(57)【要約】【課題】校正作業を一部自動化し、移動する目標を用いても簡易に校正作業を実施することのできるビーム光照射装置を提供する。【解決手段】切替スイッチ１０により、４象限検知器８の出力に基づく追尾制御系９の駆動信号を可動プラットフォーム７とＸ−Ｙステージ１１とに切り替え出力し、これにより可動プラットフォーム７を位置決め制御するための追尾ループと、４象限検知器８を位置決め制御するための追尾ループとを形成する。そして、送信光学系２，５、および受信光学系６の光軸方向と、受信光学系６および４象限検知器８の位置関係とをそれぞれ個別に最適化するようにした。【選択図】    図１
2004227302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動プラットフォームと、
この可動プラットフォームに取り付けられ目標にビーム光を照射する第１の送信光学系と、
前記可動プラットフォームに取り付けられ前記目標に照準光を照射する第２の送信光学系と、
前記可動プラットフォームに取り付けられ前記目標により反射される前記照準光の反射光が入射される受信光学系と、
前記可動プラットフォームと異なる可動ステージと、
この可動ステージに取り付けられ前記受信光学系に入射される光の光軸位置を検知する光軸位置検知手段と、
この光軸位置検知手段による光軸位置の検知結果に基づき前記可動プラットフォームと前記可動ステージとを切り替え駆動し、前記受信光学系の光軸方向と、前記受信光学系および前記光軸位置検知手段の位置関係とをそれぞれ最適化する制御手段とを具備することを特徴とするビーム光照射装置。
【請求項２】
さらに、与えられる駆動信号に基づき前記可動ステージをそれぞれ異なる軸方向に駆動する第１および第２の駆動手段を具備することを特徴とする請求項１に記載のビーム光照射装置。
【請求項３】
前記光軸位置検知手段は、入射光光軸の周囲に配置される第１乃至第４の受光素子を備える４象限検知器であり、
前記制御手段は、
前記第１および第４の受光素子の光電変換出力の和と前記第２および第３の受光素子の光電変換出力の和との差に相当する信号を生成して前記第１の駆動手段に与えると共に、前記第１および第２の受光素子の光電変換出力の和と前記第３および第４の受光素子の光電変換出力の和との差に相当する信号を生成して前記第２の駆動手段に与える信号生成手段を備えることを特徴とする請求項２に記載のビーム光照射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばレーザ照射器などのビーム光照射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ照射器や射撃装置などは、遠方の目標を正確に捕らえるために照準装置と併用されることが多い。照準装置としては、小出力の照準用レーザ光を目標に照射し、その反射光をモニタして送信および受信光軸を位置決めする方式のものが一般的である。
【０００３】
照準装置を使用するには、事前の校正が必要である。例えばレーザ照射器においては、ビーム光としての主レーザ光が目標に照射されている状態で照準光としての照準用レーザ光を目標に当て、その状態で照準用レーザ光の反射光を４象限検知器などの位置検出器で検出する。そして、照準用レーザ光の反射光の位置が位置検出器の中心になるように位置検出器の位置を手動で調整する。
【０００４】
このように校正作業時においては、主レーザ送信光軸と、照準用レーザ送信光軸と、照準用レーザ受信光軸との３つの軸を一致させる必要がある。現実の作業時においては、３つの軸を一致させた後に再度主レーザ送信光軸を調整する必要が生じることが多々ある。よって、そのたびに照準装置の位置決め作業を繰り返す必要があり、非常に煩雑な手間を要する。
【０００５】
また、船などの移動する目標を用いる場合には、主レーザ光の照射方向が移動するために照準用レーザ光の光軸もそれにつれて動く。このため、照準用レーザ光の位置合わせを手動で行うことは困難である。
【０００６】
なお本発明に関連する技術を開示する文献に、下記の特許文献１がある。この文献には、４象限検知器を用いて光ビームを追尾する光ビーム追尾機構が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１−２５２１８号公報（特公平７−１５６４４号公報）（第５コラム〜第６コラム、第２図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の照準装置は、校正を繰り返す作業が非常に煩雑で、手動操作のため移動目標を用いて校正することが不可能であった。
【０００９】
