(57)【要約】【課題】測距精度を確保すること。【解決手段】レーザ測距装置（１０）は、測距用のパルスレーザ光源（１２）と、非線形結晶のような波長変換素子（１４）と、受信光を受信する受光部（１８）と、受信光を第１および第２の受信光に分離するダイクロイックミラー（２０）と、第１および第２の受信光を検出する第１および第２の光検出器（２６，２８）と、第１または第２の光検出器で検出された信号の受信レベルを検出するレベル検出器（３４）と、受信レベルに基づいて、波長変換素子（１４）の温度を制御する制御部（３８）とを備えている。【選択図】  図１
2014173966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信パルスレーザ光をターゲットに向けて出射し、該ターゲットで反射した反射パルスレーザ光を受信パルスレーザ光として受光し、前記送信パルスレーザ光を出射した送信時刻と前記受信パルスレーザ光を受光した受信時刻との間の回帰時間の測定結果に基づいて、前記ターゲットとの間の距離を測定するレーザ測距装置であって、
前記送信パルスレーザ光を出射する手段は、
基本波のパルスレーザ光を発射するパルスレーザ光源と、
該基本波のパルスレーザ光を第２高調波のパルスレーザ光に変換する波長変換素子であって、温度により波長変換効率が異なり、前記基本波のパルスレーザ光と前記第２高調波のパルスレーザ光とを混合させて得られるパルスレーザ光を前記送信パルスレーザ光として出射する前記波長変換素子と、
から構成され、
前記回帰時間を測定する手段は、
前記送信パルスレーザ光を送信電気信号に変換する送信側光検知器と、
前記受信パルスレーザ光を基本波の第１の受信パルスレーザ光と第２高調波の第２の受信パルスレーザ光とに分離する分離手段と、
前記第１の受信パルスレーザ光を検知して、第１の受信電気信号に変換する第１の受信側光検知器と、
前記第２の受信パルスレーザ光を検知して、第２の受信電気信号に変換する第２の受信側光検知器と、
前記送信電気信号と前記第１または第２の受信電気信号とから、前記送信パルスレーザ光を出射した送信タイミングと前記受信パルスレーザ光を受光した受信タイミングとを求める受信回路と、
前記送信タイミングと前記受信タイミングとから前記回帰時間をカウントして、測距カウントデータを出力する測距カウンタ部と、
から構成され、
前記波長変換素子の温度を制御する手段は、
前記波長変換素子の温度を調整する温度制御部と、
前記第１または第２の受信電気信号から、前記受信パルスレーザ光の受信レベルを検出するレベル検出部と、
前記受信レベルが一定となるように、前記温度制御部へ温度制御信号を送出する制御部と、
から構成されるレーザ測距装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記受信レベルと前記測距カウントデータとから最適な前記波長変換素子の温度を計算し、前記温度制御信号を出力する、請求項１に記載のレーザ測距装置。
【請求項３】
前記波長変換素子は非線形結晶から成る、請求項１又は２に記載のレーザ測距装置。
【請求項４】
前記非線形結晶はＬＢＯ結晶から成る、請求項３に記載のレーザ測距装置。
【請求項５】
前記ターゲットは、小惑星、月、および惑星のグループから選択され、前記レーザ測距装置は、探査機に搭載される、請求項１乃至４のいずれか１つに記載のレーザ測距装置。
【請求項６】
パルスレーザ光源から発射された基本波のパルスレーザ光を、温度により波長変換効率が異なる波長変換素子を使用して、前記基本波のパルスレーザ光と第２高調波のパルスレーザ光とを混合させて得られる、送信光をレーザ測距装置からターゲットに向けて出射し、該ターゲットで反射した反射パルスレーザ光を受信光として受光し、前記送信光を出射した送信時刻と前記受信光を受光した受信時刻との間の回帰時間の測定結果に基づいて、前記レーザ測距装置と前記ターゲットとの間の距離を測定するレーザ測距方法であって、
長距離において、前記第２高調波のパルスレーザ光よりも前記基本波のパルスレーザ光のエネルギーが大きい、所定のエネルギー比を持つ前記送信光を使用して測距を開始するステップと、
