(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有害なレーザのビームを伝送させる装置であって、該装置は、
該有害なレーザのビームと眼に対し安全なレーザのビームを発生させる手段、
該ビームの各々を、実質的に平行な、少なくとも部分的に一致するかまたは密接に近接する個別の通路に沿って指向させ、それにより対象物に有害なビームが入射される直前に眼に対し安全なビームの通路を横断するようにする手段、および、
該眼に対し安全なビームの該通路における該眼に対し安全なビームの対象物による反射を検出し、該眼に対し安全なビームの予め定められた反射に応答して該有害なビームの伝送を停止させる手段、
を具備する装置。
【請求項２】
該眼に対し安全なビームの通路は、断面において、該有害なビームの通路に隣接する１つの区分を包含する、請求の範囲１記載の装置。
【請求項３】
該区分は、該有害なビームの通路を少なくとも部分的に包囲する、請求項２記載の装置。
【請求項４】
該区分は、該有害なビームの通路を全体的に包囲ししたがって被覆する、請求の範囲２記載の装置。
【請求項５】
該有害なビームと該眼に対し安全なビームは、少なくとも部分的に一致しており、該有害なビームはパルス状であり、該眼に対し安全なビームの反射は、該パルスの間で、該有害なビームの通路へ指向される、請求の範囲１記載の装置。
【請求項６】
該有害なビームは、パルス状のレーザビームである、請求の範囲１〜４のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
該眼に対し安全なビームは、パルス状のレーザビームである、請求の範囲１〜６のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
該有害なビームと該眼に対し安全なビームは、個別のレーザ反射源により発生させられる、請求の範囲１〜７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
該有害なビームと該眼に対し安全なビームは、同じレーザ放射源により発生させられ、該眼に対し安全なビームは該有害なビームの一部から発生させられる、請求の範囲１〜７のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
有害なレーザのビームを伝送する方法であって、該方法は、該有害なレーザのビームと眼に対し安全なレーザのビームを発生させる段階、
該ビームを、実質的に平行な、少なくとも部分的に一致するかまたは密接に近接する個別に予め定められた通路に沿って指向させ、それにより対象物に有害なビームが入射される直前に眼に対し安全なビームの通路を横断するようにする段階、および、
該眼に対し安全なビームの該通路における該眼に対し安全なビームの対象物による反射を検出し、該眼に対し安全なビームの予め定められた擾乱に応答して該有害なビームの伝送を停止させる段階、
を具備する方法。
【請求項１１】
該眼に対し安全なビームの通路は、断面において該有害なビームの通路に近接する１つの区分を包含する、請求の範囲10記載の方法。
【請求項１２】
該区分は、該有害なビームの通路を少なくとも部分的に包囲する、請求の範囲11記載の方法。
【請求項１３】
該区分は、該有害なビームの通路を全体的に包囲ししたがって被覆する、請求の範囲11記載の方法。
【請求項１４】
該有害なビームと該眼に対し安全なビームの通路は少なくとも部分的に一致しており、該有害なビームはパルス状であり、該眼に対し安全なビームは、該パルスの間で、有害なビームの通路へ指向される、請求の範囲10記載の方法。
【請求項１５】
該有害なビームはパルス状のレーザビームである、請求の範囲10〜13のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
該眼に対し安全なビームはパルス状のレーザビームである、請求の範囲10〜15のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
該有害なビームと該眼に対し安全なビームは、個別のレーザ反射源により発生させられる、請求の範囲10〜16のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
