JPH0738024B2 - 光学的測長方法および装置 - Google Patents
光学的測長方法および装置Info
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- JPH0738024B2 JPH0738024B2 JP1136994A JP13699489A JPH0738024B2 JP H0738024 B2 JPH0738024 B2 JP H0738024B2 JP 1136994 A JP1136994 A JP 1136994A JP 13699489 A JP13699489 A JP 13699489A JP H0738024 B2 JPH0738024 B2 JP H0738024B2
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- wavelength
- optical path
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光波を用いて基準地点から目標地点までの光路
の長さを測定する光学的測長方法及び装置に関する。
の長さを測定する光学的測長方法及び装置に関する。
従来より光波の伝搬時間を計測して光路の長さを求める
方法及び装置が広く用いられている。
方法及び装置が広く用いられている。
従来より用いられている測長方法および装置は、１波長
の光波を用いるものが大部分であった。すなわち、光波
の伝搬時間ｔ、光路の温度Ｔ、気圧Ｐ、湿度RH等を測定
し、光路の屈折能Ｎ（Ｔ、Ｐ、RH、…）を推定し、光路
の長さＤを Ｄ＝｛t/（Ｎ＋１）｝・Ｃ より求めるものである。但し、Ｃは真空中の光速度とす
る。従って、正確な測長を行なうためには光路の気象、
即ち温度、気圧、湿度等を正確に知ることが不可欠であ
った。環境条件が充分に制御された実験室や地下トンネ
ル等、また短い距離ならば、正確な気象測定が可能であ
るから、従来の方法でも十分な測長確度が得られるので
特に問題はなかった。
の光波を用いるものが大部分であった。すなわち、光波
の伝搬時間ｔ、光路の温度Ｔ、気圧Ｐ、湿度RH等を測定
し、光路の屈折能Ｎ（Ｔ、Ｐ、RH、…）を推定し、光路
の長さＤを Ｄ＝｛t/（Ｎ＋１）｝・Ｃ より求めるものである。但し、Ｃは真空中の光速度とす
る。従って、正確な測長を行なうためには光路の気象、
即ち温度、気圧、湿度等を正確に知ることが不可欠であ
った。環境条件が充分に制御された実験室や地下トンネ
ル等、また短い距離ならば、正確な気象測定が可能であ
るから、従来の方法でも十分な測長確度が得られるので
特に問題はなかった。
しかし、測量等でしばしば必要とされるように、大気中
で水平方向に数kmから数10kmを測長する場合には、光路
の平均屈折能が容易に推定できないため、大きな問題が
生じる。従って、当然に確度の高い測長は困難となる。
光路に多くの気象観測器材を配置して測定データを収集
し、光路のより正確な平均屈折能を推定し、この様な条
件下で確度の高い測長を行なおうとの試みもあるが、装
置が大掛かりになる上、各気象観測器材の校正方法等、
新たな難問も生じるため十分な高精度は期待できなかっ
た。
で水平方向に数kmから数10kmを測長する場合には、光路
の平均屈折能が容易に推定できないため、大きな問題が
生じる。従って、当然に確度の高い測長は困難となる。
光路に多くの気象観測器材を配置して測定データを収集
し、光路のより正確な平均屈折能を推定し、この様な条
件下で確度の高い測長を行なおうとの試みもあるが、装
置が大掛かりになる上、各気象観測器材の校正方法等、
新たな難問も生じるため十分な高精度は期待できなかっ
た。
一方、ｎ種類の無極性物質で満たされた光路の屈折能Ｎ
は、ｉ番目の構成物質の密度ρｉ、波長に依存する係数
をRiとするなら、 なる関係が成立することを利用し、多波長の光波を用い
