JPH03158808A - レーザ送信機 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、レーザビームを定められた方向へ送信するレ
ーザ送信機に関する。

〔従来の技術〕

従来の装置は、（オーム社、１９８２）レーザハンドブ
ックｐ５３７〜ｐ５３８に記載されたレーザ測距装置の
ように、主レーザ装置と光学系の光軸調整を図るために
、光軸調整用のＨｅ　　Ｎｅレーザを設け、受信望遠鏡
でその光量検出、あるいは、恒星による光軸の校正をし
ていた。特に、送信系では、検出した角度から光軸を調
整するために角度が変えられる二組のミラーが設けられ
ていた。

図２７．１５　　人工衛星、または１月測距用レーザレ
ーダの光学系の例） 〔発明が解決しようとする課題〕 上記従来技術は、主レーザ装置から出力されるレーザビ
ームの光源と光学系の光軸とを一致させるだめには有効
な手段である。しかし、図２７゜１５に示されるレーザ
ビームを導光するための複数の鏡の角度がずれた場合に
は、従来の方式では光軸が一致してないことは検出する
ことは可能であるが補正することはできなかった。従来
、このような光学系では架台の剛性を高くし鏡の角度が
変化しにくい構造となっていた。しかし、光学系の大型
化、及び、探査領域を高速に走査することが望まれてお
り、このときに問題となるのが、架台のたわみ歪等に起
因する導光用鏡の角度変化による光軸のずれである。

ＣＲ”ＪＲを解決するための手段〕 上記目的を達成するために、本発明は光学系（レーザ送
信機）を構成するレーザビーム角度を制御する光学部品
の設計光軸に対する誤差の検出手段と誤差を補正する機
構を設けた。

〔作用〕 本発明では、光学部品の角度誤差を検出する手段が重要
となる。角度誤差を正確に検出するには、角度の基準と
なる光軸に対し、角度検出センサの位置（角度）が常に
一定でなければならない。ところが、光軸は設計上のも
のであり、光学部品を固定する架台自体にたわみ等が生
じた場合、光学部品の角度をロータリエンコーダ等の角
度検出方式では光軸との角度誤差を正確に検出できない
。

そこで、レーザビーム自体を光軸として考え、光学部品
の角度を検出するのが本発明の特徴である。

すなわち、レーザ発生器から出力されるレーザビームの
中心が光軸として、個々の光学部品の角度をレーザビー
ムを用いて検出すれば、この問題を解決することができ
る。このように、レーザビームの角度を制御する光学部
品の全て、あるいは、たわみ等の生じる恐れのあるもの
に、角度検出部を設け、その検出角度を用いて光学部品
の光軸に対する角度補正をすれば良い。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図、第２図により説明す
る。第１図はレーザ送信機の一実施例であり５説明の簡
略化のため、−次元方向のみの走査をするレーザ送信機
を例にと９で、説明する。

第１図は、レーザ発生器１から出力されるレーザビーム
７を、四個のミラー（２ａ、２ｂ、２ｃ。

２ｄ）でレーザビームの角度を変え、空間を走査するも
のである。第１図に示すレーザ送信機は一次元でレーザ
ビームを走査するものであり、最終段のミラー２ｄの角
度を変えることにより、走査する。このとき、他のミラ
ーの役割は、走査用ミラー２ｄにレーザビームを導くこ
とである。以下、第１図、第２図を用いて本発明の一実
施例の構成、及び、動作を説明していく。

レーザ発生器１より出力されたレーザビーム７は、まず
、ミラー２ａに入射される。ミラー２ａでは、レーザビ
ーム７を入射角に対応する角度へ反射させると共に、レ
ーザビームの一部をミラー２ａを透過させ、第２図に示
すようなレンズ９に導く。以下、第２図を用いて角度検
出器３ａの一実施例を説明する。いま、光軸８と平行な
レーザビーム７ａがミラー２に入射したとする。上述の
ように、レーザビーム７ａの一部は、ミラー２を透過し
、レンズ９に入射される。レンズ９ではレーザビームを
収束させる。レンズ９の焦点距離りの位置にＰ　Ｓ　Ｄ
　（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ　５ｅｎｓｉｔｉｖｅ　Ｄｅｔｅ
ｃｔｏｒｓ）１０を置く。ＰＳＤＩＯは、ＰＳＤの受光
面に入射されるレーザビームの位置に対応する信号を出
力する。光軸８に対して平行なレーザビーム７ａの場合
に、第２図に示すように、ＰＳＤＩＯの光軸位置に、レ
ーザビームは結像する。これに対し、光軸８に対し、角
度θだけ傾いたレーザビーム７ｂは、ＰＳＤＩＯの受光
面上では、光軸８に対し距離Ｘだけ離れた位置に結像す
る。このとき、角度θと距離Ｘの関係は次式で表わされ
る。

