(57)【要約】【課題】不可視光レーザで網膜等を損傷するといった人体への影響を抑制することができるボアサイト調整用装置を提供する。【解決手段】ボアサイト調整用装置７０は、不可視レーザ光を射出する送光窓に取り付けられる。ボアサイト調整用装置７０は、送光窓から射出した不可視レーザ光を受光する、アレイ状に設けられた複数の光センサからなるアレイセンサ７１ａを備え、アレイセンサ７１ａの出力値に基づいて不可視レーザ光の光路を算出する光路測定部７１と、光路測定部７１で算出した不可視レーザ光の光路を可視レーザ光で再現する光路再現部７２と、を有する。【選択図】図１８
2018163245.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不可視レーザ光を射出する送光窓に取り付けられるボアサイト調整用装置であって、
前記送光窓から射出した不可視レーザ光を受光する、アレイ状に設けられた複数の光センサからなるアレイセンサを備え、該アレイセンサの出力値に基づいて前記不可視レーザ光の光路を算出する光路測定部と、
前記光路測定部で算出した前記不可視レーザ光の光路を可視レーザ光で再現する光路再現部と、を有する、ボアサイト調整用装置。
【請求項２】
前記光路再現部は、前記アレイセンサと一体的に設けられた、前記可視レーザ光を射出する可視光源を備え、該可視光源は、前記アレイセンサの受光面の面内方向に２次元的に移動可能に構成され、前記可視光源の光軸が前記受光面に垂直である、請求項１に記載のボアサイト調整用装置。
【請求項３】
前記光路測定部は、
第１の面と該第１の面とは反対側の面である第２の面とを備え、前記アレイセンサが前記第１の面に設けられ、前記可視光源が前記第２の面に設けられた支持板と、
前記支持板を第１の軸周りに回転する第１の回転部と、
前記支持板を前記第１の軸と直交する第２の軸周りに回転する第２の回転部と、
前記第１および第２の回転部の回転動作を制御し、前記アレイセンサの出力値に基づいて前記受光面上の前記不可視レーザ光のスポット径を算出する光路計算部と、を有し、
前記光路計算部は、
前記第１の回転部の回転角を段階的に変化させ、段階毎に、前記スポット径を計測し、該計測値が最も小さな第１の回転角を取得し、
前記第２の回転部の回転角を段階的に変化させ、段階毎に、前記スポット径を計測し、該計測値が最も小さな第２の回転角を取得し、
前記第１および第２の回転角に前記第１および第２の回転部をそれぞれ設定する、請求項２に記載のボアサイト調整用装置。
【請求項４】
前記光路再現部は、
前記第２の面に設けられ、前記可視光源を第１の方向に往復移動する第１の移動部と、
前記第２の面に設けられ、前記可視光源を前記第１の方向と直交する第２の方向に往復移動する第２の移動部と、
前記第１および第２の回転角に前記第１および第２の回転部を設定した状態で、前記アレイセンサの出力値に基づいて、前記スポットの中心位置を取得し、該中心位置と前記可視光源の光軸とが一致するように、前記第１および第２の移動部を制御する光路再現処理部と、を有する、請求項３に記載のボアサイト調整用装置。
【請求項５】
前記不可視レーザ光の光路上に設けられた、光量を減衰する減衰フィルタを、さらに有する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のボアサイト調整用装置。
【請求項６】
前記不可視レーザ光の光路上に設けられた絞りを、さらに有する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のボアサイト調整用装置。
【請求項７】
前記可視レーザ光を射出する窓を備え、該窓に、前記不可視レーザ光をカットするカットフィルタを有する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のボアサイト調整用装置。
【請求項８】
アレイ状に設けられた複数の光センサからなるアレイセンサを用いて、送光窓から射出した不可視レーザ光を受光し、該アレイセンサの出力値に基づいて前記不可視レーザ光の光路を算出し、該算出した光路を可視レーザ光で再現する、光路再現方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、不可視レーザ光を射出する、レーザ測遠器等のレーザ装置に用いられる、ボアサイト調整用装置及び光路再現方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ測遠器は、目標物に照準を合わせてレーザ光を照射し、目標物からの反射光であるレーザ光を受光する。レーザ光の送光から受光までに要した時間を測定することで、目標物までの距離を算出することができる。レーザ測遠器には、目標物に照準を合わせるための視準装置が設けられている。レーザ測遠器の光源として、不可視レーザ光を射出する不可視レーザ光源が用いられることが多い。
【０００３】
一般に、レーザ測遠器においては、視準校正のためのボアサイト調整が行われる。
ボアサイト調整の一例として、特許文献１には、集光レンズを用いてレーザ光をスクリーン上に集光し、スクリーンにレーザ光の焼き付けパターンを形成し、この焼き付けパターンと視準装置の中心軸とを一致させる方法が記載されている。