て光路の伝搬時間を測定することにより、気象観測自体
を不要にしてしまおうとする試みもある。
は、ｉ番目の構成物質の密度ρｉ、波長に依存する係数
をRiとするなら、 なる関係が成立することを利用し、多波長の光波を用い
て光路の伝搬時間を測定することにより、気象観測自体
を不要にしてしまおうとする試みもある。
波長の異なる２つの光波を用いる方法では、波長１、波
長２の光路が測定光路を伝搬するに要する時間t1，t2を
測定し、光路の乾燥空気密度をρｓ、波長１と波長２の
屈折能をN1とN2とした時に、 N1＝α１・ρｓ N2＝α２・ρｓ なる関係を規定し、光路の長さＤを Ｄ＝［t1＋α１・（t2−t1）／ （α１−α２）］・Ｃ より求める。この方法では光路の水蒸気密度、すなわち
湿度をはじめから考慮していないので、到底高精度の測
長は望め得なかった。
長２の光路が測定光路を伝搬するに要する時間t1，t2を
測定し、光路の乾燥空気密度をρｓ、波長１と波長２の
屈折能をN1とN2とした時に、 N1＝α１・ρｓ N2＝α２・ρｓ なる関係を規定し、光路の長さＤを Ｄ＝［t1＋α１・（t2−t1）／ （α１−α２）］・Ｃ より求める。この方法では光路の水蒸気密度、すなわち
湿度をはじめから考慮していないので、到底高精度の測
長は望め得なかった。
波長の異なる３つの光路を用いる方法では、波長１、波
長２、波長３の光波が測定光路を伝搬するに用する時間
t1，t2，t3を測定し、光路の乾燥空気密度をρｓ、水蒸
気密度をρｗ、波長１、波長２、波長３の屈折能をN1，
N2，N3とした時に、 N1＝α１・ρｓ＋β１・ρｗ N2＝α２・ρｓ＋β２・ρｗ N3＝α３・ρｓ＋β２・ρｗ なる関係を規定し、光路の長さＤを、 Ｄ＝［t1＋｛（α１・β３−α３・β１） ・（t2−t1）｝／｛（α２−α１）・（β３−β１）−
（α３−α１）・（β２−β１）｝＋｛（α２・β１−
α１・β２）・（t3−t1）｝／｛α２−α１）・（β３
−β１）−（α３−α１）・（β２−β１）｝］・Ｃ より求める。この方法は理論的にも優れているが、実現
する為には光源、送光制御装置、受光検出装置等、新技
術の開発が不可欠であり、現在、有効な装置を実現する
ことは困難である。
長２、波長３の光波が測定光路を伝搬するに用する時間
t1，t2，t3を測定し、光路の乾燥空気密度をρｓ、水蒸
気密度をρｗ、波長１、波長２、波長３の屈折能をN1，
N2，N3とした時に、 N1＝α１・ρｓ＋β１・ρｗ N2＝α２・ρｓ＋β２・ρｗ N3＝α３・ρｓ＋β２・ρｗ なる関係を規定し、光路の長さＤを、 Ｄ＝［t1＋｛（α１・β３−α３・β１） ・（t2−t1）｝／｛（α２−α１）・（β３−β１）−
（α３−α１）・（β２−β１）｝＋｛（α２・β１−
α１・β２）・（t3−t1）｝／｛α２−α１）・（β３
−β１）−（α３−α１）・（β２−β１）｝］・Ｃ より求める。この方法は理論的にも優れているが、実現
する為には光源、送光制御装置、受光検出装置等、新技
術の開発が不可欠であり、現在、有効な装置を実現する
ことは困難である。
本発明は上記のような課題を解決することを目的として
いる。
いる。
そこで本発明では、光路の乾燥空気密度をρｓ、水蒸気
密度をρｗ、波長１と波長２の屈折能をN1とN2とした時
に、 N1＝α１・ρｓ＋β１・ρｗ N2＝α２・ρｓ＋β２・ρｗ なる関係を規定すると、通常気象条件では α１＞＞β１・（ρｗ／ρｓ） α２＞＞β２・（ρｗ／ρｓ） なる関係が成立することに着目し、 Ｄ＝［t1＋｛（α１＋β１・ρｗ／ρｓ）・（t2−
t1）｝／｛（α１＋β１・ρｗ／ρｓ）−（α２＋β２
・ρｗ／ρｓ）｝］・Ｃ なる、光路の長さ算出式を導出し、従来の方法および装
置に比べ緩やかな気象測定確度で、より高確度な測長を
容易に行なえるようにしたことを特徴にしている。上記
のＤの式は次のように導かれる。