θ＝Ｔａｎ−’−・・・（１） 従って、ＰＳＤＩＯでは、距離Ｘを検出できるために、
上述した方法によりレーザビーム７の入射角度０を測定
することができる。本発明では、レンズ９とＰＳＤＩＯ
ｌ及び、ミラー２の角度が変化しない構造にすれば、常
に、正確な角度検出が可能となる。

次に、第１図に戻り、本発明の一実施例を説明する。ま
ず最初に、構成について述べる。１はレーザ発生器であ
り、ミラー２ａ　（２ｂ、２ｃ。

２ｄ）と角度検出器３ａ　（３ｂ、３ｃ、３ｄ）及びミ
ラー角度駆動部４ａ　（４ｂ、４ｃ、４ｄ）を四組、ミ
ラー角度制御部５．レーザビーム走査部６から成る構成
である。レーザ送信機としてのレーザビーム７の走査は
、ミラー２ｄをレーザビーム走査部６の角度指令Ｏ３に
従い、ミラー角度駆動部４ｄにより角度を動かすことに
より、レーザビーム７の走査を達成している。

第１図に示す構成において、各々の角度検出器（３ａ、
３ｂ、３ｃ、３ｄ）において、検出角度θａ、θｂｙ　
Ｏｃ、　　θｄが零でない場合、すなわち、角度誤差が
生じたときの制御法について述べる。

ミラー角度制御部５に入力される検出角度θ８゜θｂ、
θＣ２θｄから、各々のミラーの角度指令θａ。

６ｂ、θＣ９θｄは次式により計算すれば良い。

θａ＝−０８・・・（２） θｂ　＝　−（Ｏｂ−θａ）　　　　　　　　　・・・
（３）θＣ＝−（θＣ−θ−−θ＆）　　　　　　　　
・・・（４）θ−＝−（θｄ−θＣ−θｂ−θａ）　　
　　　・・・（５）すなわち、個々の検−山角度は、レ
ーザ発生器１に近い方を前段とす九ば、前段で生じた角
度誤差とミラー自身の角度誤差の和が検出される。この
ため、（２）〜（４）式によって制御すれば良い。また
、レーザビーム走査部６では、角度指令Ｏ５は、Ｏｓ”
θｓ＋０．　　　　　　　　　　・・・（６）θＳ　二
走査角度 とし、制御すれば良い。

このように本実施例によれば、レーザビームを基準とし
て、各ミラーの角度誤差を検出して、制御する方式であ
るため、レーザ送信機の局所的なたわみ、振動等によっ
て生じる角度誤差を補正することができる。

上述の実施例では、−次元の角度誤差についての補正方
法について述べた。現実には二次元的な角度誤差が生じ
る。これを解決するには、ＰＳＤｌｏを二次元を検出で
きるものを用い（ｘ＊　ｙ）、角度駆動部も二次元に駆
動できる機構にすれば良い。すなわち、角度検出器で角
度θア、θｙをθＸ＝　Ｔａｎ−’−−（７） θｙ＝Ｔａｎ″′１〜　　　　　　　　　　　　　　　
・・・（８）次式より求め−Ｘ＋　ｙ毎にミラー角度制
御部で、角度指令Ｏｘ、Ｄｙを上述したように求め、ミ
ラー角度駆動部４により制御すれば良い。

次に、ミラー角度制御部５における他の実施例について
説明する。ミラー角度制御部５における角度指令θの決
定法は、ミラー角度駆動部４の応答性が速く無視できる
場合については良好な補正結果が得られる。本実施例で
は、応答性を考慮した場合について述べる。第３図は１
本発明におけるミラー角度制御系の制御ブロック図であ
り、第４図は、ミラー角度制御部５の一実施例である。

本発明におけるミラー角度制御系は、第３図に示すよう
に、目標値０（角度０°）に制御するサーボシステムで
ある。尚、説明の簡単化のため、ミラー数二個の場合に
ついて説明する。レーザ発生器１に近いミラー２の角度
をｃａとし、他を０５とした場合、その制御ブロック図
は第３図に示すようになる。角度θａに関しては、−人
力−出力のサーボ系であるが、角度θｂに関しては、角
度θ２が影響する制御系となっている。すなわち。