前記受信光として前記基本波の受信光の波長を選択して、当該基本波の受信光の第１の受信レベルを確認するステップと、
前記第１の受信レベルが上限規定値以上の場合に、前記受信光として前記第２高調波の受信光の波長を選択して、当該第２高調波の受信光の第２の受信レベルを確認するステップと、
前記第２の受信レベルが前記上限規定値以上の場合、前記第２の受信レベルが前記上限規定値と下限規定値との間の範囲に入るように、前記波長変換素子の温度を変化させるステップと、
を含むレーザ測距方法。
【請求項７】
前記所定のエネルギー比が１０：１に等しい、請求項６に記載のレーザ測距方法。
【請求項８】
前記波長変換素子の温度を変化させるステップは、
前記第２の受信レベルが前記上限規定値より大きくなったときに、前記波長変換素子の温度を所定の温度だけ上昇させるステップと、
前記第２の受信レベルが前記下限規定値より小さくなったときに、前記波長変換素子の温度を所定の温度だけ下降させるステップと、
を含む、請求項６又は７に記載のレーザ測距方法。
【請求項９】
前記所定の温度が１℃に等しい、請求項８に記載のレーザ測距方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ測距装置に関し、特に、探査機を小惑星まで誘導するために使用されるパルスレーザ測距装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
小惑星の探査は、近年各国で計画されているが、地球から遠距離にある小惑星に自律的にタッチダウンできる技術は実績が少なく、高精度と信頼性が要求されている。このための航法誘導に利用される測距装置は、広い測距レンジにわたり高精度を保つことが重要となる。また、測距装置は探査機への搭載品であることから、可動部の使用を極力避けることが望ましく、可動部を有さない光量調整機能を持つ測距装置が期待されている。
【０００３】
この種のパルスレーザ測距装置は、一般に、パルスレーザ光（送信パルスレーザ光）をターゲットに向けて出射（送信）すると共に、このターゲットで反射したパルスレーザ光（反射パルスレーザ光）を受信パルスレーザ光として受光（受信）し、送信パルスレーザ光を出射した送信時刻と受信パルスレーザ光を受光した受信時刻との間の回帰時間の測定結果に基づいて、当該パルスレーザ測距装置とターゲットとの間の距離を測定する装置である。
【０００４】
そのようなパルスレーザ測距装置は、送信パルスレーザ光を出射するためのレーザダイオードなどのパルスレーザ光源と、送信パルスレーザ光を送信電気信号に変換する送信側光検知器と、受信パルスレーザ光を受信電気信号に変換する受信側光検知器と、送信電気信号および受信電気信号を増幅してタイミング信号に変換する受信回路と、を備えている。
【０００５】
小惑星を探査するための探査機には、このようなパルスレーザ測距装置が搭載される。この場合における上記ターゲットは小惑星である。探査機に搭載されるパルスレーザ測距装置は、探査機と小惑星表面との間の距離が５０ｋｍ〜５０ｍまでの距離を測距し、探査機を小惑星まで誘導するために使用される装置である。このようなパルスレーザ測距装置においては、測距距離によって受信光量が６〜７桁の変化を生じる。このため、パルスレーザ測距装置においては、光検知器や受信回路の飽和などから受信波形が歪み、測距精度が悪化するという問題がある。
【０００６】
このため、従来のパルスレーザ測距装置では、受信レベルに応じて受信回路の増幅率を制御することや、送受信光路中に可変フィルタを設置するなどして、測距精度を満足するためのダイナミックレンジを確保している。
【０００７】
しかしながら、電気的に受信回路の増幅率を変化させる第１の方法では、受信信号の波形へ少なからず歪みを与えるほか、ノイズの増加にもつながる。更に、受信回路を構成する電子回路素子の特性から、温度環境の変化でも、受信信号の波形の歪みやタイミングの遅延も発生し、測距精度へ影響する。
【０００８】
一方、送受信光路中に可変フィルタを設置する第２の方法では、機械的に可変フィルタを駆動させてフィルタ濃度を変化させることが必要である。そのため、高信頼性を要求される宇宙機器では、機械的な可動部を有する可変フィルタの信頼性を保証することが困難である。