該有害なビームと該眼に対し安全なビームは、同じレーザ放射源により発生させられ、該眼に対し安全なビームは該有害なビームの一部から発生させられる、請求の範囲10〜16のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は有害な電磁的ビームの伝送に関し、それに限られるわけではないが、特に、有害なビーム、例えば眼に対し安全ではないレーザビームの伝送へ応用することができるものである。
背景技術
人間により、たとえ連続的にではなくても、使用されまたは通過される空間を通して連続波（CW）またはパルス状のレーザビームを伝送させることが必要であるかまたは希望されることがしばしばある。このレーザビームが、眼またはその他の器官に対する、人間についての照射の安全水準を超過すると、レーザビームの伝送は空間に対し深刻な害悪をもたらし、この害悪はレーザビームの通路を偶然横断する人間に傷害を生じさせる可能性がある。他の対象物についても同様の考慮が適用され得るのであり、該他の対象物は例えば、レーザビームが有害なものであるところの動物であろう。
過去におけるこの課題への１つの対策は、害悪を源において回避することであり、すなわち、特定の応用について眼に対して安全なレーザを採用することによるものである。これは、エネルギまたはパワーの出力を安全水準に維持するか、または、眼に対して安全な波長、例えば1.5μｍないし1.6μｍ、を用いることにより達成された。この対策が満足なものでない場合は、共同的に方向づけられるレーダのシステムを用いることが知られており、該レーダのシステムは電磁波の通路における人間またはその他の対象物を検出し、検出された場合に伝送を停止するものである。
発明の開示
多くの場合にこれらの技術を用いることができないことがあり、したがって本発明の一つの目的は、有害な電磁波ビームを安全に伝送する代替の技術を提供することにある。
本発明は、非有害の放射の、被覆または障壁のビームを提供する構想にもとづいており、該ビームは、ビームが有害なビームへまで貫通することができるより前に対象物を検出するために用いられる。好適な配置においては、非有害の放射は、有害なビームを全体的に包囲し被覆し、そのとき該有害なビームは被覆された放射のなかの、または中心の、保護された心部になる。
したがって本発明は、第１の観点において、有害な電磁波のビームを伝送させる装置を提供し、該装置は、該有害なビームと有害でない電磁波ビームを発生させる手段、該ビームの各々を、実質的に平行な、少なくとも部分的に共同入射するかまたは密接に近接する、個別の通路に沿って検出し、それにより対象物が、有害でないビームの通路を、有害なビームで入射される直前に横断するよう指向させる手段、および、対象物による非有害ビームの擾乱を検出し、該有害でないビームの予め定められた擾乱に応答して該有害なビームの伝送を停止させそれにより該有害なビームにより生ずる害を消滅させるかまたは実質的に減少させるようにする、手段、を具備する。
本発明は、他の観点において、有害な電磁波ビームを伝送させる方法を提供し、該方法は、該有害なビームと非有害な電磁波ビームを発生させる段階、該ビームを、実質的に平行な、少なくとも部分的に共同入射の、または密接に近接する、予め定められた通路に沿い指向させ、それにより対象物が有害なビームで入射される直前に、非有害なビームの通路を横断するようにする段階、および非有害なビームの対象物による擾乱を検出し、非有害なビームの予め定められた擾乱に応答して該有害なビームの伝送を停止させる段階、を具備する。
特定の応用においては、有害な電磁波ビームはレーザビーム、例えば連続波またはパルス状のレーザビーム、である。そのとき、非有害な電磁波ビームは、好適には、レーザビーム、最も好適にはパルス状のレーザビーム、である。
一つの実施例において、非有害なビームの通路は１つの区分を包含し、該区分は、断面において、有害なビームの通路に隣接している。特別に好適な実施例において、この区分は全体的に包囲し、それにより有害なビームの通路を被覆する。この配置において、有害なビームの通路は、実効的に、非有害なビームの通路と同軸な、またはそのなかにある心部である。
他の一つの実施例において、有害なおよび非有害なビームの通路は、有害なビームがパルス状であることを除き、少なくとも部分的に共同入射のものであり、それにより、非有害なビームの検出された擾乱は、有害なビームの通路のなかで、パルスの間で、発生する可能性がある。