レーザ発生器１に近い、ミラー２の制御ループに外乱が
生じた場合、それ以降のミラー制御ループにも外乱が生
じることを意味している。これを解決するには、レーザ
発生器１に近いミラー制御ループの応答性をそれ以降の
ミラー制御ループの応答性より低くすれば良い。第４図
はその具体的実施例を示したものであり、 ｃａくβ５　　　　　　　　　　　　　　・・・（９）
ｆ　ｃａ＜　ｆ　ｅｂ　　　　　　　　　　　　　−（
ｉｏ）のように、比例ゲインβ及びローパスフィルタの
カットオフ周波数ｆｃを決定すれば良い。ミラーの数が
Ｎ個の場合にも、上式と同様に ｃａくβ５く・・・・・・くβＮ　　　　　　　　・・
・（１１）ｆ　ｃａ＜　ｆ　ｃｂ＜　・＝　−＜　ｆ　
ＣＮ　　　　　　　−（１２）と各制御パラメータ（β
、ｆｃ）を決定すれば良い。

以上、本実施例によれば、制御ループの安全性を向上さ
せることができる。

次に第５図、第６図を用いて１本発明の他の実施例につ
いて説明する。上述までの実施例によれば、ミラー角度
を検出するために、ミラー２にレーザビーム７を透過さ
せるために、その量だけ空間に向けて送信するレーザ出
力が低下することとなる。これを解決するのが１次に示
す実施例である。第Ｓ図において、１はレーザ発生器で
あり。

ミラー３ｂ、角度検出器３、及び、ミラー角度駆動部４
ｂ、ミラー角度制御部５は上述までの実施例と同一の機
能を持つ。ミラー２ａの後方に設けたアラメント用レー
ザ発生器１１は光軸（レーザビーム７）と一致した方向
にレーザビーム７ｃを送信する。このレーザビーム７ｃ
を用いて角度検出器３ｂは角度を検出する。第６図に本
発明における角度検出器の一実施例を示す。本発明では
。

レーザビーム７（λ０）とレーザビーム７ｃ（λａ）は
波長が異なる。ミラー２の表面には特定波長のみ（λａ
）を、数％透過させる波長選択吸収膜１３をコーティン
グし、ミラー２を透過したレーザビーム７ｃは、さらに
、波長λａのみを通過させる干渉フィルタ１２を通りレ
ンズ９によりＰＳＤＩＯの受光面に結像させる。本発明
によれば、ミラー２を透過するのは、アライメント用レ
ーザビーム７ｃのみであるため、レーザ発生器１から出
力されるレーザビーム７の損失を抑えて空間に送信する
ことができる。

上述の実施例において、アライメント用レーザビーム７
ｃの進行方向とレーザビーム７の方向を一致させたが、
レーザ発生器１から見た最終段のミラーに、アライメン
ト用レーザ発生器１１を設置し、レーザビームの方向を
１８０°に取った場合にも、本発明が実施できることは
、容易に類推できる。