特許文献２には、別のボアサイト調整方法が記載されている。このボアサイト調整方法では、指標板が受光面上設けられた受光ユニットを用いて、レーザ光源の光軸と視準装置の中心軸との位置合わせを行う。指標板は、レーザ光を透過する特性を有し、視準装置用のレチクルが所定の位置に形成されている。視準装置の中心軸をレチクルに合わせ、かつ、受光ユニットの出力値に基づいて、レーザ光の照射位置を指標板の中心に合わせることで、ボアサイト調整を行う。
【０００４】
特許文献３には、さらに別のボアサイト調整方法が記載されている。このボアサイト調整方法では、不可視レーザ光を射出する不可視レーザ光源に、可視レーザ光を射出する可視レーザ光源を取り付ける。ボアサイト調整の準備段階で、不可視レーザ光の光軸、可視レーザ光の光軸及び視準装置の中心軸が互いに平行になるように調整する。第１及び第２のレチクルが設けられた視準校正板を用い、可視レーザ光の照射位置を第１のレチクルに合わせ、視準装置のレチクルを第２のレチクルに合わせることで、ボアサイト調整を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５７−１６４７０３号公報
【特許文献２】特開２０１１−０５８９３２号公報
【特許文献３】特開２０１０−２１６６７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
不可視レーザ光源を備えたレーザ測遠器のボアサイト調整においては、不可視光レーザは目に見えないため、誤って、不可視光レーザが目に入って、網膜を損傷するといった人体への影響が懸念される。特に、遠距離の目標物(１〜５ｋｍ先)を測量するレーザ測遠器には、高出力の不可視光レーザが用いられるため、人体への影響の問題はより重大である。
特許文献１や特許文献２に記載されたボアサイト調整においても、レーザ光源として、不可視レーザ光源を用いた場合には、上記問題を生じる。
【０００７】
特許文献３に記載のボアサイト調整においては、不可視光レーザの代わりに可視レーザ光を用いてボアサイト調整を行うため、不可視光レーザで網膜等を損傷するといった問題は生じない。しかし、この場合は、ボアサイト調整の準備段階で、不可視レーザ光の光軸、可視レーザ光の光軸及び視準装置の中心軸が互いに平行になるように調整する作業が必要であり、この作業中に、誤って、不可視光レーザが目に入って、網膜を損傷する場合がある。
【０００８】
本発明の目的は、不可視光レーザで網膜等を損傷するといった人体への影響を抑制することができる、ボアサイト調整用装置及び光路再現方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の一態様によれば、不可視レーザ光を射出する送光窓に取り付けられるボアサイト調整用装置であって、前記送光窓から射出した不可視レーザ光を受光する、アレイ状に設けられた複数の光センサからなるアレイセンサを備え、該アレイセンサの出力値に基づいて前記不可視レーザ光の光路を算出する光路測定部と、
前記光路測定部で算出した前記不可視レーザ光の光路を可視レーザ光で再現する光路再現部と、を有する、ボアサイト調整用装置が提供される。
【００１０】
本発明の別の態様によれば、アレイ状に設けられた複数の光センサからなるアレイセンサを用いて、送光窓から射出した不可視レーザ光を受光し、該アレイセンサの出力値に基づいて前記不可視レーザ光の光路を算出し、該算出した光路を可視レーザ光で再現する、光路再現方法が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、不可視光レーザで網膜等を損傷するといった人体への影響を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態によるボアサイト調整用装置の構成を示す模式図である。
【図２】アレイセンサ側から見た場合の光路測定再現部材の外観を模式的に示す模式図である。
【図３】可視光源側から見た場合の光路測定再現部材の外観を模式的に示す模式図である。
【図４】光量調整部の一構成例を示す模式図である。
【図５】姿勢制御部の一構成例を示す模式図である。
【図６】姿勢制御部の別の構成例を示す模式図である。
【図７Ａ】ＹＺ面に垂直な方向（Ｘ軸方向）から光路測定再現部材を見た状態における回転θＹＺの調整方法を説明するための模式図である。
【図７Ｂ】ＸＹ面に垂直な方向（Ｚ軸方向）から光路測定再現部材を見た状態における回転θＸＹの調整方法を説明するための模式図である。
【図８】不可視レーザ光源がアレイセンサと正対した状態における不可視レーザ光のスポット径を示す模式図である。
【図９】不可視レーザ光源がアレイセンサと正対していない状態における不可視レーザ光のスポット径を示す模式図である。
【図１０】回転角θと、正対時を１とした場合のスポット径Ｄ’の倍率との関係を示す特性図である。
【図１１】光路測定再現の一手順を示すフローチャートである。
【図１２】可視光源の上下方向の調整を説明するための模式図である。
【図１３】アレイセンサの受光面上における、不可視レーザ光のスポットの中心座標と可視レーザ光の光軸との位置関係を説明するための模式図である。
【図１４】アレイセンサの受光面上における、不可視レーザ光のスポットの中心座標と可視レーザ光の光軸との位置関係を説明するための斜視図である。
【図１５】本発明の第２の実施形態によるボアサイト調整用装置に用いられる光路測定再現部材及び姿勢制御部の構成を示す模式図である。
