２値化信号を前記所定の時間だけ遅延させるための遅延回路を用いて設定されることにより、遅延時間のずれに基づく精度の劣化が回避されると共に、製造費用の低廉化と装置の小型化が図られている。本発明の光パルスレーダ装置のさらに他の好適な実施の形態によれば、前記先行及び後続の光パルスの放射は、所定の時間間隔で反復される。
【００１２】
【実施例】図１は、本発明の一実施例の光パルスレーダ装置の構成を示すブロック図であり、１はレーザダイオード１ａと駆動回路１ｂなどから成る送光回路、２はＡＰＤ２ａと抵抗器とコンデンサから成る受光回路、３は電圧比較器と基準電圧供給源から成る２値化回路、４は遅延回路４ａと２入力アンドゲート４ｂから成る雑音除去回路、５は距離計測回路、６はバイアス電圧制御回路、７はバイアス電圧供給回路である。
【００１３】雑音除去回路４内の遅延回路４ａには、送光部１から放射されたパルス状のレーザ光がこの実施例の光パルスレーダ装置の検出限界として予め設定されている200 メートルの最遠点までの間を往復する (全部で400 メートルの距離を伝播する) のに必要な伝播所要時間に等しい遅延時間が設定されている。この遅延時間は、理論的には1.33μsec であるが、実際には、この理論値に遅延時間の温度変化を考慮した一定のマージンを付加し、1.45μsec ( 周囲温度20°C において)の遅延時間が設定されている。この遅延回路４ａは、例えば、遅延時間が各２ｎsec のインバータが６個直列接続された構造の74AC04を約120 個直列接続することにより実現される。
【００１４】遅延回路４ａの温度特性は２ｎsec / °C であり、屋外使用を前提としたこの種のレーダ装置の想定周囲温度は−40°C 〜＋80°C の広範囲に渡っている。このような遅延回路は、送信タイミング信号の遅延用と、雑音除去対象の２値化信号の遅延用とに２個必要となるが、信号を消滅させずに雑音のみを除去するために各遅延回路で設定される遅延時間は正確に一致する必要がある。しかしながら、上記温度変化率と広い温度範囲とを考慮すると、２個の遅延回路の遅延時間を全温度範囲にわたって正確に一致させることは極めて困難である。そこで、このような遅延回路を送信タイミング信号の遅延用と、雑音除去対象の２値化信号の遅延用とに共用する構成を採用することにより、遅延時間を広い温度範囲にわたって一致させている。また、このような遅延回路は大型かつ高価になるため、その共用化により、この種の光パルスレーダ装置全体としての小型化、低廉化が図られている。
【００１５】送光回路１はレーザダイオード１ａとその駆動回路１ｂに加えて、シュミットトリガ回路１ｃ，１ｄと、ローパスフィルタ１ｅ，１ｆと、送信タイミング信号発生回路１ｇとを備えている。送信タイミング信号発生回路１ｇが発生した図３の波形図に示すような周期3.33ｍsec の送信タイミング信号ａは、雑音除去回路４内のオアゲート４ｃを通過したのち２分割され、その一方は遅延回路４ａに供給され、他方はローパスフィルタ１ｅを経てシュミットトリガ回路１ｃに入力する。シュミットトリガ回路１ｃは送信タイミング信号の立ち上がりエッジに同期して鋭いパルスを発生し、これがレーザダイオード駆動回路１ｂに供給される。この鋭いパルスに同期してレーザダイオード駆動回路１ｂが動作し、レーザダイオードから半値幅数ｎsec の鋭いパルス状のレーザビームが放射される。
【００１６】一方、雑音除去回路４内のオアゲート４ｃを通して遅延回路４ａに供給された送信タイミング信号は、この遅延回路で1.45μsec の遅延を受けたのち２分割され、その一方は２入力アンド回路の一方の入力端子に供給され、他方はローパスフィルタ１ｆを経てシュミットトリガ回路１ｄに供給される。シュミットトリガ回路１ｃは、1.45μsec の遅延を受けた送信タイミング信号の立ち上がりエッジに同期して鋭いパルスを発生し、これをレーザダイオード駆動回路１ｂに供給する。この鋭いパルスに同期してレーザダイオード駆動回路１ｂが動作し、レーザダイオードから数ｎsec の半値幅の鋭いパルス状のレーザビームが放射される。
【００１７】このように、最遠点の検出限界と遅延回路の温度特性とから定められる1.45μsec の間隔で先行のものと後続のものとから成る光パルスの対が送光部１から放射される。この送光部１による１対の光パルスの放射は、3.33ｍsec の周期で繰り返される。この3.33ｍsec の送光周期は、このレーダ装置のユーザーが誤ってレーザパルスを眼に受けても障害が発生しないように定められているエネルギー密度に関するＪＩＳの安全基準と、レーザ駆動回路１ｂ内で行われる高圧の充放電回路の充電に必要な時間とを考慮して設定されている。