次に、本発明の一実施例を第７図、第８図を用いて説明
する。レーザ発生器１には、半導体レーザ、固定レーザ
、及び、ガスレーザ等が適用できる。ところで、ガスレ
ーザの中には、レーザを発振させるための共振器の構造
上１円筒状のレーザビームを出力するものがある。以下
の実施例はこのような場合に、好適な実施例である。第
７図において、ミラー２の後方に設置するアライメント
用レーザ発生器１１より出力されるレーザビーム７ｃを
、第８図に示すように円筒状レーザビーム７の中空部に
合せて送信する。このようにすれば、双方のレーザビー
ムを分離でき、波長選択膜１３は不明となる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、光軸に対する角度誤差を正確に測定で
きるため、角度誤差の少ないレーザ送信機を実現するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のレーザ送信機の説明図、第
２図は角度検出器の説明図、第３図は本発明におけるミ
ラー角度制御系の制御ブロック図、第４図はミラー角度
制御部の制御ブロック図、第５図はレーザ送信機の他の
実施例の説明図、第６図は角度検出器の一実施例の説明
図、第７図はレーザ送信機の一実施例の説明図、第８図
は本発明におけるレーザビームの断面図である。 １・・・レーザ発生器、２・・・ミラー　３・・・角度
検出器。 ４・・・ミラー角度駆動部、５・・・ミラー角度制御部
、６・・・レーザビーム走査部、７・・・レーザビーム
、８第　１　区 ４２図 Ｑ−７ｏｓ−’十 第３Ｂ 第４図 　５　Ｊ ／ 第Ｃ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、レーザ発生器と前記レーザ発生器から出力されるレ
   ーザビームを複数のミラーを用いて、空間上の特定の方
   向へ送信するレーザ送信機において、 前記複数のミラーに、入射される前記レーザビームの傾
   き角を検出する手段と、前記検出手段より得られた前記
   レーザビームの傾き角より個々の前記ミラーの補正すべ
   き傾き角を決定する手段と前記補正すべき傾き角に従つ
   て前記ミラーの傾きを駆動する手段とを設けたことを特
   徴とするレーザ送信機。 ２、請求項１に記載の前記ミラーに入射される前記レー
   ザビームの傾き角の前記検出手段は、前記ミラーを通過
   する前記レーザビームをレンズにより収束させ、前記レ
   ンズと同一光軸上に設けたＰＳＤにより収束した前記レ
   ーザビームの位置を検出し、前記レンズと前記ＰＳＤの
   距離と収束した前記レーザビームの位置より、前記ミラ
   ーに入射される前記レーザビームの傾き角を検出するレ
   ーザ送信機。 ３、請求項１に記載の前記複数のミラーに入射される前
   記レーザビームの傾き角より前記複数のミラーの補正す
   べき傾き角を決定する手段は、前記ミラーの補正すべき
   傾き角を、前記ミラーより前記レーザ発生器から前記レ
   ーザビームが到達するのが早い位置に設けられた一つ、
   あるいは、複数のミラーに設けられた前記レーザビーム
   の傾き角の前記検出手段により得られる前記レーザビー
   ムの傾き角と、前記ミラーに設けられた前記レーザビー
   ムの傾き角の前記検出手段により得られる前記レーザビ
   ームの傾き角より決定するレーザ送信機。 ４、請求項１に記載の前記複数のミラーに入射される前
   記レーザビームの傾き角より前記複数のミラーの補正す
   べき傾き角を決定する手段は、前記レーザ発生器より出
   力される前記レーザビームの到達するのが早い位置にあ
   る前記ミラーの傾き角を制御する制御ループの応答性を
   前記ミラーより前記レーザビームが到達するのが遅い位
   置にある前記ミラーの制御ループの応答性より遅くなる
   ように前記ミラーの補正すべき傾き角を決定するレーザ
   送信機。 ５、レーザ発生器と、前記レーザ発生器から出力される
   レーザビームを複数のミラーを用いて空間上の特定の方
   向へ送信するレーザ送信機において、 前記レーザ発生器から出力される前記レーザビームの波
   長と異なる波長のレーザビームを出力するレーザ発生器
   と前記レーザ発生器の前記レーザビームと前記レーザ発
   生器の前記レーザビームの角度が零となるように重ね合
   わせる手段と、前記レーザビームがミラーに入射する傾
   き角のみを検出する手段と、前記検出手段より得られる
   前記レーザビームの傾き角からミラーの補正すべき傾き
   角を決定する手段と前記補正すべき傾き角に従いミラー
   の傾きを駆動する手段とを設けたことを特徴とするレー
   ザ送信機。 ６、請求項５に記載の二つの前記レーザ発生器から出力
   される前記レーザビームのうち一方のレーザビームのみ
   前記レーザビームの傾き角の前記検出手段は、前記ミラ
   ーの表面に検出しようとする前記レーザビームの波長の
   みを透過させる波長選択吸収膜をコーティングし、前記
   ミラーの後方に検出すべき前記レーザビームの波長のみ
   を透過させる干渉フィルタと、前記レーザビームを収束
   させるレンズ及びＰＳＤを設けたレーザ送信機。 ７、レーザ送信機において、 空間上の特定方向に送信するレーザビームを発生するレ
   ーザ発生器に円筒状のレーザビームを発生させ、前記円
   筒状のレーザビームの中空部に他のレーザビームを伝搬
   させる手段を設け、前記レーザビームのミラーに入射さ
   れる傾き角を検出する手段と前記傾き角より前記ミラー
   の補正すべき傾き角を決定する手段と前記補正すべき傾
   き角に従い前記ミラーの傾きを変える手段とを設けたこ
   とを特徴とするレーザ送信機。