【０００９】
そこで、可変フィルタを使わずに送信レーザ光の波長を制御し、受信用のバンドパスフィルタの中心波長からレーザ光の波長をずらして光量調整する第３の方法が提案されている（特許文献１参照）。この第３の方法では、レーザダイオードの温度を制御することにより、レーザダイオードから出射されるパルスレーザ光の波長を変更している。
【００１０】
しかしながら、５０ｋｍからの距離を測距するには、パルスレーザ光源として大出力の固体レーザが必要である。そのため、特許文献１に開示されているような、レーザダイオードの温度を制御する第３の方法を使用することができない。
【００１１】
レーザダイオードのような固体レーザの波長を制御する方法として、光パラメトリック発振を利用し、非線形結晶の角度を機械的に制御する第４の方法も知られている。しかしながら、この第４の方法では、可変フィルタと同様に可動部は宇宙機器として信頼性が低いために、特に小惑星探査機の航法支援に利用されるパルスレーザ測距装置に使用するには、リスクが高い。
【００１２】
この他に光学系を複数系統に分けて受信レベルを適切に保つ第５の方法も考えられている。しかしながら、この光学系を分割する第５の方法では、離散的な受信レベルの切り替えになり、連続的な受信レベルの変化には対応できないという問題がある。
【００１３】
一方、本発明に関連する先行技術として、異なる２波長のレーザ光を出力可能なレーザ装置を用いた距離測定装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。この特許文献２に開示された距離測定装置は、レーザ装置と、このレーザ装置からの出力光を所定の対象物（ターゲット）に出力する出力部と、対象物（ターゲット）から反射した反射光を受光する受光部と、受光部の出力信号に基づいて距離の算出を行う信号処理部とを備える。レーザ装置は、レーザ光を発振するレーザ発振部と、レーザ発振部から出力される基本波が入射され、温度によって基本波の高調波への変換効率が変化し、反転分極構造を有する非線形結晶と、この非線形結晶の温度を制御することで、非線形結晶から出力される基本波と高調波の比率を制御する比率制御手段とを備える。
【００１４】
すなわち、特許文献２に開示された距離測定装置は、非線形結晶の温度を制御して、基本波および／または高調波のレーザ光を出射する第６の方式を開示している。
【００１５】
この特許文献２に開示された距離測定装置においては、（１）基本波（１０６４ｎｍ）の出力を行う出力モード１、（２）第２高調波（５３２ｎｍ）の出力を行う出力モード２、（３）基本波５０％、第２高調波５０％の２波を同時に出力する出力モード３の、３パターンの出力形態を選択可能とされている。そして、この特許文献２に開示された距離測定装置では、距離測定の手順として、受光部で受光した光の受光強度に基づいて、基本波を用いるか高調波を用いるかを選択する方法や、第１の受光部および第２の受光部の受光強度に基づいて第１の受光部の出力信号または第２の受光部の出力信号を選択する方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００８−２２４２３９号公報
【特許文献２】特開２０１０−８５３１６号公報（図３、図９、図１４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
特許文献２では、受光強度に基づいて、基本波を用いるか高調波を用いるかを選択したり、第１の受光部の出力信号または第２の受光部の出力信号を選択したりしているだけである。しかしながら、単に、そのような選択を行っただけでは、最適な受信レベルを保つことができない。その結果、測距精度を確保することが困難である。
【００１８】
また、特許文献２に開示された距離測定装置は、対象物（ターゲット）が固定で、距離測定装置側も固定である、ことを前提としている。すなわち、特許文献２においては、大気の水蒸気等のターゲットまでの距離が固定（不変；一定）である。そのため、特許文献２に開示された距離測定装置（距離測定の手順）では、大幅に変化する距離を測距することはできない。