【００１８】送光部１から放射された光パルスは、検知対象の物体などで反射され、反射光パルスとして受光回路３のＡＰＤ２ａに入射する。この反射光パルスは、送光部１から1.45μsec の間隔で放射される先行及び後続の光パルスに対応して同じく1.45μsec の間隔の先行及び後続の反射光パルスとして出現する。ＡＰＤ２ａは、バイアス電圧供給回路７から供給されるブレークダウン電圧Ｖｂの近傍のバイアス電圧Ｖａのもとで動作し、反射光パルスのそれぞれが入射するたびに低インピーダンスのブレークダウン状態となり、後段の電圧比較器３の一方の入力端子の電圧Ｖｓを上昇させる。このブレークダウンに伴いＡＰＤ２ａの端子間電圧がブレークダウン電圧未満に低下し、この結果、ＡＰＤ２ａは極く短時間でブレークダウン直前の状態に復帰する。
【００１９】これに伴い、受光回路２から出力される電圧Ｖｓは、先行及び後続の反射光パルスのそれぞれが入射するたびに急峻に立ち上がったのち急峻に立ち下がるという具合にパルス状に変化する。電圧比較器３は、電圧Ｖｓが基準電圧Ｖref を越える極く短時間にわたってその出力をロー(0volt) からハイ(5volt) にパルス状に立ち上げることにより、入力アナログ電圧Ｖｓをディジタル信号に変換して出力する。
【００２０】この電圧比較器３から出力されるディジタル信号は後段の雑音除去回路４内のオアゲート４ｃを通過したのち２分割され、その一方は２入力アンドゲート４ｂの一方の入力端子に直接供給され、他方は遅延回路４ａにおいて1.45μsec の遅延を受けたのち２入力アンドゲート４ｂの他方の入力端子に供給される。上記１対の反射パルスのうち先行のものが遅延回路４ａで1.45μsec 遅延されたのち２入力アンドゲートの一方の入力端子に供給され、これと同時に、1.45μsec 遅れて送光部１から放射され物体で反射された後続のものが遅延回路４ａを経ることなく直接２入力アンドゲート４ｂの他方の入力端子に供給されると、２入力アンドゲート４ｂからは雑音が除去された受信信号が出力される。この遅延回路４ａと２入力アンドゲート２ｂとを組合せた回路によって受信信号の雑音が除去されるのは次の理由による。
【００２１】すなわち、図４の波形図に例示するように、受光回路２から出力されるアナログ電圧Ｖｓには、太い縦線で例示する反射光による信号成分に加えて細い縦線で例示するショット雑音などの雑音成分が含まれ、その２値化出力はＤｓのようになる。1.45μsec だけ離れた二つの時点におけるアナログ電圧Ｖｓと２値化出力Ｄｓは、それぞれ添字１と２を付して例示するようなものとなり、２値化出力Ｄｓ１とＤｓ２との論理積は雑音除去信号Ｃとなる。２値化出力Ｄｓ１とＤｓ２のそれぞれに出現する信号は相関を持つが、ランダムに出現する雑音には相関がないためその大部分は論理積を取ることによって除去される。しかしながら、たまたま１送信周期後にも同時点で発生したランダムな雑音成分や、背景光などに起因して発生した完全なランダム性を欠く不要成分が、雑音除去信号Ｃに残存することがある。
【００２２】距離計測回路５は、雑音除去回路４から供給される多少の雑音を含む受光信号Ｃに統計的な処理を施すことにより、信号成分を雑音成分から分離して抽出し、反射パルス光の受光時点を検出する。距離計測回路５は、計測した反射パルス光の受光時点と、1.45μsec の遅延を受けた送信タイミング信号によって示される送光時点との差からレーザビームが物体との間を往復するのに要した伝播時間を検出し、その半分を光速で除算することにより、反射を生じさせた物体までの距離を算定し、表示する。
【００２３】距離計測回路５内で行われる受光信号の抽出は、反射光を発生させた物体の速度が極端に大きくない限りこの受光信号が毎回同一の時点に出現するが、雑音の場合には必ずしもそうではないという性質を利用して行われる。この受光信号の抽出処理は、論理回路によるハードウエア処理や、ディジタルプロセッサによるソフトウエア処理によって実現される。この距離計測回路５の簡易化や処理速度の向上を図るうえで処理の負担を軽減することが必要になる。そのためには、前段において雑音成分を予め可能な限り除去しておく必要がある。