有害なおよび非有害なビームを発生させる手段は、個別のレーザ放射源を具備することが可能である。その代りに、例えば有害なビームを放射する１つのレーザ源と、パラメトリック交換装置のような手段が設けられることが可能であり、該パラメトリック変換装置は、この伝送の一部を受理し、非有害なビーム、例えば、1.5μｍないし1.8μｍの範囲の波長、好適には1.5μｍないし1.6μｍの範囲、例えば1.54μｍの波長のレーザビームを放射することにより応答する手段を具備することが可能である。
非有害なビームは反復速度すなわちパルス周波数及び／又は断面積などのパラメータを有し、非有害なビームの経路を横切る人間又は動物などの対象物に有害なビームが入射される前に、非有害なビームに対する検出可能な所定の擾乱を生じるには、これらのパラメータが特定の応用について期待される時間に適合するように選択される、ことが理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
本発明は、例示のためにのみ示される、添付の図面を参照しつつ、以下にさらに記述される。
第１図は、ビームの形態の好適な断面図であって、眼に対し安全なビームが有害なビームを有する心部を全体的に被覆しているものをあらわし、
第２図は、本発明の一実施例によるレーザ伝送の装置の簡単なブロック線図である。
発明実施の最良の形態
第１図は、本発明の一実施例による装置により発生される簡単なしかし好適なビーム形態をあらわす。複合された電磁波ビーム５は、比較的小なる断面積のレーザビーム10を包含し、該レーザビームは、波長とパワーに関して、眼に対し安全でない程度に有害であり、12で示される眼に対し安全な放射、例えば1.54μｍの放射、を有する実質的により広いレーザビームと同軸状に指向される。したがって眼に対し安全なビームは、環状の断面の区分を包含する１つの通路に沿って指向され、該環状の断面の区分は眼に対し安全でないビーム10を心部において全体的に被覆している。眼に対し安全なビーム12は、被覆用ビームと称することが可能であるが、眼に対し安全でないビームと同軸状でありそれにより眼に対し安全でないビームが眼に対し安全なビームの心部と一致するか、空間において両者は実質的に区別されるか、または、両条件の中間、すなわち幾らか重複するものであるか、のいずれかである。
第２図は、第１図の複合のビームを発生させる１つの光学的配置をあらわす。個別のレーザ源20，22は、眼に対し安全でないビームと眼に対し安全なビーム21，23を発生させる。前者は例えば、1.06μｍにおいて放射するNd：YAGレーザであり、後者は1.54μｍにおいてパルス状の出力を放射するエルビウム添加のガラスレーザーである。これらのビームは、ビーム21についての単純な反射鏡24およびビーム21を伝送しビーム23を反射するダイクロイックミラー26により、併合されて第１図に示される形態の複合のビーム５を形成させる。
この場合における被覆用ビーム12の擾乱の検出は、ダイクロイックミラー26および送出／受理の方向の切換装置27により反射しまたは散乱する信号の適切な光学的検出装置28への復帰により行われる。検出される擾乱の与えられたまたは予め定められた水準において、検出装置28はライン29へ電気的トリガパルスを出力することにより応答する。ライン30におけるレーザ用の共通の電気的発射信号は、眼に対し安全でないレーザ20について、200μｓ遅延装置32により遅延されたライン35上の第１の成分と、ライン36上のフリップフロップ38を経由して指向される第２の成分に分割される。この２つの成分はアンドゲート34において併合され、眼に対し安全でないレーザ20は、検出装置出力ライン29上のトリガパルスがフリップフロップ38をリセットししたがってアンドゲート34を非発射の状態に設定するとき、作動停止させられる。
第２図の形態は、単一の末端をもつ監視作動を必然的にともなうことが了解されるであろう。本発明の原理はもちろん、２つの末端をもつ光学的リンクへ拡張されるのであり、該２つの末端をもつ光学的リンクにおいては、被覆されたビームはリンクの受理側の末端において監視される。この場合に、連続波の被覆用ビームが用いられることができる。
特定の場合への本発明の応用、およびその結果の被覆用ビームのパラメータの選択の幾つかの例が以下に概説される。これらの例は第２図に類似の光学的配置と第１図に示される形式のビーム形態を利用する。パラメータの決定は、波長1.54μｍの被覆用レーザについての従来のレーザレーダの等式に依存する。波長範囲1.5μｍないし1.8μｍの広範な、眼に対し安全な波長範囲にあるレーザまたはこの波長範囲の外にある低エネルギのレーザパルスを包含する任意の眼に対し安全なパルス状レーザで充分であることが、もちろん了解されるであろう。