【００１９】
そもそも、特許文献２に開示された距離測定装置において、基本波と高調波とを切り替える（波長を切り替える）目的は、測定分解能の向上や、対象物（ターゲット）の反射率の変化に対応するためである。換言すれば、特許文献２においては、測距精度を向上させるために波長を切り替えているのではない。
【００２０】
したがって、本発明の目的は、大幅に変化する距離の測距精度を確保する（向上させる）ことができる、レーザ測距装置およびレーザ測距方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明のレーザ測距装置は、送信パルスレーザ光をターゲットに向けて出射し、該ターゲットで反射した反射パルスレーザ光を受信パルスレーザ光として受光し、前記送信パルスレーザ光を出射した送信時刻と前記受信パルスレーザ光を受光した受信時刻との間の回帰時間の測定結果に基づいて、前記ターゲットとの間の距離を測定するレーザ測距装置であって、
前記送信パルスレーザ光を出射する手段は、基本波のパルスレーザ光を発射するパルスレーザ光源と、該基本波のパルスレーザ光を第２高調波のパルスレーザ光に変換する波長変換素子であって、温度により波長変換効率が異なり、前記基本波のパルスレーザ光と前記第２高調波のパルスレーザ光とを混合させて得られるパルスレーザ光を前記送信パルスレーザ光として出射する前記波長変換素子と、から構成され、
前記回帰時間を測定する手段は、前記送信パルスレーザ光を送信電気信号に変換する送信側光検知器と、前記受信パルスレーザ光を基本波の第１の受信パルスレーザ光と第２高調波の第２の受信パルスレーザ光とに分離する分離手段と、前記第１の受信パルスレーザ光を検知して、第１の受信電気信号に変換する第１の受信側光検知器と、前記第２の受信パルスレーザ光を検知して、第２の受信電気信号に変換する第２の受信側光検知器と、前記送信電気信号と前記第１または第２の受信電気信号とから、前記送信パルスレーザ光を出射した送信タイミングと前記受信パルスレーザ光を受光した受信タイミングとを求める受信回路と、前記送信タイミングと前記受信タイミングとから前記回帰時間をカウントして、測距カウントデータを出力する測距カウンタ部と、から構成され、
前記波長変換素子の温度を制御する手段は、前記波長変換素子の温度を調整する温度制御部と、前記第１または第２の受信電気信号から、前記受信パルスレーザ光の受信レベルを検出するレベル検出部と、前記受信レベルが一定となるように、前記温度制御部へ温度制御信号を送出する制御部と、から構成される。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、大幅に変化する距離の測距精度を確保する（向上させる）ことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施例に係るレーザ測距装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示したレーザ測距装置の接近フェーズ時の動作を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
先ず、本発明の特徴について説明する。
【００２５】
本発明に係るレーザ測距装置は、小惑星探査機に使用するレーザ測距装置である。すなわち、本発明に係るレーザ測距装置は、パルスレーザの往復時間（回帰時間）を計測することで、レーザ測距装置から小惑星までの距離を算出し、探査機を小惑星まで誘導する航法支援のための測距装置である。本発明によるレーザ測距装置は、測距距離によって変化する受信光量の変化を補償し、受信回路が検出する受信レベルを一定に保つことで測距精度を確保する、光量調整機能を併せ持つことを特徴とする。
【００２６】
次に、本発明の実施の形態について説明する。
【００２７】