【図１６】回転角θ１及びθ２の一測定手順を示すフローチャートである。
【図１７Ａ】回転角の決定方法を説明するための図である。
【図１７Ｂ】回転角の決定方法を説明するための図である。
【図１７Ｃ】回転角の決定方法を説明するための図である。
【図１８】本発明の第３の実施形態によるボアサイト調整用装置の構成を示すブロック図である。
【図１９】レーザ測遠器の一例を示す模式図である。
【図２０】図１９に示したレーザ測遠器に目標板を設置した状態を示す模式図である。
【図２１】視準装置の視野と目標板の正面視を説明するための模式図である。
【図２２】本発明のボアサイト調整用装置をレーザ測遠器に取り付けた状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態によるボアサイト調整用装置の構成を示す模式図である。
図１を参照すると、ボアサイト調整用装置１は、筐体２ａ、２ｂ、インターフェース装置５及び演算部６を有する。
【００１４】
筐体２ａは、光路測定再現部材３を収容している。光路測定再現部材３は、不可視レーザ光の光路を測定するためのアレイセンサと、不可視レーザ光の光路を可視レーザ光で再現するための可視光源とを有する。図２に、アレイセンサ側から見た場合の光路測定再現部材３の外観を模式的に示し、図３に、可視光源側から見た場合の光路測定再現部材３の外観を模式的に示す。
図２及び図３を参照すると、支持板３０の一方の面にアレイセンサ３１が支持され、支持板３０の他方の面に、可視光源３２を２次元に移動する移動台３３が支持されている。
【００１５】
アレイセンサ３１は、複数の光センサをアレイ状に配置したものである。不可視レーザ光のスポットをアレイセンサ３１で検出する必要があるため、アレイセンサ３１として、大面積、かつ、画素ピッチが細かいものを用いることが望ましい。例えば、アレイセンサ３１として、５０００万画素で、画素ピッチが４．１４μｍ、センサ受光面のサイズが３５．９７ｍｍ×２３．９８ｍｍであるイメージセンサを用いても良い。そのようなイメージセンサとしては、一眼レフカメラで用いられている、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサがある。
移動台３３は、可視光源３２を２次元平面上で移動することができるステージである。具体的には、移動台３３は、可視光源３２を第１の軸の方向に往復移動する移動台３３ａと、可視光源３２が固定された移動台３３ａを第１の軸と直交する第２の軸方の方向に往復移動する移動台３３ｂと、を有する。第１及び第２の軸を含む面は、アレイセンサ３１の受光面と平行である。移動台３３ａ、３３ｂとして、例えば、互いの移動方向が直交する２つの直動シリンダを用いることができる。
【００１６】
可視光源３２は、可視レーザ光を射出するレーザ光源、例えば、レーザダイオード等の半導体レーザから構成される。可視光源３２の光軸とアレイセンサ３１の受光面とのなす角度は９０°である。
なお、可視レーザ光を目標板まで到達させる必要があるため、可視光源３２は、可視レーザ光が目標板まで到達することができるような出力を有する。また、可視光源３２と目標板との距離が遠い場合、可視レーザ光が目標板に到達するまでに、ビームが広がってしまう可能性が有る。この場合、ビームの広がりを抑制する機構、例えば、コリメータレンズ等の光学系を、可視光源３２の光路に配置しても良い。
【００１７】
再び、図１を参照する。
筐体２ａは、光路測定再現部材３を挟んで互いに対向する第１及び第２の面を備え、これら第１及び第２の面のそれぞれに開口が設けられている。第１の面は、光路測定再現部材３のアレイセンサ３１側に位置し、第２の面は、光路測定再現部材３の可視光源３２側に位置する。第１の面の開口部には、光量調整部７及び取付け部８が設けられ、第２の面の開口部には、不可視光カットフィルタ９が設けられている。
取付け部８は、ボアサイト調整用装置１を不図示のレーザ測遠器の送光窓に取り付けるためのインターフェース部である。送光窓から射出した不可視レーザ光は、取付け部８及び光量調整部７を介して筐体２ａ内に誘導される。
光量調整部７は、不可視レーザ光を減衰させる機能や、不可視レーザ光のスポット径を調整する機能を有する。図４に、光量調整部７の一例を示す。
【００１８】
図４に示す光量調整部７は、保持筒８１、減衰フィルタ８２及び絞り８３を有する。保持筒８１は、両端が開口した筒状の構造であって、内部に、減衰フィルタ８２及び絞り８３が配置されている。不可視レーザ光は、保持筒８１の一方の開口端から入射し、減衰フィルタ８２及び絞り８３を順に通過し、保持筒８１の他方の開口端から射出される。
減衰フィルタ８２は、レーザ光を減衰可能なフィルタであれば良く、例えば、ＮＤフィルタを用いることができる。絞り８３は、中央に穴（開口）を備えた板状の構造であって、不可視レーザ光が穴を通過する際に、一部の光が遮れられるように構成されている。絞り８３を通過した不可視レーザ光の径の大きさ及び形状は、絞り８３の穴（開口）の大きさ及び形状で決まる。換言すると、図２に示したアレイセンサ３１の受光面上に形成される不可視レーザ光のスポット径の大きさ及び形状は、絞り８３の穴（開口）の大きさ及び形状で決まる。
【００１９】
再び、図１を参照する。
