(57)【要約】【課題】移動体から照射対象物にレーザ光を照射する場合において、移動体に搭載する装置が大型になることを防ぎ、システムの構成に要する費用が嵩むことを防ぐことができるレーザ照射システムおよび反射光学装置を提供することである。【解決手段】実施形態のレーザ照射システムは、レーザ装置と、反射光学装置とを持つ。レーザ装置は、レーザ光を照射する。反射光学装置は、移動体に搭載され、レーザ装置から照射されるレーザ光を照射対象物に反射する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を照射するレーザ装置と、
移動体に搭載され、前記レーザ装置から照射される前記レーザ光を照射対象物に反射する反射光学装置と、
を備える、
レーザ照射システム。
【請求項２】
前記反射光学装置は、
前記レーザ光を前記照射対象物に反射する可変形鏡と、
前記照射対象物に反射される前記レーザ光の照射方向、焦点、および波面補償のうちの少なくとも何れかを、前記可変形鏡の変形によって制御する制御装置と、
を備える、
請求項１に記載のレーザ照射システム。
【請求項３】
前記照射対象物を検知する検知装置を備え、
前記制御装置は、前記検知装置から出力される前記照射対象物の位置情報の信号に基づいて前記可変形鏡の変形を制御する、
請求項２に記載のレーザ照射システム。
【請求項４】
前記レーザ光の波面を検出する波面センサを備え、
前記制御装置は、前記波面センサから出力される前記レーザ光の波面の信号に基づいて前記可変形鏡の変形を制御する、
請求項２に記載のレーザ照射システム。
【請求項５】
参照用レーザ光を照射する第２のレーザ装置と、
前記参照用レーザ光が前記照射対象物に反射されて成る反射光の波面を検出する波面センサと、
を備え、
前記制御装置は、前記波面センサから出力される前記反射光の波面の信号に基づいて前記可変形鏡の変形を制御する、
請求項２から請求項４の何れか１つに記載のレーザ照射システム。
【請求項６】
移動体に搭載され、入射するレーザ光を照射対象物に反射する可変形鏡と、
前記照射対象物に反射される前記レーザ光の照射方向、焦点、および波面補償のうち少なくとも何れかを、前記可変形鏡の変形によって制御する制御装置と、
を備える、
反射光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、レーザ照射システムおよび反射光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、照射対象物に高出力のレーザ光を照射するための照射光学系およびレーザ装置を備える大型のレーザ照射システムがある。しかしながら移動体から照射対象物にレーザ光を照射するためにレーザ照射システムを移動体に搭載する場合には、移動体の積載制限を満たすことができない可能性があった。複数の移動体の各々にレーザ照射システムを搭載する場合には、費用が嵩む可能性があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３３４６７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、移動体から照射対象物にレーザ光を照射する場合において、移動体に搭載する装置が大型になることを防ぎ、システムの構成に要する費用が嵩むことを防ぐことができるレーザ照射システムおよび反射光学装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態のレーザ照射システムは、レーザ装置と、反射光学装置とを持つ。レーザ装置は、レーザ光を照射する。反射光学装置は、移動体に搭載され、レーザ装置から照射されるレーザ光を照射対象物に反射する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】実施形態のレーザ照射システムの構成を示す図。
【図２】実施形態のレーザ照射システムの反射光学装置の構成を示す図。
【図３】実施形態の第１の変形例に係るレーザ照射システムの反射光学装置の構成を示す図。
【図４】実施形態の第２の変形例に係るレーザ照射システムのレーザ装置の構成を示す図。
【図５】実施形態の第３の変形例に係るレーザ照射システムのレーザ装置の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施形態のレーザ照射システムおよび反射光学装置を、図面を参照して説明する。