本発明の一実施形態に係るレーザ測距装置は、固体レーザから成る測距用のパルスレーザ光源と、非線形結晶のような波長変換素子と、受信光を受信する受光部と、受信光を第１および第２の受信光に分離するダイクロイックミラーと、第１および第２の受信光を検出する第１および第２の光検出器と、第１および第２の光検出器で検出された信号の受信レベルを検出するレベル検出器と、受信レベルに基づいて、波長変換素子の温度を制御する制御部とを備えている。
【００２８】
測距用のパルスレーザ光源として使用している固体レーザは、基本波（１ω）のパルスレーザ光を出射する。この出射されたパルスレーザ光は、非線形結晶のような波長変換素子に入射される。波長変換素子は、基本波（１ω）のレーザ光から第２高調波（２ω）のレーザ光を生成する。受信レベルに基づいて、制御部は、後述するように、非線形結晶の波長変換効率を非線形結晶の温度を制御することで変化させて、連続的に第２高調波（２ω）の送信レーザ光のパワーを制御する。
【００２９】
これにより、波長変換素子から、変換されない基本波（１ω）のレーザ光と第２高調波（２ω）のレーザ光の両方を、ターゲットである小惑星に照射する。
【００３０】
小惑星の表面からの反射光を光学系で受信した後に、ダイクロイックミラーで基本波（１ω）の第１の受信レーザ光と第２高調波（２ω）の第２の受信レーザ光とに分離する。第１および第２の光検出器は、それぞれ、第１および第２の受信レーザ光を検出する。
【実施例１】
【００３１】
図１は、本発明の第１の実施例に係るレーザ測距装置１０の構成を示すブロック図である。図示のレーザ測距装置１０は、測距距離による受信レベルの変化に対応して、後述するように送信光量を制御し、測距精度を確保するレーザ測距装置である。
【００３２】
レーザ測距装置１０は、送信パルスレーザ光（以下、単に「送信光」とも呼ぶ）をターゲットに向けて出射し、そのターゲットで反射した反射パルスレーザ光を受信パルスレーザ光（以下、単に「受信光」とも呼ぶ）として受光し、送信パルスレーザ光（送信光）を出射した送信時刻と受信パルスレーザ光（受信光）を受光した受信時刻との間の回帰時間の測定に基づいて、ターゲットとの間の距離を測定する。
【００３３】
図示の例では、ターゲットは小惑星であり、レーザ測距装置１０は小惑星探査機（図示せず）に搭載される。
【００３４】
送信光量を制御する可変波長変換効率機能を持つレーザ測距装置１０は、レーザ発振器１２と、波長変換素子１４と、温度制御部１６と、送受信光学部１８と、ダイクロイックミラー２０と、１ωバンドパスフィルタ２２と、２ωバンドパスフィルタ２４と、１ω用光検知器２６と、２ω用光検知器２８と、送信光用光検知器３０と、受信回路３２と、レベル検出部３４と、測距カウンタ部３６と、制御部３８と、電源部４０とから構成される。
【００３５】
レーザ発振器１２は、基本波（１ω）のパルスレーザ光を発射する。波長変換素子１４は、パルスレーザ光の波長を変換する。すなわち、波長変換素子１４は、基本波（１ω）の波長のパルスレーザ光を第２高調波（２ω）の波長のパルスレーザ光に変換する。
【００３６】
詳述すると、波長変換素子１４は、温度により波長変換効率が異なり、基本波（１ω）のパルスレーザ光と第２高調波（２ω）の波長のパルスレーザ光とを混合させて得られるパルスレーザ光を上記送信パルスレーザ光（送信光）として出射する。
【００３７】
したがって、レーザ発振器１２と波長変換素子１４との組み合わせは、送信パルスレーザ光（送信光）を出射する手段として働く。
【００３８】
温度制御部１６は、波長変換素子１４の温度を後述のように調整して、波長変換素子１４の変換効率を可変する。
【００３９】
送受信光学部１８は、送信ビームの整形及び受信光の受信光用光検知器２６、２８への伝送を行う。
【００４０】
ダイクロイックミラー２０は、基本波（１ω）と第２高調波（２ω）の波長を分離する。１ωバンドパスフィルタ２２は、基本波（１ω）の受信光の波長を選択する。２ωバンドパスフィルタ２４は、第２高調波（２ω）の受信光の波長を選択する。
【００４１】
したがって、ダイクロイックミラー２０と１ωバンドパスフィルタ２２と２ωバンドパスフィルタ２４との組み合わせは、受信パルスレーザ光（受信光）を、基本波（１ω）の第１の受信パルスレーザ光（第１の受信光）と第２高調波（２ω）の第２の受信パルスレーザ光（第２の受信光）とに分離する分離手段（２０，２２，２４）として働く。