密度をρｗ、波長１と波長２の屈折能をN1とN2とした時
に、 N1＝α１・ρｓ＋β１・ρｗ N2＝α２・ρｓ＋β２・ρｗ なる関係を規定すると、通常気象条件では α１＞＞β１・（ρｗ／ρｓ） α２＞＞β２・（ρｗ／ρｓ） なる関係が成立することに着目し、 Ｄ＝［t1＋｛（α１＋β１・ρｗ／ρｓ）・（t2−
t1）｝／｛（α１＋β１・ρｗ／ρｓ）−（α２＋β２
・ρｗ／ρｓ）｝］・Ｃ なる、光路の長さ算出式を導出し、従来の方法および装
置に比べ緩やかな気象測定確度で、より高確度な測長を
容易に行なえるようにしたことを特徴にしている。上記
のＤの式は次のように導かれる。
まず、上記のように規定した次の式に N1＝α１・ρｓ＋β１ρｗ …（１） N2＝α２・ρｓ＋β２ρｗ …（２） と式番号を付ける。一方、真空中の光速をＣとすると、 Ｄ＝t1・Ｃ・｛1/N1＋１）｝ Ｄ＝t2・Ｃ・｛1/N2＋１）｝ であるから、これらの式から N1＝t1・C/D−１ N2＝t2・C/D−１ が導かれ、これらの式を上記の（１），（２）式に代入
すると、 t1・C/D−１＝（α１＋β１・ρｗ／ρｓ）・ρｓ t2・C/D−１＝（α２＋β２・ρｗ／ρｓ）・ρｓ となる。ここで、 α１＋β１・ρｗ／ρｓ＝α１′ α２＋β２・ρｗ／ρｓ＝α２′ とおけば、 t1・C/D−１＝α１′・ρｓ t2・C/D−１＝α２′・ρｓ となる。これら両式からρｓを消去し、次の式変換を行
うことにより、上記のＤの式が導かれる。
すると、 t1・C/D−１＝（α１＋β１・ρｗ／ρｓ）・ρｓ t2・C/D−１＝（α２＋β２・ρｗ／ρｓ）・ρｓ となる。ここで、 α１＋β１・ρｗ／ρｓ＝α１′ α２＋β２・ρｗ／ρｓ＝α２′ とおけば、 t1・C/D−１＝α１′・ρｓ t2・C/D−１＝α２′・ρｓ となる。これら両式からρｓを消去し、次の式変換を行
うことにより、上記のＤの式が導かれる。
α２′・（t1・C/D−１）＝α１′・（t2・C/D−１） α２′・（t1・C/D）＝α１′・（t2・C/D） Ｄ・（α１′−α２′）＝（α１′・t2−α２′・t1）
・Ｃ Ｄ＝［｛（α１′−α２′）・t1＋（α１′・t2−
α１′・t1｝／（α１′−α２′）］・Ｃ Ｄ＝［｛α１′−α２′）／α１′−α２′）｝・t1＋
｛α１′／（α１′−α２′）｝・（t2−t1）］・Ｃ Ｄ＝［t1＋｛α１′／（α１′−α２′）｝・（t2−
t1）］・Ｃ ∴Ｄ＝［t1＋｛（α１＋β１・ρｗ／ρｓ）・（t2−
t1｝／｛（α１＋β１・ρｗ／ρｓ）−（α２＋β２・
ρｗ／ρｓ）｝］・Ｃ このように導かれたＤの式は次の意味を持つ。つまり、
従来の単波長法は光路の屈折率補正を気象観測のみによ
って行うため、非常に厳しい温度測定が必要だった。ま
た、従来の三波長法は光路の屈折率補正を波長分散すな
わち異なる波長の伝播時間差のみによって行うため、非
常に厳しい時間差測定が必要だった。そこで、光路の屈
折率補正を気象測定、波長分散測定の両方で行い、か
つ、両測定の必要精度を現行技術で実現可能な値に緩和
することができる測定理論式を導いたのがこのＤの式で
ある。
・Ｃ Ｄ＝［｛（α１′−α２′）・t1＋（α１′・t2−
α１′・t1｝／（α１′−α２′）］・Ｃ Ｄ＝［｛α１′−α２′）／α１′−α２′）｝・t1＋
｛α１′／（α１′−α２′）｝・（t2−t1）］・Ｃ Ｄ＝［t1＋｛α１′／（α１′−α２′）｝・（t2−
t1）］・Ｃ ∴Ｄ＝［t1＋｛（α１＋β１・ρｗ／ρｓ）・（t2−
t1｝／｛（α１＋β１・ρｗ／ρｓ）−（α２＋β２・
ρｗ／ρｓ）｝］・Ｃ このように導かれたＤの式は次の意味を持つ。つまり、
従来の単波長法は光路の屈折率補正を気象観測のみによ
って行うため、非常に厳しい温度測定が必要だった。ま
た、従来の三波長法は光路の屈折率補正を波長分散すな
わち異なる波長の伝播時間差のみによって行うため、非
常に厳しい時間差測定が必要だった。そこで、光路の屈