【００２４】この目的を達成するための１手法として、上述した雑音除去回路４を多数段にわたって直列接続することが考えられる。しかしながら、遅延回路４ａは、前述したように多数個のゲート回路を直列接続して実現している関係上、大型・高価になるため、これを多段に接続する構成は、レーダ装置を全体として大型・高価にするという問題がある。
【００２５】そこで、この実施例では、雑音除去回路４から出力される雑音除去済みの信号Ｃ中に含まれる除去しきれなかった雑音の量を示すパルスの個数がバイアス電圧制御回路４で計数され、その計数値が多いほど受光回路２に供給されるバイアス電圧をブレークダウン電圧から低下させるように制御するための制御信号ｉ，ｊがバイアス電圧供給回路７に供給される。これは、雑音除去済みの信号中に含まれるパルスの個数が増加するほど、ＡＰＤのバイアス電圧がそのブレークダウン電圧に近く、ショット雑音が多量に発生していると見做せるからである。
【００２６】バイアス電圧供給回路７は、トランジスタＱ、シャントレギュレータＳＲ、温度補償用ダイオードｄ１，ｄ２，ｄ３などから構成されている。バイアス電圧制御回路６から入力端子Ｉ1 ，Ｉ2 に供給される制御信号（ｉ，ｊ）のロー（０V）／ハイ（５V ）の組合せに応じてシャントレギュレータＳＲのレファレンス端子電圧Ｖｒが変化し、パルス個数の計数値の増加と共に、受光回路２に供給されるバイアス電圧値がブレークダウン電圧から低下せしめられる。ＡＰＤ２ａとしてブレークダウン電圧が150 voltのものを選択すると、そのブレークダウン電圧は 0.6 volt/°C の割合で温度と共に増加する。抵抗器ｒ１〜ｒ６の抵抗値として、同順に、1MΩ，10 KΩ，68 KΩ，10 KΩ，1MΩ，510KΩとし、ＡＰＤの温度特性を補償するために、シャントレギュレータＳＲのレファレンス端子と接地点との間に順方向電圧Ｖｄの温度特性が−２mV/ °C の温度補償用シリコンダイオードｄ1 ，ｄ２，ｄ３が３個直列接続される。
【００２７】すなわち、シャントレギュレータのレファレンス端子電圧Ｖｒが約６mv/ °Cの温度係数で変化するため、バイアス電圧Ｖａは、Ｖａ＝（Ｖｒ−Ｖｄ＋６mv/ °C ・ΔT °C )(1 ＋ｒ１／ｒ２）
となり、バイアス電圧Ｖａは、６00mv/ °C の傾斜で温度変化する。
【００２８】図２は、図１のバイアス電圧制御回路６の構成の一例を示す回路図であり、１１〜１７は各種ゲート回路、２０，２１，２２はカウンタ、２３〜２６はラッチ回路、２７〜２９は入力端子、３０〜３３は信号出力端子である。また、図２に記載された小文字のアルファベットｂ〜ｊが付された各種の信号線は、図３に同一のアルファベットｂ〜ｊを付されたて各種の波形が出現する。以下、図３の波形図も参照しながら図２のバイアス電圧制御回路の動作を説明する。
【００２９】縦列接続された２個の４ビットカウンタ２１，２２は、雑音除去済みの信号中に残存するパルスの個数をカウントするためのものであり、それぞれはこのカウントの開始に先立って入力端子２８に供給される周期3.33ｍsec の送信タイミング信号を1.45μsec 遅延させたタイミング信号ｋによってクリアされる。この遅延された送信タイミング信号ｋはアンドゲート１３，１４から構成されるノイズカウントゲート信号発生回路にも供給され、送信タイミング信号の立ち上がりかち1.45μsec 遅延して立ち上がり、さらにに1.45μsec 間にわたってハイ状態を持続するノイズカウントゲート信号ｂが発生される。
【００３０】このノイズカウントゲート信号ｂにより、送信タイミング信号の立ち上がりから1.45μsec 後に1.45μsec の期間にわたってナンドゲート１１が開かれ、雑音除去回路４から出力されて入力端子２７とナンドゲート１１とを経てカウンタ２１，２２に供給される雑音除去済みの信号ｃ中に残存するパルスの個数がカウントされる。カウンタ２１のＭＳＢ（ｄ）とカウンタ２２のＬＳＢ（ｅ）とは、ノイズカウントゲート信号の立ち下がり時点にインバータ１５からラッチ回路２３と２４のそれぞれに供給されるラッチパルスに同期してラッチ回路２３と２４のそれぞれに保持され、２値信号ｆとｇを発生させる。
【００３１】ラッチ回路２３と２４のそれぞれに保持されたカウンタ２１のＭＳＢとカウンタ２２のＬＳＢとは、４ビットカウンタ２０とビット選択スイッチ１８とで構成される分周回路からラッチ回路２５と２６に供給されるラッチパルスｈに同期してラッチ回路２５と２６に保持され、２値信号ｉ，ｊを発生させる。これら２値信号ｉ，ｊは出力端子３０と３１とを経て図２のバイアス電圧供給回路７の入力端子Ｉ1 とＩ2 とに供給される。この結果、カウンタ２１のＭＳＢ（ｄ）とカウンタ２２のＬＳＢ（ｅ）のハイ又はローの組合せによって指定される４種類のカウント値の範囲に応じてバイアス電圧が四つの範囲にわたって変更される。