【００４２】
１ω用光検知器２６は、基本波（１ω）の第１の受信光を検知して、第１の受信電気信号に変換する第１の受信側光検出器として働く。２ω用光検知器２８は、第２高調波（２ω）の第２の受信光を検知して、第２の受信電気信号に変換する第２の受信側光検出器として働く。送信光用光検知器３０は、送信光を検知して、送信電気信号に変換する送信側光検出器として働く。
【００４３】
受信回路３２は、これら電気信号に変換された送信及び受信信号を増幅し、閾値を設けタイミング信号に変換する。受信回路３２は、送受信パルスを出力する。すなわち、受信回路３２は、送信電気信号と第１または第２の受信電気信号とから、送信パルスレーザ光（送信光）を出射した送信タイミングと受信パルスレーザ光（受信光）を受光した受信タイミングとを求める。
【００４４】
測距カウンタ部３６は、受信回路３２からの送受信パルスから、送受信パルス間の時間（回帰時間）をカウントする。換言すると、測距カウンタ部３６は、送信タイミングと受信タイミングとから回帰時間をカウントして、測距カウントデータを出力する。
【００４５】
したがって、送信側光検出器３０と、分離手段（２０，２２，２４）と、第１の受信側光検出器２６と、第２の受信側光検出器２８と、受信回路３２と、測距カウンタ部３６との組み合わせは、回帰時間を測定する手段として働く。
【００４６】
レベル検出部３４は、受信光のレベルを検出する。すなわち、レベル検出器３４は、第１または第２の受信電気信号から、受信パルスレーザ光（受信光）の受信レベルを検出する。
【００４７】
制御部３８は、距離（測距カウントデータ）と受信レベルとに基づいて、最適な波長変換素子１４の温度を計算し、温度制御部１６へ温度制御信号を送信する。すなわち、制御部３８は、受信レベルが一定となるように、温度制御部１６へ温度制御信号を送出する。温度制御信号に応答して、温度制御部１６は、波長変換素子１４の温度を調整する。
【００４８】
したがって、温度制御部１６と、レベル検出器３４と、制御部３８との組み合わせは、波長変換素子１４の温度を制御する手段として働く。
【００４９】
電源部４０は、各部に電力を供給する。
【００５０】
次に、非線形結晶の波長変換素子１４について説明する。ここでは、固体レーザであるレーザ発振器１２が、基本波（１ω）として、測距用に使用される波長１０６４ｎｍのＹＡＧレーザ光を出射するものとする。
【００５１】
この場合、波長変換素子１４は、非線形結晶を利用して、基本波（１ω）のＹＡＧレーザ光を、第２高調波（２ω）である５３２ｎｍの波長のレーザ光に変換できる。例えば、非線形結晶にＬＢＯ（ＬｉＢ３Ｏ５）結晶を用いたとする。そして、基本波（１ω）のＹＡＧレーザ光のレーザエネルギーが１０９ｍＪ、パルス幅が２０ｎｓｅｃ、ビーム径φが５ｍｍであるとし、ＬＢＯ結晶の結晶長が２０ｍｍ、そしてＬＢＯ結晶の温度が１４８℃であるとする。この条件において、基本波（１ω）のパルスレーザ光をＬＢＯ結晶に入射すると、ＬＢＯ結晶から第２高調波（２ω）の波長５３２ｎｍで、２２ｍＪのレーザエネルギーが得られる計算になる。ここでは、TypeＩのnon-criticalな位相整合を想定している。また、残りの８７ｍＪは、基本波（１ω）の波長１０６４ｎｍのままである。
【００５２】
ここで、ＬＢＯ結晶の温度を約２℃変化させると変換効率が半分になり、第２高調波（２ω）の波長５３２ｎｍで１１ｍＪ、波長１０６４ｎｍで９８ｍＪのレーザエネルギーが得られる。更に温度を変化させると、ＬＢＯ結晶の変換効率を低下させることができる。また、波長変換素子１４の長さの最適化設計で、波長変換効率を増加させることもできる。この波長変換の効率を制御し、かつ第２高調波（２ω）の波長５３２ｎｍと基本波（１ω）の波長１０６４ｎｍのそれぞれを独立した検出器２６、２８で受信することで、最適な受信レベルを持つように連続した光量制御が可能となる。
【００５３】
次に、図１に示したレーザ測距装置１０の動作の概要について説明する。
【００５４】