折率補正を気象測定、波長分散測定の両方で行い、か
つ、両測定の必要精度を現行技術で実現可能な値に緩和
することができる測定理論式を導いたのがこのＤの式で
ある。
また、このＤの式中におけるα１・α２（以下、αｉと
記す）、β１，β２（以下、βｉと記す）は次のような
意味を有している。つまり、後述するOWENSの論文にも
記載されているように、無極性気体の混合気体の屈折率
をｎとすると、Lorentz−Lorentz式より、 なる関係式が導かれる。OWENSはこの式を と近似し、実験結果を考慮して （ｎ−１）×108＝ ｛2371.34＋683,939.7/（130−σ２）＋4547.3/（38.9
−σ２）｝・Ds＋（6487.31＋58.058σ２−0.71150σ４
＋0.08851σ６）・Dw （同論文中で式番号（29）） を導いている。従って、 αｉ＝｛2371.34＋683,939.7/（130−σｉ ２）＋4547.3
/（38.9−σｉ ２）｝×10-8 βｉ＝（6487.31＋58.058σｉ ２−0.71150σｉ ４＋0.08
851σｉ ６）×10-8 となる。ただし、σｉは波数である。つまり、αｉ，β
ｉはLorentz−Lorentz式より導かれる波数のみの関数を
意味している。
記す）、β１，β２（以下、βｉと記す）は次のような
意味を有している。つまり、後述するOWENSの論文にも
記載されているように、無極性気体の混合気体の屈折率
をｎとすると、Lorentz−Lorentz式より、 なる関係式が導かれる。OWENSはこの式を と近似し、実験結果を考慮して （ｎ−１）×108＝ ｛2371.34＋683,939.7/（130−σ２）＋4547.3/（38.9
−σ２）｝・Ds＋（6487.31＋58.058σ２−0.71150σ４
＋0.08851σ６）・Dw （同論文中で式番号（29）） を導いている。従って、 αｉ＝｛2371.34＋683,939.7/（130−σｉ ２）＋4547.3
/（38.9−σｉ ２）｝×10-8 βｉ＝（6487.31＋58.058σｉ ２−0.71150σｉ ４＋0.08
851σｉ ６）×10-8 となる。ただし、σｉは波数である。つまり、αｉ，β
ｉはLorentz−Lorentz式より導かれる波数のみの関数を
意味している。
また、Ｄの式中における乾燥空気密度ρｓ，水蒸気密度
ρｗは、Ｄを求めるうえで各密度を単独に求める必要は
なく、それらの比ρｗ／ρｓが求まれば足りる。以下に
この比の計算方法を示す。
ρｗは、Ｄを求めるうえで各密度を単独に求める必要は
なく、それらの比ρｗ／ρｓが求まれば足りる。以下に
この比の計算方法を示す。
理想気体の状態式より、 ρｓ＝（Ps・10-3/R・Ｔ）・Ms ρｗ＝（Pw・10-3/R・Ｔ）・Mw が導かれる。
ただし、Ps：乾燥空気の分圧（atm） Pw：水蒸気の分圧（atm） Ms：乾燥空気の分子量（29.086g/mol） Mw：水蒸気の分子量（18.0154g/mol） R:気体定数（0.08205 l・atm/°K/mol） T:光路の温度（°Ｋ） である。ランキン−デュプレの蒸気圧式（ネルストの
式）より、 log（Psat）＝A/T＋Ｂ−Ｃ・log（Ｔ） が導かれる。
式）より、 log（Psat）＝A/T＋Ｂ−Ｃ・log（Ｔ） が導かれる。
ただし、Psat：飽和水蒸気圧（Pa（パスカル）） A:物質の気化熱に関する定数（6766.83） B:気体の比熱に関する定数（58.7878） C:凝縮系の比熱に関する定数（4.91987） である。光路大気の相対湿度をRH、気圧をＰ（Pa）とお
けば、 Pw＝（102/1013）・RH・exp｛−A/T＋Ｂ−Clog（Ｔ）｝ Ps＝（10-2/1013）・（Ｐ−Pw） となる。ゆえに、 ρｗ＝（10-5/1013）・｛Mw・RH/（Ｒ・Ｔ）｝・exp