【００３２】上記パルスの個数、カウンタのビット、バイアス電圧の関係は以下の通りである。
ただし、Vbはブレークダウン電圧である。このように、パルスの個数が7 以下であれば、バイアス電圧はＡＰＤのブレークダウン電圧に設定され、パルスの個数の増加につれて段階的にブレークダウン電圧から低下せしめられる。
【００３３】ラッチ回路２３と２４に保持したカウンタ２１と２２のＭＳＢとＬＳＢとを直ちに出力端子３０と３１に出力せずに、ラッチ回路２５と２６と分周回路とを利用して送信周期の何回かに一回だけ出力端子３０と３１とに出力するようにしたのは、送信周期の各回ごとに出力するとした場合のバイアス電圧の頻繁な昇降を回避するためである。なお、ラッチ回路２３と２４に保持したカウンタ２１と２２のＭＳＢとＬＳＢとは、出力端子３２と３３とを経て図１の距離計測回路５に供給される。距離計測回路５は、出力端子３２と３３から供給されたカウンタ２１と２２のＭＳＢとＬＳＢとからバイアス電圧制御回路６で計測されたパルスの個数に基づき雑音から分離した信号パルスの信頼度を検出する。
【００３４】バイアス電圧のフィードバック制御に基づき、図５の波形図に例示するように雑音除去回路４による雑音除去前の２値化信号中のパルスの個数が減少する共に理想的には雑音除去後の２値化信号中に信号のみが含まれるような状態が実現される。
【００３５】以上、電圧比較器３並びに、距離計測回路５及びバイアス電圧制御回路６の間に雑音除去回路４を設置する構成を例示した。しかしながら、この雑音除去回路４を設置することなく、電圧比較器３の出力端子を距離計測回路５とバイアス電圧制御回路６の入力端子に直結する構成を採用することもできる。
【００３６】また、検出可能な最遠点を200 メートルと想定し、これに対応した雑音除去回路の遅延時間として1.45μsec の値を設定した。しかしながら、検出可能な最遠点としては数メートルの範囲まで設定可能であると共に、この最遠点に応じた遅延時間を設定できる。
【００３７】また、最遠点の短縮に伴い放射レーザビームの出力を低下できるため、エネルギー密度に関するＪＩＳの安全基準から定められている繰り返し周期を遅延時間の程度にまで短縮することにより両者を一致させることもできる。
【００３８】さらに、パルスの計数を信号の出現が期待される期間にわたって行う構成を例示した。しかしながら、このパルスの計数は雑音に基づき発生するパルスの計数であるから、その計数期間は信号の出現が期待されない期間であってもよいし、両者を含む期間であってもよい。また、このパルスの計数期間は任意の適宜な長さに設定できる。
【００３９】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の光パルスレーダ装置と光パルス受光装置は、２値化信号、あるいは自己相関操作によって雑音が除去された２値化信号の個数を計数し、この個数が増加するほど減少するようにＡＰＤのバイアス電圧を変更する構成であるから、ＡＰＤの後段においてアンド操作によるＳ／Ｎの改良を行う受光回路や、あるいは、そのような改良を行わない一般的な受光回路に対してもＳ／Ｎの最大化の観点からバイアス電圧の最適化を図ることができるという効果が奏される。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００１１７７
【氏名又は名称】株式会社光電製作所
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）１１月２８日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】櫻井 俊彦
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| 【公開番号】 |
特開平１１−１６０４３２ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）６月１８日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−３４４２２８ |
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