レーザ発振器１２から出力された基本波（１ω）のパルスレーザ光は、波長変換素子１４で第２高調波（２ω）のパルスレーザ光に変換される。この変換された第２高調波（２ω）のパルスレーザ光は、残った基本波（１ω）のパルスレーザ光と共に、送受信光学部１８を介して、送信光（送信パルスレーザ光）として、ターゲットである小惑星に向けて照射される。
【００５５】
初期値として基本波（１ω）と第２高調波（２ω）のエネルギー比を１０：１程度として、長距離ではエネルギーの大きい基本波（１ω）のパルスレーザ光を使用して測距する。
【００５６】
探査機が小惑星に近づくにつれ、受信レベルが増加し、測距精度が悪化する。そこで、受信レベルが悪化するレベルになったことをレベル検出部３４で検出したところで、制御部３８は、測距に使用する光検知器を２ω用光検知器２８に切り換えて測距精度を確保する。小惑星探査機の航法誘導では近距離の側でより測距精度が要求される。
【００５７】
更に距離が近づき、２ω用光検知器２８の波形が歪まないように、制御部３８は、受信レベルに基づいて、最適な送信光量を制御するため、温度制御部１６に温度制御信号を送る。温度制御信号に応答して、温度制御部１６は、波長変換素子１４の温度を調整し、最適な受信レベルを保つように制御される。一定に保たれた受信レベルによって、測距カウンタ部３６は一定の精度で測距が可能となる。その結果、探査機は、精度の高い距離情報を基に、自律的に小惑星まで接近することができる。
【００５８】
次に、図２のフローチャートを参照して、接近フェーズ時の動作について説明する。ここで、「接近フェーズ時」とは、本発明の特徴の一つである、小惑星探査機のような移動体に当該レーザ測距装置１０を搭載し、数１０ｋｍ離れた場所から目的地（ターゲット）に近接していく場合を意味する。
【００５９】
先ず、制御部３８は、初期値の設定を行う（ステップＳ１）。接近フェーズでの初期値は、遠距離からの測距のため、制御部３８は、出力の大きい基本波の波長（１ω）の第１の受信電気信号を受信回路３２で選択するように制御する。
【００６０】
次に、制御部３８は測距を開始する（ステップＳ２）。引き続いて、制御部３８は、１回のレーザ送受信毎に測距値及び受信レベルデータを取得し（ステップＳ３）、受信レベルを比較する（ステップＳ４）。
【００６１】
もし、受信レベル［Ｉ］があらかじめ確認されている上限規定値（測距精度が確保できる値）［Ａ］以内で、測距値の精度に問題ない場合（ステップＳ４のＮＯ）、制御部３８は測距値を確認する（ステップＳ５）。ここで、目標の距離（この場合は小惑星付近）に達している場合（ステップＳ５のＹＥＳ）、制御部３８は測距を停止する（ステップＳ１４）。目標の距離に達していない場合（ステップＳ５のＮＯ）、制御部３８は、ステップＳ３のレーザ送受信に戻り、この動作を繰り返す。
【００６２】
ステップＳ４の受信レベルの比較で、もし、受信レベル［Ｉ］が上限規定値［Ａ］以上になっている場合（ステップＳ４のＹＥＳ）、制御部３８は、波長切換の動作に移る（ステップＳ６）。すなわち、制御部３８は受信回路３２で第２高調波の波長（２ω）の第２の受信電気信号を選択する。
【００６３】
ステップＳ６の波長切換後、制御部３８は、再びレーザ送受信を行う（ステップＳ７）。ここで、制御部３８は、再び受信レベル確認を行う（ステップＳ８）。
【００６４】
もし、受信レベル［Ｉ］が上限規定値［Ａ］未満で測距精度に問題が無いと判断された場合（ステップＳ８のＮＯ）、制御部３８は測距値確認を行う（ステップＳ９）。先ほどと同様に、測距値が目標の距離に達していた場合（ステップＳ９のＹＥＳ）、制御部３８は測距動作を停止する（ステップＳ１４）。目標の距離に達していない場合（ステップＳ９のＮＯ）、制御部３８はステップＳ７のレーザ送受信の動作に戻り、これらの動作を繰り返す。
【００６５】