｛−A/T＋Ｂ−Clog（Ｔ）｝ ρｓ＝（10-5/1013）・｛Ms／（Ｒ・Ｔ）｝・［Ｐ−Mw
・RH・exp｛−A/T＋Ｂ−Clog（Ｔ）｝］ となる。従って、 ρｗ／ρｓ＝［Mw・RH・exp｛−A/T＋Ｂ−Clog
（Ｔ）｝］／［Ms・［Ｐ−Mw・RH・exp｛−A/T＋Ｂ−Cl
og（Ｔ）｝］ となる。
けば、 Pw＝（102/1013）・RH・exp｛−A/T＋Ｂ−Clog（Ｔ）｝ Ps＝（10-2/1013）・（Ｐ−Pw） となる。ゆえに、 ρｗ＝（10-5/1013）・｛Mw・RH/（Ｒ・Ｔ）｝・exp
｛−A/T＋Ｂ−Clog（Ｔ）｝ ρｓ＝（10-5/1013）・｛Ms／（Ｒ・Ｔ）｝・［Ｐ−Mw
・RH・exp｛−A/T＋Ｂ−Clog（Ｔ）｝］ となる。従って、 ρｗ／ρｓ＝［Mw・RH・exp｛−A/T＋Ｂ−Clog
（Ｔ）｝］／［Ms・［Ｐ−Mw・RH・exp｛−A/T＋Ｂ−Cl
og（Ｔ）｝］ となる。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第１図は本発明に係わる光学的測長方法を用いて測長装
置を構成する場合の実施例のブロック図である。
置を構成する場合の実施例のブロック図である。
第１図に示す測長装置は、光波を目標地点の反射部４に
向けて送信する送光部１と、反射部４からの反射光を受
信し、測長演算、処理、表示を行なう受光演算部２と、
送光部１と受光演算部２に同期信号を供給する原発振部
３と、送光部１から送られてきた光波を受光演算部２に
送り出す反射部４とを備えている。なお、送光部１と受
光部２と原発振部３は基準地点に、また反射部４は目標
地点に設置されているものとする。
向けて送信する送光部１と、反射部４からの反射光を受
信し、測長演算、処理、表示を行なう受光演算部２と、
送光部１と受光演算部２に同期信号を供給する原発振部
３と、送光部１から送られてきた光波を受光演算部２に
送り出す反射部４とを備えている。なお、送光部１と受
光部２と原発振部３は基準地点に、また反射部４は目標
地点に設置されているものとする。
送光部１は基本光を発生するYAGレーザ５と、原発振部
３から出力される同期信号によりYAGレーザ５の出力光
をパルス列に変換するモードロック装置６と、モードロ
ック装置６の出力パルス列から光パルスバーストを出力
する電気光学スイッチ７と、電気光学スイッチの光パル
スバーストを入力してその第２高調波すなわち波長532n
mの光パルスバーストを出力する光高調波発生部８と、
電気光学スイッチ７と光高調波発生部８の出力光パルス
バーストを混合し目標地点の反射部４に送信する送光望
遠鏡９から構成されている。
３から出力される同期信号によりYAGレーザ５の出力光
をパルス列に変換するモードロック装置６と、モードロ
ック装置６の出力パルス列から光パルスバーストを出力
する電気光学スイッチ７と、電気光学スイッチの光パル
スバーストを入力してその第２高調波すなわち波長532n
mの光パルスバーストを出力する光高調波発生部８と、
電気光学スイッチ７と光高調波発生部８の出力光パルス
バーストを混合し目標地点の反射部４に送信する送光望
遠鏡９から構成されている。
受光演算部２は目標地点の反射部４で反射した光パルス
バーストを受信する受光望遠鏡10と、受光望遠鏡10で受
信された基本光のパルスバースト、光高調波のパルスバ
ーストをそれぞれ検波し復調電気信号に変換する基本光
検波部11、光高調波検波部12と、原発振部３の同期信号
と基本光検波部11、光高調波検波部12の各復調電気信号
の位相差を比較する位相比較装置13と、光路の気象を測
定する気象観測装置14と、位相比較装置13の比較結果に
基づき基本光と光高調波が基準地点から目標地点までに
伝搬するに要した時間を算出し、気象観測装置14の測定
結果に基づき、特許請求の範囲に記載した式により測長
結果を求める演算装置15と、演算結果を表示する表示装