【０００８】
実施形態のレーザ照射システム１０は、図１に示すように、レーザ装置１１と、照射側通信装置１２と、移動体１３に搭載される移動光学システム１４とを備えている。
実施形態のレーザ照射システム１０は、例えば、レーザ光による照射対象物Ｐの切断または穴あけなどの各種のレーザ加工に用いることができる。
【０００９】
レーザ装置１１および照射側通信装置１２は、地上に設置可能であり、地上システム１５を構成する。レーザ装置１１は、例えば、航空機の管制塔および滑走路などに設置可能である。
レーザ装置１１は、照射対象物Ｐに対する照射および加工などに寄与するレーザ光Ｌを出力する。レーザ装置１１は、例えば、誘導放出を起こす媒質としてフッ化重水素またはヨウ素などを用いた化学レーザ装置、あるいは、結晶、セラミック、石英ファイバ、フッ化物ファイバなどにイッテリビウムやネオジウムなどの希土類を添加した固体レーザ装置などの各種のレーザ装置である。
レーザ装置１１は、例えば、レーザ発振器（図示略）および変調器（図示略）を備えている。レーザ発振器は、レーザ光源（図示略）から射出されたレーザ光を、誘導放出を起こす媒質を備える共振器（図示略）に照射することによって、連続波のレーザ光を発振する。変調器は、レーザ発振器から出力された連続波のレーザ光をパルス波のレーザ光に変換可能である。
レーザ装置１１は、例えば、照射側通信装置１２が受信する移動体１３および照射対象物Ｐの位置情報に基づいてレーザ光Ｌを出力する。地上システム１５がレーダーを備えている場合には、レーザ装置１１は地上システム１５のレーダーによって探知される移動体１３に向かってレーザ光Ｌを出力してもよい。
【００１０】
照射側通信装置１２は、移動体１３に搭載される移動光学システム１４と無線通信を行う。照射側通信装置１２は、例えば、移動光学システム１４から送信される移動体１３および照射対象物Ｐの位置情報を受信する。
【００１１】
移動体１３は、例えば、航空機、船、車両、および無人機などである。
移動光学システム１４は、反射光学装置２１と、対象物検知装置２２と、反射側通信装置２３と、制御装置２４とを備えている。
【００１２】
反射光学装置２１は、レーザ装置１１から照射されるレーザ光Ｌを照射対象物Ｐに反射する。反射光学装置２１は、レーザ光Ｌの照射方向、焦点、および波面補償のうちの少なくとも何れかを制御しながら、レーザ光Ｌを照射対象物Ｐに反射する。反射光学装置２１は、図２に示すように、ミラー３１と、可変形鏡３３と、波面センサ３２と、アクチュエータ３４とを備えている。
【００１３】
ミラー３１は、例えば、ハーフミラーなどの光学素子である。ミラー３１は、レーザ装置１１から照射されるレーザ光Ｌの一部を波面センサ３２に導くとともに、レーザ光Ｌの一部以外を可変形鏡３３に導く。
波面センサ３２は、レーザ装置１１から照射されるレーザ光Ｌの一部を検出して、レーザ装置１１と移動体１３との間における大気ゆらぎなどに起因するレーザ光Ｌの波面の歪みを検知する。波面センサ３２は、例えば、シャックハルトマンセンサまたは波面曲率センサなどである。
可変形鏡３３は、アクチュエータ３４の駆動によって反射面を変形可能である。可変形鏡３３は、例えば、アクチュエータ３４として圧電素子を備えるフェースシート鏡またはバイモルフ鏡である。可変形鏡３３は、例えば、アクチュエータ３４としてＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）による静電アクチュエータを備えるフェースシート鏡などである。
【００１４】
波面センサ３２および可変形鏡３３の組み合わせは、例えば、シャックハルトマンセンサおよびフェースシート鏡の組み合わせ、または、波面曲率センサおよびバイモルフ鏡の組み合わせなどである。
可変形鏡３３は、ミラー３１によって導かれるレーザ装置１１のレーザ光Ｌを照射対象物Ｐに向かって反射する。可変形鏡３３は、アクチュエータ３４によって反射面が変形されることによって、照射対象物Ｐに反射されるレーザ光Ｌの照射方向、焦点、および波面補償のうちの少なくとも何れかを変更可能である。
【００１５】