筐体２ａ内に誘導された不可視レーザ光は、図２に示したアレイセンサ３１に入射する。光量調整部７と不可視光カットフィルタ９は、光路測定再現部材３を挟んで互いに対向するように配置されている。
不可視光カットフィルタ９は、不可視レーザ光を筐体２ａ外に漏らさないために設けられている。不可視光カットフィルタ９は、不可視レーザ光を吸収し、可視光レーザを透過するフィルタ特性（又は、可視光レーザのみを透過するフィルタ特性）を有する。例えば、不可視レーザ光の波長が１．０μｍである場合、不可視光カットフィルタ９として、ＩＲカットフィルタ(１．０μｍ用)を用いることができる。
【００２０】
筐体２ｂは、筐体２ａと一体的に設けられており、光路測定再現部材３の姿勢を制御する姿勢制御部４を収容している。姿勢制御部４は、光路測定再現部材３を支持し、かつ、光路測定再現部材３に対して、２軸方向の回転が可能、その回転角度の保持が可能、及び、回転角(相対角)の測定が可能な機構を有する。姿勢制御部４は、光路測定再現部材３を第１の軸周りの方向に回転させ、且つ、第１の軸と直交する第２の軸周りの方向に回転させることが可能である。
【００２１】
図５に、姿勢制御部４の一構成例を示す。図５を参照すると、姿勢制御部４は、光路測定再現部材３を第１の軸周りの方向に回転するためのモータ部４ａと、光路測定再現部材３を第２の軸周りの方向に回転するためのモータ部４ｂとを有する。モータ部４ｂは、光路測定再現部材３を支持する柱状のアームを備え、このアームを回転させることで、光路測定再現部材３を第１の軸周りの方向に回転させる。モータ部４ａは、モータ部４ｂの筐体を両側から挟むように支持する、「コ」の字状の２本のアームを備え、これらアームを回転させることで、光路測定再現部材３を支持したモータ部４ｂを第２の軸周りの方向に回転させる。第１の軸周りの方向の回転角がθ１、第２の軸周りの方向の回転角がθ２である。
モータ部４ａ、４ｂは、回転角度の保持、及び、回転角(相対角)の測定が可能な機構を備えたモータ、例えば、ロータリーエンコーダ付きのサーボモータからなる。角度調整分解能は、後述の可視光レーザの光路再現性にかかわるため、角度調整分解能はできるだけ小さい方がより良い。
【００２２】
図６に、姿勢制御部４の別の構成例を示す。図６に示す姿勢制御部４は、モータ部４ａの支持構造が異なる以外は、図５に示した姿勢制御部４と同じである。図６に示す姿勢制御部４では、モータ部４ａは、モータ部４ｂの筐体を支持する柱状のアームを備え、このアームを回転させることで、光路測定再現部材３を支持したモータ部４ｂを第２の軸周りの方向に回転させる。
【００２３】
再び、図１を参照する。
インターフェース装置５は、電源／通信ケーブル１０ａを介して光路測定再現部材３と電気的に接続され、電源／通信ケーブル１０ｂ、１０ｃを介してモータ部４ａ、４ｂとそれぞれ電気的に接続され、通信ケーブル１０ｄを介して演算部６と電気的に接続されている。
電源／通信ケーブル１０ａでは、可視光源３２の電源供給、可視光レーザ制御信号及びアレイセンサデータの送信が行われる。電源／通信ケーブル１０ｂでは、モータ部４ｂの回転角制御信号及び回転角データの送信、モータ駆動電源の供給が行われる。電源／通信ケーブル１０ｃは、モータ部４ａの回転角制御信号及び回転角データの送信、モータ駆動電源の供給が行われる。通信ケーブル１０ｄでは、可視光レーザ制御信号及びアレイセンサデータ、回転角制御信号及び回転角データなどの送信が行われる。
【００２４】
インターフェース装置５は、可視光源３２の電源供給機能、モータ部４ａ、４ｂの駆動電源供給機能、通信機能、及び制御機能（モータ駆動用のパルス制御装置を含む）を備える。インターフェース装置５は、演算部６からの指令に従って、アレイセンサデータ、モータ回転出力及び回転角などの情報を取得し、取得した情報を演算部６へ送信する。
演算部６は、インターフェース装置５を介して、光路測定再現部材３及びモータ部４ａ、４ｂのそれぞれと電気的に接続されている。演算部６は、光路計算部６１及び光路再現処理部６２を有する。
光路計算部６１は、アレイセンサ３１の出力値に基づいて、不可視レーザ光の光路を求める。具体的には、光路計算部６１は、モータ部４ａ、４ｂの回転動作を制御してアレイセンサ３１の受光面への不可視レーザ光の入射角を段階的に変化させ、アレイセンサ３１からの出力値に基づいて不可視レーザ光の光路を求める。
【００２５】
光路再現処理部６２は、光路計算部６１で求めた不可視レーザ光の光路を可視光源３２から射出される可視レーザ光で再現する。具体的には、光路再現処理部６２は、移動台３３ａ、３３ｂの移動動作を制御して、可視光源３２の光軸を不可視レーザ光の光軸に一致させることで、不可視レーザ光の光路を可視レーザ光で再現する。
【００２６】
以下、光路測定再現の処理を詳細に説明する。
まず、入射角を段階的に変化させた場合のアレイセンサ３１の受光面上における不可視レーザ光のスポット径の大きさ及び形状の変化について説明する。
ここでは、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸で３次元空間を表し、Ｚ軸を垂直方向にとる。図５及び図６において、回転角θ１は、Ｙ軸とＺ軸を含む平面（ＹＺ面）の面内で変化する。この場合の回転方向を「θＹＺ」と呼ぶ。また、回転角θ２は、Ｘ軸とＹ軸を含む平面（ＸＹ面）の面内で変化する。この場合の回転方向を「θＸＹ」と呼ぶ。