置16とを備えている。
バーストを受信する受光望遠鏡10と、受光望遠鏡10で受
信された基本光のパルスバースト、光高調波のパルスバ
ーストをそれぞれ検波し復調電気信号に変換する基本光
検波部11、光高調波検波部12と、原発振部３の同期信号
と基本光検波部11、光高調波検波部12の各復調電気信号
の位相差を比較する位相比較装置13と、光路の気象を測
定する気象観測装置14と、位相比較装置13の比較結果に
基づき基本光と光高調波が基準地点から目標地点までに
伝搬するに要した時間を算出し、気象観測装置14の測定
結果に基づき、特許請求の範囲に記載した式により測長
結果を求める演算装置15と、演算結果を表示する表示装
置16とを備えている。
原発振部３は水晶発振器17と送光部１、受光演算部２に
供給する同期信号を発生する同期信号発生部18からなっ
ている。
供給する同期信号を発生する同期信号発生部18からなっ
ている。
反射部４は複数のコーナーキューブ19より構成されてい
る。
る。
なお、送光望遠鏡９と受光望遠鏡10は同軸あるいは同架
されている。
されている。
本実施例、すなわち、 波長１＝1064nm 波長２＝532nm を用いて、光路の長さ100kmを±0.5×10-6の確度で測定
するには 光路の温度測定± ７℃ 気圧測定±400mb 湿度測定± 22％ 伝搬時間測定± 8ps の測定確度が必要である。
するには 光路の温度測定± ７℃ 気圧測定±400mb 湿度測定± 22％ 伝搬時間測定± 8ps の測定確度が必要である。
従来の方法、すなわち１波長を用いた測長法で同様な測
定を行なう場合に必要な測定確度、すなわち 光路の温度測定±0.5℃ 気圧測定±1.8mb 湿度測定± 55％ 伝搬時間測定±166ps と比べると、温度および気圧測定確度がより実現可能な
値となったことが判る。温度測定誤差は常に最も大きな
誤差要因となる為、温度測定の必要確度が緩和されたこ
とは特に意義深い。すなわち、前述のＤの式中における
乾燥空気密度ρｓ、水蒸気密度ρｗは温度変化に伴い変
化するが、本実施例によれば以下のように温度測定確度
が緩和されている。
定を行なう場合に必要な測定確度、すなわち 光路の温度測定±0.5℃ 気圧測定±1.8mb 湿度測定± 55％ 伝搬時間測定±166ps と比べると、温度および気圧測定確度がより実現可能な
値となったことが判る。温度測定誤差は常に最も大きな
誤差要因となる為、温度測定の必要確度が緩和されたこ
とは特に意義深い。すなわち、前述のＤの式中における
乾燥空気密度ρｓ、水蒸気密度ρｗは温度変化に伴い変
化するが、本実施例によれば以下のように温度測定確度
が緩和されている。
測距結果をD,測距結果の誤差をεＤ，光路温度をT,光路
温度の測定誤差をεＴとおけば、測距結果の誤差ε
Ｄは、微分を用いれば、 εＤ＝（∂D/∂Ｔ）・εＴ・Ｄ と表される。ここで、∂D/∂ＴはＤのＴに関する偏微分
係数である。εＤ/D＝±0.5×10-6,D＝100Kmとして本実
施例の改良二波長法理論式を用い、この式からεＴを求
めれば、上述した本実施例における、光路の温度測定確
度±７°Ｃが得られる。一方、同様にして、従来の単波
長法理論式からεＴを求めれば、上述した従来の光路の
温度測定確度±0.5°Ｃが得られる。すなわち、100Kmを
±0.5×10-6の精度で測長しようとした場合、単波長法
では光路温度（全光路の平均温度）を±0.5℃で測定な
いしは推定しなければならず、これはほとんど不可能で
ある。ところが、改良二波長法では±７℃で測定ないし
推定できれば良いことになり、まだ実現可能である。こ
の改良二波長法の大きなメリットの１つがここにある。
その一方、湿度および伝搬時間の測定確度は厳しい値に
なったが現状技術でまだ充分対応できる値である。
温度の測定誤差をεＴとおけば、測距結果の誤差ε