例１．連続波レーザ伝送をともなう事務所または工場の区域
（ａ）人間の速度＝10ｍ／sec（最大）
（ｂ）被覆の半径方向の厚さ＝0.1ｍ（第１図のパラメータ40）
（ｃ）要求される反復速度＝100Hz（（ａ）÷（ｂ）により）
（ｄ）リンクの長さ＝200ｍ
（ｅ）被覆用パルスのエネルギ＝１mJ（レーザレーダの等式により）
したがって眼に対し安全でないビームは、100Hz／１mJの被覆用システムにより眼に対し安全なものにされることが可能である。このシステムは、200ｍに至るまで99.999％の確率で、または10-5の失敗の確率（PF）で、100mmの寸法の標的を検出することが可能である。眼に対し有害でないビームの擾乱の検出は、検出される対象物によるビームの貫通の前、すなわち対象物が被覆用ビームの0.1ｍの横方向厚さを横方向に横断する前に、心部のレーザを安全に停止させるために用いられる。
５ｍ／ｓの人間の速度（正常な走行）について、失敗の確率（PF）は10-10であるが、それは、２つの連続するパルスの両方が人間を検出することに失敗しなければ検出が失敗しないからである。被覆用ビームの周波数が500Hzに上昇させられると、失敗の確率は10ｍ／ｓの「標的」について10-25へ低下する。
例２．連続波のレーザの伝送をともなう空気の空間
（ａ）航空機の速度＝250ｍ／ｓ（ジェット航空機について）
（ｂ）被覆用の半径方向の厚さ＝0.25ｍ
（ｃ）要求される反復速度＝１KHz
（ｄ）リンクの長さ＝30Km（大気中の傾斜した通路）
（ｅ）被覆用パルスのエネルギ＝50mJ（レーザレーダの等式）
このシステムは、最初の発射の基準に従うと、30KmにおいてわずかにPF＝10％である。しかし、10Km飛行した航空機において、人間の眼を最初のビーム接触として照射することができる。ということは知られていない。人間への照射の前に、航空機が少なくとも１ｍ、ビーム内へ進入してしまっていることが可能である。
４回の発射（１ｍの貫通）におけるPFは10-6であり（それは航空機が被覆用ビームへ進入すると各発射についてのPFは低下するからである）、このことは、射突（すなわちビームの航空機への交差）が低い確率であることと結合されると、合理的な安全の限度を与えるものである。
例３．パルス状のレーザ
パルス状のレーザは、保護することがより簡単でありより容易である。被覆の要求は、単に、心部パルスより前に被覆用パルスを発射することであるが、それは、関心のある対象物（通常は１人の人間または人間を担持する乗物である）で、被覆用パルスにより検出されることなく心部ビームを貫通することができるものはないということである。
この場合において、これら２つのビームを空間的に分離することは必要ではないのであり、但し、被覆用ビームの直径が心部ビームの直径より大であることが好適であることに注意すべきである。
（ａ）航空機速度＝250ｍ／ｓ
（ｂ）心部レーザの周波数＝100Hz
（ｃ）被覆用レーザの周波数＝100Hz（（ｂ）と同じ）
（ｄ）リンクの長さ＝30Km
（ｅ）レーザのタイミングの差＝200μｓ（２つの経路の範囲）
（ｆ）要求される被覆の厚さ＝５cm（（ａ）×（ｅ））
（ｇ）被覆用パルスのエネルギ＝50mJ
この例のシステムのPFは30Kmにおける発射につき10％（10-1）である。被覆の厚さが20cmへ増大され、エネルギが100mJへ増大されると、PFは、最大の範囲で、3.6×10-7へ低下する。
本明細書を通じて、文脈がそれ以外のことを要求していない限り、用語「具備する（複数形）」またはその変形例えば「具備する（単数形）」または「具備する（進行形）」は、宣言された構成要素または構成要素の群を包含するが任意の他の構成要素または構成要素の群を排除しないことを意味するものと理解されるべきである。
以上の記述は単に説明のためにのみなされてきたものであり、本発明の精神および範囲を逸脱することなく多くの修飾がなされることが可能であり、本発明の範囲は本明細書に開示される新規な技術特徴および新規な技術特徴の組合せの各々を包含する。
【図１】
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【図２】
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