【００２７】
図７Ａに、ＹＺ面に垂直な方向（Ｘ軸方向）から光路測定再現部材３を見た状態における回転θＹＺを模式的に示す。
図７Ａの例では、不可視レーザ光源１００から射出した不可視レーザ光が、アレイセンサ３１の受光面に入射する。モータ部４ａを駆動してアレイセンサ３１をθＹＺ方向（＋方向および−方向）に段階的に搖動させると、不可視レーザ光のアレイセンサ３１の受光面への入射角度が段階的に変化し、その入射角の変化に応じて、不可視レーザ光のスポット径の大きさ及び形状が段階的に変化する。
【００２８】
図７Ｂに、ＸＹ面に垂直な方向（Ｚ軸方向）から光路測定再現部材３を見た状態における回転θＸＹを模式的に示す。
図７Ｂの例では、不可視レーザ光源１００から射出した不可視レーザ光が、アレイセンサ３１の受光面に入射する。モータ部４ｂを駆動してアレイセンサ３１をθＸＹ方向（＋方向および−方向）に段階的に搖動させると、不可視レーザ光のアレイセンサ３１の受光面への入射角度が段階的に変化し、その入射角の変化に応じて、不可視レーザ光のスポット径の大きさ及び形状が段階的に変化する。
【００２９】
図８に、不可視レーザ光源１００がアレイセンサ３１と正対した状態（不可視レーザ光がアレイセンサ３１の受光面に垂直に入射した状態）における不可視レーザ光のスポット径を模式的に示す。不可視レーザ光のスポット径は、略円形の形状であり、その大きさは、ｄ×Ｄである。ここで、ｄはＸ軸方向の大きさであり、ＤはＹ軸方向の大きさである。ｄとＤは略同じ値である。
【００３０】
図９に、不可視レーザ光源１００がアレイセンサ３１と正対していない状態（正対状態からθ１だけ傾いた状態）における不可視レーザ光のスポット径を模式的に示す。不可視レーザ光のスポット径は、楕円形の形状であり、その大きさは、ｄ’×Ｄ’である。ここで、ｄはＸ軸方向の大きさであり、ＤはＹ軸方向の大きさである。ｄ’＜Ｄ’で、Ｄ＜Ｄ’である。
図８及び図９に示すように、不可視レーザ光源１００がアレイセンサ３１と正対している状態で、不可視レーザ光のスポット径は最小となる。この特性を利用して、不可視レーザ光の光路を求める。以下に、その光路測定の原理を簡単に説明する。
【００３１】
図１０に、回転角θ（ｍｒａｄ）と、正対時を１とした場合のスポット径Ｄ’の倍率との関係を示す。正対時の回転角θを０とする。図１０に示すように、スポット径Ｄ’の倍率は、正対時で１であり、回転角θが０からマイナス方向又はプラス方向に変化すると、その変化の大きさに応じてスポット径Ｄ’の倍率も増大する。したがって、不可視レーザ光を照射した状態でアレイセンサ３１を一定角で段階的に回転させながら(-30mrad、-20mrad、-10mrad・・・)、不可視光レーザのスポット径を測定すると、スポット径は図１０に示したように変化する。スポット径が最小となる回転角θを探すことで、不可視レーザ光源１００がアレイセンサ３１と正対する状態を求めることができる。
本実施形態では、不可視レーザ光源１００がアレイセンサ３１と正対する状態を求め、アレイセンサ３１の受光面上のスポットの中心の位置を求めることで、不可視レーザ光の光路を決定する。
【００３２】
図１１に、光路測定再現の一手順を示す。
図１１に示すように、まず、光路計算部６１が、モータ部４ａを駆動してアレイセンサ３１を一定角で段階的に回転させ(回転θＹＺ)、段階毎に、アレイセンサ３１の出力（アレイセンサデータ）に基づいてスポット径を測定する。そして、光路計算部６１が、各段階の計測結果に基づいて、スポット径が最小となる回転角θ１を求め、モータ部４ａの角度を回転角θ１で保持させる（ステップＳ１０）。
【００３３】
次に、光路計算部６１が、モータ部４ｂを駆動してアレイセンサ３１を一定角で段階的に回転させ(回転θＸＹ)、段階毎に、アレイセンサ３１の出力（アレイセンサデータ）に基づいてスポット径を測定する。そして、光路計算部６１が、各段階の計測結果に基づいて、スポット径が最小となる回転角θ２を求め、モータ部４ａの角度を回転角θ２で保持させる（ステップＳ１１）。この時点で、アレイセンサ３１の受光面と不可視レーザ光の光軸とが直交する（正対状態）。
次に、光路計算部６１が、正対状態で保持されたアレイセンサ３１の受光面上のスポットの中心座標を計算する（ステップＳ１２）。具体的には、光路計算部６１は、図８に示した不可視レーザ光のスポットの中心位置、すなわちＤ/２、ｄ/２となる画素の中心の座標を計算する。
【００３４】
次に、光路再現処理部６２が、ステップＳ１２で計算した不可視レーザ光の中心座標と、可視光源３２の光軸中心の座標とが一致するように、図３に示した移動台３３ａ、３３ｂを駆動して可視光源３２を移動させる（ステップＳ１３）。例えば、移動台３３ｂを駆動することで、図１２に示すように、可視光源３２を上下方向に移動させる。これにより、上限方向については、不可視レーザ光の光軸と可視光源３２の光軸とを一致させることができる。同様に、左右方向については、移動台３３ａを駆動することで、不可視レーザ光の光軸と可視光源３２の光軸とを一致させることができる。
最後に、光路再現処理部６２が、ステップＳ１３で設定した可視光源３２の位置を保持したまま、可視光源３２から可視光レーザを射出させる（ステップＳ１４）。
【００３５】