対象物検知装置２２は、照射対象物Ｐを検知する。対象物検知装置２２は、例えば、赤外線および紫外線などの各種波長の光センサを備えている。対象物検知装置２２は、移動体１３に対する照射対象物Ｐの相対位置および方向などに関する位置情報を出力する。
【００１６】
反射側通信装置２３は、レーザ装置１１を備える地上システム１５と無線通信を行う。反射側通信装置２３は、例えば、地上システム１５の照射側通信装置１２に対して移動体１３および照射対象物Ｐの位置情報を送信する。
【００１７】
制御装置２４は、照射対象物Ｐに反射されるレーザ光Ｌの照射方向、焦点、および波面補償のうちの少なくとも何れかを、可変形鏡３３の変形によって制御する。制御装置２４は、可変形鏡３３を変形させるようにアクチュエータ３４を駆動制御する。制御装置２４は、対象物検知装置２２から出力される照射対象物Ｐの位置情報の信号に基づいて、照射対象物Ｐに反射されるレーザ光Ｌの照射方向および焦点を所望の状態に設定するように可変形鏡３３を変形させる。制御装置２４は、波面センサ３２から出力されるレーザ光Ｌの波面の信号に基づいて、レーザ装置１１と移動体１３との間における大気ゆらぎなどに起因する波面の歪みを光学的に補償するように可変形鏡３３を変形させる。
【００１８】
以上説明した実施形態によれば、移動体１３に搭載される反射光学装置２１を持つことにより、移動体１３にレーザ装置１１を搭載せずに移動体１３から照射対象物Ｐにレーザ光Ｌを照射することができる。移動体１３にレーザ装置１１を搭載せずに照射対象物Ｐにレーザ光Ｌを照射することができるので、移動体１３に搭載する装置が大型になることを防ぐことができる。複数の移動体１３の各々は１つのレーザ装置１１から照射されるレーザ光Ｌを照射対象物Ｐに反射することができるので、複数の移動体１３に複数のレーザ装置１１を備える場合に比べて、システムの構成に要する費用が嵩むことを防ぐことができる。レーザ光Ｌの照射方向、焦点、および波面補償のうちの少なくとも何れかを制御可能な反射光学装置２１を移動体１３に搭載するので、地上システム１５のレーザ装置１１に高精度の光学システムを備える必要がなく、システムの構成を簡略化することができる。
アクチュエータ３４によって反射面が変形されることで、照射対象物Ｐに反射されるレーザ光Ｌの照射方向、焦点、および波面補償のうちの少なくとも何れかを変更可能な可変形鏡３３を持つので、照射対象物Ｐに対する照射効率を容易に向上させることができる。
照射対象物Ｐの位置情報に基づいて反射面が変形される可変形鏡３３を持つので、照射対象物Ｐに反射されるレーザ光Ｌの照射方向および焦点の精度を容易に向上させることができる。
レーザ光Ｌの波面の歪みに基づいて反射面が変形される可変形鏡３３を持つので、照射対象物Ｐに反射されるレーザ光Ｌの波面制御の精度を容易に向上させることができる。
【００１９】
以下、変形例について説明する。
上述した実施形態では、反射光学装置２１は、レーザ装置１１と移動体１３との間における大気ゆらぎなどに起因するレーザ光Ｌの波面の歪みを光学的に補償するとしたが、これに限定されない。反射光学装置２１は、移動体１３と照射対象物Ｐとの間における大気ゆらぎなどに起因する反射光の波面の歪みを光学的に補償してもよい。
第１の変形例の反射光学装置２１は、図３に示すように、ミラー３１と、波面センサ３２と、可変形鏡３３と、アクチュエータ３４と、参照レーザ装置４１と、第２ミラー４２および第３ミラー４３と、第２波面センサ４４と、第２可変形鏡４５と、第２アクチュエータ４６とを備えている。
【００２０】
参照レーザ装置４１は、レーザ装置１１のレーザ光Ｌとは干渉しないようにレーザ装置１１のレーザ光Ｌとは異なる波長を有するとともに照射対象物Ｐの加工には寄与しない程度の所定強度以下の参照用のレーザ光Ｌａを出力する。参照レーザ装置４１は、例えば、レーザ装置１１と同様にレーザ発振器（図示略）および変調器（図示略）などを備えている。
【００２１】
第２ミラー４２および第３ミラー４３は、例えば、ハーフミラーなどの光学素子である。第２ミラー４２は、参照レーザ装置４１から照射される参照用のレーザ光Ｌａを第２可変形鏡４５に導く。第２ミラー４２は、照射対象物Ｐに照射された参照用のレーザ光Ｌａが照射対象物Ｐの表面で反射されることによって得られる反射光を第２波面センサ４４に導く。第３ミラー４３は、レーザ装置１１のレーザ光Ｌおよび参照レーザ装置４１の参照用のレーザ光Ｌａを可変形鏡３３に導く。第３ミラー４３は、照射対象物Ｐに照射された参照用のレーザ光Ｌａが照射対象物Ｐの表面で反射されることによって得られる反射光を第２可変形鏡４５に導く。