本発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、校正作業を一部自動化し、移動する目標を用いても簡易に校正作業を実施することのできるビーム光照射装置を提供することにある。
【００１０】
【課題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、可動プラットフォーム（ジンバル機構など）と、この可動プラットフォームに取り付けられ目標にビーム光を照射する第１の送信光学系と、前記可動プラットフォームに取り付けられ前記目標に照準光を照射する第２の送信光学系と、前記可動プラットフォームに取り付けられ前記目標により反射される前記照準光の反射光が入射される受信光学系と、前記可動プラットフォームと異なる可動ステージ（Ｘ−Ｙステージなど）と、この可動ステージに取り付けられ前記受信光学系に入射される光の光軸位置を検知する光軸位置検知手段（４象限検知器など）と、この光軸位置検知手段による光軸位置の検知結果に基づき前記可動プラットフォームと前記可動ステージとを切り替え駆動し、前記受信光学系の光軸方向と、前記受信光学系および前記光軸位置検知手段の位置関係とをそれぞれ最適化する制御手段（追尾制御系など）とを具備することを特徴とする。
【００１１】
このような手段を講じたことにより、可動プラットフォームと可動ステージとは、それぞれ個別に駆動制御される。すなわち、目標の移動につれ主レーザ光の照射方向が変化したとしても、照準装置に使用される光軸位置検知手段は可動ステージと共に位置決め駆動され、その光軸は最適な位置に自動的に制御される。これにより使用者の煩雑な手間を省くことができ、移動する目標を用いても簡易に校正作業を実施することが可能になる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明に係わるビーム光照射装置の実施の形態を示す機能ブロック図である。図１において主レーザ発振器１が出力する主レーザ光は、送信光学系２を介して目標となる船などの物体３に照射される。照準用レーザ発振器４が出力する照準用レーザ光は、送信光学系５を介して物体３に照射される。主レーザ光の物体３からの反射光、および照準用レーザ光の物体３からの反射光はいずれも受信光学系６を介して４象限検知器８に入射される。送信光学系２，５および受信光学系６は、駆動信号のもとで２軸方向に動作可能なジンバル機構などの可動プラットフォーム７にいずれも取り付けられる。
【００１４】
４象限検知器８は受信光学系６に入射される光の光軸位置を検知し、その結果を追尾制御系９に入力する。追尾制御系９は４象限検知器８による光軸位置の検知結果に基づき駆動信号を生成する。この駆動信号は切替スイッチ１０を介して可動プラットフォーム７、または４象限検知器８の取り付けられるＸ−Ｙステージ（図示せず）のいずれかに、通常動作時と校正作業時、または、例えば一定周期ごとに時分割的に切り替え出力される。
【００１５】
本実施形態では、４象限検知器８の出力信号を追尾制御系９に与え、４象限検知器８の各象限に反射光を均等に入射すべく追尾ループを構成する。この追尾ループにより可動プラットフォーム７またはＸ−Ｙステージを駆動し、受信光の入射光軸を自動的に最適化する。
【００１６】
図２は、図１の４象限検知器８のより詳細な構成を示す回路図である。この４象限検知器８は、可動プラットフォーム７とは独立に駆動することのできるＸ−Ｙステージ１１に取り付けられる。４象限検知器８への入射光は、Ｘ−Ｙステージ１１にほぼ垂直な方向（Ｚ軸方向）から導かれる。
【００１７】
４象限検知器８は、Ｘ−Ｙ平面上の各象限にそれぞれ受光素子Ａ〜Ｄを備える。各受光素子Ａ〜Ｄからの光電変換出力信号をそれぞれａ〜ｄと表記する。受光素子Ａ，Ｃからの信号ａ，ｃは加算増幅器１４に入力され加算される。受光素子Ｂ，Ｄからの信号ｂ，ｄは加算増幅器１４に入力され加算される。受光素子Ａ，Ｂからの信号ａ，ｂは加算増幅器１７に入力され加算される。受光素子Ｃ，Ｄからの信号ｃ，ｄは加算増幅器１８に入力され加算される。
【００１８】
加算増幅器１４，１５の加算出力は差動増幅器１６に与えられ、その差に相当する駆動信号がＸ軸校正用駆動モータ１２に与えられる。これにより、受光素子Ａ，Ｃからなる列と受光素子Ｂ，Ｄからなる列との中央に入射光の光軸方向が位置するように、Ｘ−Ｙステージ１１の向きがＸ軸方向に関して自動調整される。
【００１９】
同様に、加算増幅器１７，１８の加算出力は差動増幅器１９に与えられ、その差に相当する駆動信号がＹ軸校正用駆動モータ１３に与えられる。これにより、受光素子Ａ，Ｂからなる行と受光素子Ｃ，Ｄからなる行との中央に入射光の光軸方向が位置するように、Ｘ−Ｙステージ１１の向きがＹ軸方向に関して自動調整される。