上述した処理において、ステップＳ１０〜Ｓ１２の処理が、不可視レーザ光の光路測定処理であり、ステップＳ１３〜Ｓ１４の処理が、不可視レーザ光の光路を可視レーザ光で再現する光路再現処理である。
ここで、不可視レーザ光のスポットの中心座標の計算方法について、詳細に説明する。
図１３及び図１４に、アレイセンサ３１の受光面上における、不可視レーザ光のスポットの中心座標と可視レーザ光の光軸との位置関係を模式的に示す。図１３は、アレイセンサ３１の受光面を正面から見た図であり、図１４は、アレイセンサ３１の受光面を斜め方向から見た図である。
【００３６】
支持板３０の支持面を２次元の座標系で表わし、支持面の左上角に、原点となる座標値（０,０）を設定する。可視光源３２の光軸中心の支持面上の位置を初期座標値（Ｐ０,Ｑ０）とし、この初期座標値（Ｐ０,Ｑ０）が予め演算部６に格納されている。
【００３７】
不可視レーザ光のスポットの中心ｏの座標を（ｐ,ｑ）とすると、
【数１】
2018163245.tif 000003
と表される。ここで、ｒは、アレイセンサ３１の上端（具体的には、パッケージ部の上端）からアレイセンサ３１の有効画素領域の上端までの距離を示す。ｓは、アレイセンサ３１の有効画素領域の上端から不可視光レーザのスポットの中心ｏまでの距離を示す。すなわち、ｓ＝［有効画素領域の上端からスポットの中心ｏまでの画素数］×［［画素ピッチ］＋［画素間隔］］で与えられる。ここで、画素間隔は、隣接する画素の間隔である。
【００３８】
ｕは、アレイセンサ３１の左端（具体的には、パッケージ部の左端）からアレイセンサ３１の有効画素領域の左端までの距離を示す。ｖは、アレイセンサ３１の有効画素領域の左端から不可視光レーザのスポットの中心ｏまでの距離を示す。すなわち、ｕ＝［有効画素領域の左端からスポットの中心ｏまでの画素数］×［［画素ピッチ］＋［画素間隔］］で与えられる。
ｔは、支持板３０の左端からアレイセンサ３１の左端（パッケージ部の左端）までの距離を示す。ｗは、支持板３０の上端からアレイセンサ３１の上端（パッケージ部の上端）までの距離を示す。
【００３９】
上記式（１）及び式（２）に基づき、不可視レーザ光のスポット中心ｏの座標（ｐ,ｑ）を算出する。そして、算出した座標（ｐ,ｑ）と初期座標（Ｐ０，Ｑ０）との差分を計算し、その差分に基づいて、可視光源３２の光軸中心の座標が座標（ｐ,ｑ）ろ一致するように可視光源３２を移動させる。
以上の処理により、不可視レーザ光の光軸と可視光源３２の光軸とが一致するので、不可視レーザ光の光路を可視光源３２からの可視レーザ光で再現することができる。
【００４０】
なお、アレイセンサ３１で検出可能なスポット径の変化分解能は、アレイセンサ３１の画素ピッチ(＝Ｐ)で決まる。最小分解能θｍｉｎは、以下の式（３）で与えられる。
【数２】
2018163245.tif 000004
本実施形態のボアサイト調整用装置によれば、取付け部８をレーザ測遠器の送光窓に取り付け、送光窓から射出した不可視レーザ光を筐体２ａ内に誘導する。筐体２ａ内に誘導した不可視レーザ光は、アレイセンサ３１に照射される。不可視レーザ光は筺体２ａ外に漏れることはない。よって、不可視光レーザで網膜等を損傷するといった人体への影響を抑制することができる。
【００４１】
また、光路計算部６１は、アレイセンサ３１を用いて、不可視レーザ光がアレイセンサ３１の受光面に垂直に入射した状態（正対状態）を正確に検出することができるので、不可視レーザ光の光路を高精度に測定することができる。
さらに、可視光源３２の光軸は不可視レーザ光がアレイセンサ３１の受光面に垂直であり、光路再現処理部６２は、可視光源３２の光軸を不可視レーザ光のスポットの中心位置に正確に合わせることができる。よって、不可視レーザ光の光路を可視レーザ光で高精度に再現することができる。
【００４２】
また、不可視レーザ光に代えて可視レーザ光を用いてボアサイト調整を行うことで、使用者は、可視レーザ光を視認することができるので、誤って、レーザ測遠器の送光窓を覗き込むといった行為を抑制することができる。
本実施形態のボアサイト調整用装置において、光路計算部６１、姿勢制御部４及びアレイセンサ３１から構成される部分を光路測定部と呼ぶことができる。光路再現処理部６２、可視光源３２及び移動台３３から構成される部分を光路再現部と呼ぶことができる。
【００４３】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態によるボアサイト調整用装置は、光路測定再現部材及び姿勢制御部の構成が異なり、回転角θ１、θ２の測定方法が異なること以外は、第１の実施形態によるボアサイト調整用装置と同様の構成である。
【００４４】
図１５に、本発明の第２の実施形態によるボアサイト調整用装置に用いられる光路測定再現部材３’及び姿勢制御部４’の構成を示す。
光路測定再現部材３’は、２軸角度検出センサ３４を備える以外は、第１の実施形態で説明した光路測定再現部材３と同様の構造である。２軸角度検出センサ３４は、例えば、２軸の加速度センサで構成される。
【００４５】
姿勢制御部４’は、モータ部４ａに代えて、エンコーダ付きのラックアンドピニオン機構４０を有する以外は、第１の実施形態で説明した姿勢制御部４と同様の構造である。ラックアンドピニオン機構４０は、小口径の円形歯車であるピニオン部４１と、直線状に歯切りをしたラック部４２とを備え、ラック部４２が直線的に往復運動する。ラック部４２が直動することで、ピニオン部４１が回転する。ピニオン部４１は、光路測定再現部材３’を支持したモータ部４ｂの筺体を、回転角θ１方向に回転可能に支持している。ピニオン部４１が回転することで、光路測定再現部材３’を回転角θ１の方向に回転させることができる。