Ｄは、微分を用いれば、 εＤ＝（∂D/∂Ｔ）・εＴ・Ｄ と表される。ここで、∂D/∂ＴはＤのＴに関する偏微分
係数である。εＤ/D＝±0.5×10-6,D＝100Kmとして本実
施例の改良二波長法理論式を用い、この式からεＴを求
めれば、上述した本実施例における、光路の温度測定確
度±７°Ｃが得られる。一方、同様にして、従来の単波
長法理論式からεＴを求めれば、上述した従来の光路の
温度測定確度±0.5°Ｃが得られる。すなわち、100Kmを
±0.5×10-6の精度で測長しようとした場合、単波長法
では光路温度（全光路の平均温度）を±0.5℃で測定な
いしは推定しなければならず、これはほとんど不可能で
ある。ところが、改良二波長法では±７℃で測定ないし
推定できれば良いことになり、まだ実現可能である。こ
の改良二波長法の大きなメリットの１つがここにある。
その一方、湿度および伝搬時間の測定確度は厳しい値に
なったが現状技術でまだ充分対応できる値である。
また、本発明は前述の実施例で示したYAGレーザの基本
波とその高調波を用いる方法および装置に限定されるも
のではない。例えば、He−NeレーザとHe−Cdレーザ、す
なわち、 波長１＝633nm 波長２＝442nm を用いても、同様に温度、気圧の測定確度が緩和される
効果が期待できる。
波とその高調波を用いる方法および装置に限定されるも
のではない。例えば、He−NeレーザとHe−Cdレーザ、す
なわち、 波長１＝633nm 波長２＝442nm を用いても、同様に温度、気圧の測定確度が緩和される
効果が期待できる。
因みに、この２波長を用いて前述と同様の測定を行なう
に必要測定確度は、 光路の温度測定±７℃ 気圧測定±427mb 湿度測定± 22％ 伝搬時間測定± 8ps である。
に必要測定確度は、 光路の温度測定±７℃ 気圧測定±427mb 湿度測定± 22％ 伝搬時間測定± 8ps である。
なお、以上の評価は下記の論文を参考にして行なった。
論文 「James C.Owens,“Optical refractive index of air:
Dependense on pressure,temperature,and compositio
n",Applied Optics,vol.6,no.1,51-59,（1967）」 〔発明の効果〕 以上、説明した様に本発明によれば、従来の方法および
装置に比べ緩やかな気象測定確度で、より高確度な測長
を容易に行なえる光学的測長方法および装置を実現でき
る。
Dependense on pressure,temperature,and compositio
n",Applied Optics,vol.6,no.1,51-59,（1967）」 〔発明の効果〕 以上、説明した様に本発明によれば、従来の方法および
装置に比べ緩やかな気象測定確度で、より高確度な測長
を容易に行なえる光学的測長方法および装置を実現でき
る。
第１図は本発明の実施例の構成図である。 １…送光部、２…受光演算部、３…原発振部、４…反射
部。
部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 市江 更治 静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松ホ トニクス株式会社内 (72)発明者 武市 盛生 静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松ホ トニクス株式会社内 (72)発明者 竹島 晃 静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松ホ トニクス株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】波長１と波長２の異なる波長の光が基準地
点から目標地点まで伝搬するに要する時間t1とt2を測定
し、前記基準地点から目標地点までの光路の長さＤを求