【００２０】
図２において、Ｘ軸校正用駆動モータ１２への駆動信号は、このモータ１２の特性による比例定数をＫ１として次式（１）で表される。
【００２１】
Ｋ１［（ａ＋ｃ）−（ｂ＋ｄ）］・・・（１）
同様にＹ軸校正用駆動モータ１３への駆動信号は、このモータ１３の特性による比例定数をＫ２として次式（２）で表される。
【００２２】
Ｋ２［（ａ＋ｂ）−（ｃ＋ｄ）］・・・（２）
このように各モータ１２，１３に駆動信号が与えられることで、受信光学系６を介して入射される光軸が受光素子Ａ〜Ｄの中央すなわち原点近傍に位置するように、４象限検知器８の向きが自動調整される。
【００２３】
図３は、比較のため従来のレーザ照射装置の構成を示す機能ブロック図である。図３において、受信光学系６を介して入射される反射光の光軸は４象限検知器８により計測され、その結果に応じて可動プラットフォーム７が駆動される。このように、従来では４象限検知器８の出力に基づく追尾ループが可動プラットフォームを駆動するためにのみ形成されているに過ぎない。よって、校正作業時に主レーザ光の送信軸の光軸を合わせるために可動プラットフォーム７の向きを変更すると、そのたびに４象限検知器８の光軸をマイクロメータなどを用いて調整する必要があり、非常に煩雑な手間を要する。
【００２４】
これに対し本実施形態では、切替スイッチ１０により、４象限検知器８の出力に基づく追尾制御系９の駆動信号を可動プラットフォーム７とＸ−Ｙステージ１１とに切り替え出力し、これにより可動プラットフォーム７を位置決め制御するための追尾ループと、４象限検知器８を位置決め制御するための追尾ループとを形成する。そして、送信光学系２，５、および受信光学系６の光軸方向と、受信光学系６および４象限検知器８の位置関係とをそれぞれ個別に最適化するようにしている。
【００２５】
このようにしたので、図１のビーム光照射装置に、いわば物体を追尾するための第１の動作モードと、４象限検知器８を自動的に位置決めするための第２の動作モードとを持たせることができるようになる。これにより受信用光軸調整が繰り返されても第２の動作モードで自動的に校正することができる。また移動する物体３を追尾するために第１の動作モードにおいて可動プラットフォーム７の向きが変化した場合でも、第２の動作モードにおいて４象限検知器８の光軸が自動的に最適化される。しかもこれらの動作モードは周期的に繰り返され、その周期を物体３の移動速度似合わせて適応的に制御することで物体３からの反射光を常時捕捉することができるようになり、自動制御過程において物体３を見失うこと（ロスト）を防止することもできる。これらのことから、移動する目標を用いても校正作業を簡易に実施することが可能になる。
【００２６】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば本実施形態では一つの追尾ループを構成する追尾制御系９の出力を切替スイッチ１０により切り替え、可動プラットフォーム７とＸ−Ｙステージとを個別に位置決め制御するようにした。これに代えて、可動プラットフォーム７とＸ−Ｙステージ１１とにそれぞれ追尾制御系を設け、それぞれを個別に位置決め制御するようにしても良い。このほか、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形実施を行うことができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上詳しく述べたように本発明によれば、校正作業を一部自動化でき、移動する目標を用いても簡易に校正作業を実施することのできるビーム光照射装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるビーム光照射装置の実施の形態を示す機能ブロック図。
【図２】図１の４象限検知器８のより詳細な構成を示す回路図。
【図３】比較のため従来のレーザ照射装置の構成を示す機能ブロック図。
【符号の説明】
Ａ〜Ｄ…受光素子、１…主レーザ発振器、２，５…送信光学系、３…物体、４…照準用レーザ発振器、６…受信光学系、７…可動プラットフォーム、８…４象限検知器、９…追尾制御系、１０…切替スイッチ、１１…Ｘ−Ｙステージ、１２…Ｘ軸校正用駆動モータ、１３…Ｙ軸校正用駆動モータ、１４，１５，１７，１８…加算増幅器、１６，１９…差動増幅器
【図１】
2004227302.tif 000003
【図２】
2004227302.tif 000004
【図３】
2004227302.tif 000005