【００４６】
不可視光レーザがθ１の回転角で傾いている場合、θＹＺ＝θ１のとき、Ｄ＝Ｄ’となる。−６０°＜θＹＺ＋θ１＜６０°の範囲で、かつ、アレイセンサ３１の受光面に不可視レーザ光のスポット全体が収まる場合、スポット径は、θＹＺ＝θ１の値を中心に、プラス側及びマイナス側ともに同じ変化を示す。すなわち、スポット径は、θＹＺ＝θ１の値を中心に、左右対称の変化を示す。θＸＹにおいても、同様のことが言える。本実施形態では、この特性を利用して、回転角θ１及びθ２の測定方法を行う。
【００４７】
以下、回転角θ１及びθ２の測定方法について、具体的に説明する。
図１６は、回転角θ１及びθ２の一測定手順を示すフローチャートである。
図１６を参照すると、光路計算部６１が、θ１＝０ｍｒａｄと仮定して、θＹＺ（１）＝２０ｍｒａｄ、θＹＺ（２）＝−２０ｍｒａｄの時のスポット径を測定する（ステップＳ２０）。ここで、θＹＺ（１）、θＹＺ（２）は任意の値であり、θＹＺ＝０を中心とする対称値である。
【００４８】
次に、光路計算部６１が、θＹＺ（１）＝｜θＹＺ（２）｜か否かを判定する（ステップＳ２１）。ステップＳ２１の判定結果が「Ｙｅｓ」である場合、光路計算部６１は、θ１＝０ｍｒａｄを設定する（ステップＳ２２）。例えば、図１７Ａに示すように、θＹＺ（１）＝２０ｍｒａｄ、かつ、θＹＺ（２）＝−２０ｍｒａｄである場合に、θ１＝０ｍｒａｄを設定する。
ステップＳ２１の判定結果が「Ｎｏ」である場合、光路計算部６１は、θＹＺ（１）＜｜θＹＺ（２）｜か否かを判定する（ステップＳ２３）。ステップＳ２３の判定結果が「Ｙｅｓ」である場合、光路計算部６１は、図１７Ｂに示すように、θＹＺ（２）の回転角を０ｒｍａｄに近付けていき（−２０、−１０・・・）、θＹＺ（２）’＝θＹＺ（１）となる回転角θＹＺ（２）’を探す（ステップＳ２４）。そして、光路計算部６１は、θ１＝θＹＺ（１）−（θＹＺ（１）＋｜θＹＺ（２）’｜）／２を設定する（ステップＳ２５）。
【００４９】
ステップＳ２３の判定結果が「Ｎｏ」である場合、光路計算部６１は、図１７Ｃに示すように、θＹＺ（２）の回転角を０ｒｍａｄに近付けていき（２０、１０・・・）、θＹＺ（１）’＝θＹＺ（２）となる回転角θＹＺ（１）’を探す（ステップＳ２６）。そして、光路計算部６１は、θ１＝θＹＺ（１）’−（θＹＺ（１）’＋｜θＹＺ（２）｜）／２を設定する（ステップＳ２７）。
【００５０】
以上のステップＳ２０〜Ｓ２７の処理により、回転角θＹＺについての正対時の角度θ１を算出することができる。これと同様の処理で、回転角θＸＹについての正対時の角度θ２を算出することができる。なお、θＹＺ（１）＝２０ｍｒａｄ、かつ、θＹＺ（２）＝−２０ｍｒａｄの条件で、正対時の角度θ１が見つからない場合は、さらに、θＹＺ（１）とθＹＺ（２）の範囲を広げてθ１の検索を行う（回転角θＸＹについても同様である。）。
正対時の角度θ１、θ２の決定以外は、第１の実施形態で説明した光路測定再現の処理（図１１）と同様の処理が行われる。
本実施形態のボアサイト調整用装置においても、第１の実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００５１】
（第３の実施形態）
図１８は、本発明の第３の実施形態によるボアサイト調整用装置の構成を示すブロック図である。
図１８を参照すると、ボアサイト調整用装置７０は、不可視レーザ光を射出する送光窓に取り付けられる。ボアサイト調整用装置７０は、光路測定部７１及び光路再現部７２を有する。
【００５２】
光路測定部７１は、送光窓から射出した不可視レーザ光を受光する、アレイ状に設けられた複数の光センサからなるアレイセンサ７１ａを備え、アレイセンサ７１ａの出力値に基づいて不可視レーザ光の光路を算出する。
光路再現部７２は、光路測定部７１で算出した不可視レーザ光の光路を可視レーザ光で再現する。
本実施形態のボアサイト調整用装置においても、上述した第１および第２の実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００５３】
本実施形態において、光路再現部７２は、アレイセンサ７１ａと一体的に設けられた可視光源を備えていても良い。可視光源は、アレイセンサ７１ａの受光面の面内方向に２次元的に移動可能に構成され、可視光源の光軸は受光面に垂直である。
また、光路測定部７１は、支持板、第１及び第２の回転部、及び光路計算部、を有していても良い。支持板は、第１の面と該第１の面とは反対側の面である第２の面とを備え、アレイセンサ７１ａが第１の面に設けられ、可視光源が第２の面に設けられる。第１の回転部は、支持板を第１の軸周りに回転する。第２の回転部は、支持板を第１の軸と直交する第２の軸周りに回転する。光路計算部は、第１および第２の回転部の回転動作を制御し、アレイセンサ７１ａの出力値に基づいて受光面上の不可視レーザ光のスポット径を算出する。
【００５４】