ステップＳ８で、もし、受信レベル［Ｉ］が上限規定値［Ａ］以上となり、測距精度が確保できないと判断した場合（ステップＳ８のＹＥＳ）、制御部３８は結晶設定温度変化の動作を行う（ステップＳ１０）。このとき、結晶設定温度の初期値は、第２高調波（２ω）のパワーの中間値であって、温度を上昇させた場合に第２高調波（２ω）の出力が低下し、温度を下降させた場合には第２高調波（２ω）の出力が増加するような温度にあらかじめ設定しておく。ステップＳ８で、すでに受信レベル［Ｉ］が上限規定値［Ａ］以上になっているため、制御部３８は、波長変換素子１４の結晶温度を、例えば１℃の所定の温度だけ上昇させるように、温度制御部１６へ温度制御信号を送出する。この温度変化の値はシステム全体の設計で変わる値である。
【００６６】
ステップＳ１０で波長変換素子１４の結晶温度を変化させた後に、制御部３８は、再びレーザ送受信を行う（ステップＳ１１）。その後、制御部３８は、受信レベル［Ｉ］の確認を行う（ステップＳ１２）。
【００６７】
詳述すると、ステップＳ１２では、制御部３８は、受信レベル［Ｉ］が上限規定値［Ａ］と下限規定値［Ｂ］との間の一定の範囲（［Ｂ］≦［Ｉ］≦［Ａ］）に入っているかを確認する。これは、小惑星探査機のような移動体の測距では、近距離になるにつれて高い測距精度が要求されるため、測距精度の幅を絞ることを想定している。
【００６８】
制御部３８は、ステップＳ１２で、受信レベル［Ｉ］が上記一定の範囲に入るように、ステップＳ１０で、波長変換素子１４の結晶温度を変化させることを繰り返す。
【００６９】
ステップＳ１０では、もし受信レベル［Ｉ］が上限規定値［Ａ］より大きい場合、制御部３８は、波長変換素子１４の結晶温度を１℃だけ上昇させるような温度制御信号を、温度制御部１６へ送出する。もし受信レベル［Ｉ］が下限規定値［Ｂ］より小さい場合、制御部３８は、波長変換素子１４の結晶温度を１℃だけ下降させるような温度制御信号を、温度制御部１６へ送出する。
【００７０】
また、受信レベル［Ｉ］が上記一定の範囲に入っている場合（ステップＳ１２のＹＥＳ）、制御部３８は測距値の確認を行う（ステップＳ１３）。もし、目標の距離に達していれば（ステップＳ１３のＹＥＳ）、制御部３８は測距を停止する（ステップＳ１４）。測距値が、目標の距離に達していない場合（ステップＳ１３のＮＯ）、制御部３８は、ステップＳ１１に戻り、測距動作を繰り返す。
【００７１】
このような動作を行うことで、測距精度を確保しながら小惑星探査機のような移動体が目標の距離に達することを可能にする。
【００７２】
以下、本発明の第１の実施例の効果について説明する。
【００７３】
第１の効果は、最適受信レベル制御による高測距精度を実現できることである。その理由は、本方式を採用することにより、レーザ測距装置１０の測距精度に影響する受信レベルの変化に連続的に対応可能となるからである。
【００７４】
第２の効果は、機械的可動部を使用しない高信頼性な送信光パワー調整機能を実現できることである。すなわち、上記最適受信レベル制御のために、機械的可動部を使用することがなく、高信頼性の送信光パワー調整機能を実現できる。
【００７５】
以上、実施形態（実施例）を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態（実施例）に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【００７６】
例えば、上記実施例では、非線形結晶としてＬＢＯ結晶を用いた例を挙げて説明しているが、非線形結晶はＬＢＯ結晶に限定されず、例えば、ＫＴＰ結晶などの他の結晶を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明は、小惑星の航法誘導装置のほか、月や惑星の探査機の着陸ミッションに利用可能である。
【符号の説明】
【００７８】
１０    レーザ測距装置
１２    レーザ発振器
１４    波長変換素子
１６    温度制御部
１８    送受信光学部
２０    ダイクロイックミラー
２２    １ωバンドパスフィルタ
２４    ２ωバンドパスフィルタ
２６    １ω用光検知器
２８    ２ω用光検知器
３０    送信光用光検知器
３２    受信回路
３４    レベル検出部
３６    測距カウンタ部
３８    制御部
４０    電源部
【図１】
2014173966.tif 000003
【図２】
2014173966.tif 000004