めるに際し、真空中の光速度をＣ、前記光路の乾燥気密
度をρｓ、水蒸気密度をρｗ、波長１と波長２の屈折能
をN1とN2、波長１の光の波数のみの関数をα１、β１、
波長２の光の波数のみの関数をα２、β２とした時に、 N1＝α１・ρｓ＋β１・ρｗ N2＝α２・ρｓ＋β２・ρｗ なる関係を規定し、 Ｄ＝［t1＋｛（α１＋β１・ρｗ／ρｓ）・（t2−
t1）｝／ ｛（α１＋β１・ρｗ／ρｓ）−（α２＋β２・ρｗ／
ρｓ）｝］・Ｃ なる式を用いることを特徴とする光学的測長方法。 - 【請求項２】波長１と波長２の異なる波長の光を基準地
点から目標地点に向けて送信する送光部と、この送光部
からの光を反射する目標地点に設けられた反射部と、こ
の反射部から反射してきた光を受信して測長演算する受
光演算部とを備え、 この受光演算部は、前記送光部から送信された各波長の
光が前記基準地点から目標地点まで伝搬するに要する時
間t1とt2を測定する手段と、真空中の光速度をＣ、前記
光路の乾燥空気密度をρｓ、水蒸気密度をρｗ、波長１
と波長２の屈折能をN1とN2、波長１の光の波数のみの関
数をα１、β１、波長２の光の波数のみの関数をα２、
β２とした時に、 N1＝α１・ρｓ＋β１・ρｗ N2＝α２・ρｓ＋β２・ρｗ なる関係を規定し、 Ｄ＝［t1＋｛（α１＋β１・ρｗ／ρｓ）・（t2−
t1）｝／ ｛（α１＋β１・ρｗ／ρｓ）−（α２＋β２・ρｗ／
ρｓ）｝］・Ｃ なる式を用いて前記基準地点から目標地点までの光路の
長さＤを求める演算手段とを備えていることを特徴とす
る光学的測長装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1136994A JPH0738024B2 (ja) | 1989-05-30 | 1989-05-30 | 光学的測長方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1136994A JPH0738024B2 (ja) | 1989-05-30 | 1989-05-30 | 光学的測長方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH032583A JPH032583A (ja) | 1991-01-08 |
| JPH0738024B2 true JPH0738024B2 (ja) | 1995-04-26 |
Family
ID=15188304
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1136994A Expired - Fee Related JPH0738024B2 (ja) | 1989-05-30 | 1989-05-30 | 光学的測長方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0738024B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4793675B2 (ja) * | 2005-04-21 | 2011-10-12 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 距離測定装置 |
| JP5507053B2 (ja) * | 2008-03-27 | 2014-05-28 | パナソニック株式会社 | 距離測定装置 |
-
1989
- 1989-05-30 JP JP1136994A patent/JPH0738024B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH032583A (ja) | 1991-01-08 |
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