上記の場合、光路計算部は、第１の回転部の回転角を段階的に変化させ、段階毎に、スポット径を計測し、該計測値が最も小さな第１の回転角を取得する。さらに、光路計算部は、第２の回転部の回転角を段階的に変化させ、段階毎に、スポット径を計測し、該計測値が最も小さな第２の回転角を取得する。そして、光路計算部は、第１および第２の回転角に第１および第２の回転部を設定する。
さらに、光路再現部７２は、上記第２の面に設けられた第１及び移動部と、光路再現処理部とを有していても良い。第１の移動部は、可視光源を第１の方向に往復移動する。第２の移動部は、可視光源を第１の方向と直交する第２の方向に往復移動する。光路再現処理部は、第１及び第２の回転角に第１及び第２の回転部を設定した状態で、アレイセンサ７１ａの出力値に基づいて、上記スポット径の中心位置を取得し、該中心位置と可視光源の光軸とが一致するように、第１及び第２の移動部を制御する。
【００５５】
また、本実施形態のボアサイト調整用装置において、不可視レーザ光の光路上に光量を減衰する減衰フィルタを設けても良い。また、不可視レーザ光の光路上に絞りを設けても良い。また、可視レーザ光を射出する窓に、不可視レーザ光をカットするカットフィルタを設けても良い。
【００５６】
（ボアサイト調整）
次に、本発明のボアサイト調整用装置を用いたボアサイト調整について説明する。
図１９に、レーザ測遠器の一例を示す。図１９に示すように、レーザ測遠器２００は、不可視レーザ光源２０１を収容した筺体を備え、筺体の側面に、送光窓２０３及び受光窓２０４を備え、筺体の上部に、視準装置２０２が設けられている。筺体には、３軸方向に調整可能な調整機構が設けられている。
【００５７】
不可視レーザ光源２０１が不可視レーザ光を出力し、不可視レーザ光は、送光窓２０３から測定対象２０５に向けて射出される。測定対象２０５からの反射光である不可視レーザ光は、受光部２０４を介して受光される。
ボアサイト調整を行う場合は、図２０に示すように、測定対象２０５に代えて、目標板２０６を配置する。図２１に、視準装置２０２の視野と目標板２０６の正面視を模式的に示す。
【００５８】
図２１に示すように、目標板２０６には、不可視光レーザ合わせ用十字マーク２０７と、ボアサイト調整用十字マーク２０８が設けられている。調整機構を用いて、不可視レーザ光の照射位置を十字マーク２０７に合わせ、視野２０５の十字マークを十字マーク２０８に合わせることで、ボアサイト調整を行う。
図２２に、本発明のボアサイト調整用装置をレーザ測遠器に取り付けた状態を示す。図２２に示すように、ボアサイト調整用装置３００をレーザ測遠器２００の送光窓２０３に取り付ける。ボアサイト調整用装置３００は、上述した第１乃至第３の実施形態のいずれかのボアサイト調整用装置である。
【００５９】
ボアサイト調整用装置３００では、送光窓２０３から射出した不可視レーザ光の光路が可視レーザ光で再現される。ボアサイト調整用装置３００から可視レーザ光が射出される。調整機構を用いて、可視レーザ光の照射位置を十字マーク２０７に合わせ、視野２０５の十字マークを十字マーク２０８に合わせることで、ボアサイト調整を行う。
【００６０】
以上説明した各実施形態のボアサイト調整用装置は、いずれも本発明の一例であり、その構成及び動作については、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者が理解し得る変更又は改善を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、レーザ測遠器等のレーザ測距計だけでなく、不可視レーザ光を使用する装置全般に使用することができる。例えば、本発明は、レーザ通信装置やレーザ加工装置などに使用することができる。
【符号の説明】
【００６２】
７０  ボアサイト調整用装置
７１  光路測定部
７１ａ  アレイセンサ
７２  光路再現部
【図１】
2018163245.tif 000005
【図２】
2018163245.tif 000006
【図３】
2018163245.tif 000007
【図４】
2018163245.tif 000008
【図５】
2018163245.tif 000009
【図６】
2018163245.tif 000010
【図７Ａ】
2018163245.tif 000011
【図７Ｂ】
2018163245.tif 000012
【図８】
2018163245.tif 000013
【図９】
2018163245.tif 000014
【図１０】
2018163245.tif 000015
【図１１】
2018163245.tif 000016
【図１２】
2018163245.tif 000017
【図１３】
2018163245.tif 000018
【図１４】
2018163245.tif 000019
【図１５】
2018163245.tif 000020
【図１６】
2018163245.tif 000021
【図１７Ａ】
2018163245.tif 000022
【図１７Ｂ】
2018163245.tif 000023
【図１７Ｃ】
2018163245.tif 000024
【図１８】
2018163245.tif 000025
【図１９】
2018163245.tif 000026
【図２０】
2018163245.tif 000027
【図２１】
2018163245.tif 000028
【図２２】
2018163245.tif 000029