【００２２】
第２波面センサ４４は、参照用のレーザ光Ｌａが照射対象物Ｐの表面で反射されることによって得られる反射光を検出して、移動体１３と照射対象物Ｐとの間における大気ゆらぎなどに起因する反射光の波面の歪みを検知する。第２波面センサ４４、例えば、シャックハルトマンセンサまたは波面曲率センサなどである。
第２可変形鏡４５は、第２アクチュエータ４６の駆動によって反射面を変形可能である。第２可変形鏡４５は、例えば、第２アクチュエータ４６として圧電素子を備えるフェースシート鏡またはバイモルフ鏡である。第２可変形鏡４５は、例えば、第２アクチュエータ４６としてＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）による静電アクチュエータを備えるフェースシート鏡などである。
【００２３】
第２波面センサ４４および第２可変形鏡４５の組み合わせは、例えば、シャックハルトマンセンサおよびフェースシート鏡の組み合わせ、または、波面曲率センサおよびバイモルフ鏡の組み合わせなどである。
第２可変形鏡４５は、ミラー３１によって導かれるレーザ装置１１のレーザ光Ｌおよび第２ミラー４２によって導かれる参照レーザ装置４１の参照用のレーザ光Ｌａを第３ミラー４３に向かって反射する。第２可変形鏡４５は、照射対象物Ｐに照射された参照用のレーザ光Ｌａが照射対象物Ｐの表面で反射されることによって得られる反射光を第２ミラー４２に向かって反射する。第２可変形鏡４５は、第２アクチュエータ４６によって反射面が変形されることによって、移動体１３と照射対象物Ｐとの間における大気ゆらぎなどに起因する波面の歪みを光学的に補償する。
【００２４】
制御装置２４は、第２波面センサ４４から出力される波面の信号に基づいて、移動体１３と照射対象物Ｐの間における大気ゆらぎなどに起因する波面の歪みを光学的に補償するように、第２アクチュエータ４６によって第２可変形鏡４５を変形させる。
第１の変形例によれば、移動体１３と照射対象物Ｐとの間における大気ゆらぎなどに起因する波面の歪みを光学的に補償する第２可変形鏡４５を持つので、波面制御の精度を向上させることができ、照射効率を容易に向上させることができる。
【００２５】
上述した実施形態では、地上システム１５のレーザ装置１１は、レーザ光Ｌの照射方向、焦点、および波面補償などを制御する光学システム５０を備えてもよい。
第２の変形例の光学システム５０は、図４に示すように、参照レーザ出力部５１と、レーザ出力部５２と、第３波面センサ５３と、第３可変形鏡５４および第４可変形鏡５５と、タレット５６と、複数のミラー６１〜６７とを備えている。複数のミラー６１〜６７は、第４ミラー６１、第５ミラー６２、第６ミラー６３、第７ミラー６４、第８ミラー６５、第９ミラー６６、第１０ミラー６７である。
【００２６】
参照レーザ出力部５１およびレーザ出力部５２は、例えば、誘導放出を起こす媒質としてフッ化重水素またはヨウ素などを用いた化学レーザ装置、あるいは、結晶、セラミック、石英ファイバ、フッ化物ファイバなどにイッテリビウムやネオジウムなどの希土類を添加した固体レーザ装置などの各種のレーザ装置である。参照レーザ出力部５１およびレーザ出力部５２は、例えば、レーザ発振器（図示略）および変調器（図示略）などを備えている。参照レーザ出力部５１は、レーザ出力部５２のレーザ光Ｌとは干渉しないようにレーザ出力部５２のレーザ光Ｌとは異なる波長を有するとともに照射対象物Ｐの加工には寄与しない程度の所定強度以下の参照用のレーザ光Ｌｂを出力する。レーザ出力部５２は、照射対象物Ｐに対する照射および加工などに寄与するレーザ光Ｌを出力する。
【００２７】
第３波面センサ５３は、参照用のレーザ光Ｌｂが移動体１３または照射対象物Ｐの表面で反射されることによって得られる反射光を検出して、レーザ装置１１と照射対象物Ｐとの間における大気ゆらぎなどに起因する反射光の波面の歪みを検知する。第３波面センサ５３、例えば、シャックハルトマンセンサまたは波面曲率センサなどである。
第３可変形鏡５４および第４可変形鏡５５は、アクチュエータ（図示略）の駆動によって反射面を変形可能である。第３可変形鏡５４は、例えば、アクチュエータとして圧電素子を備えるフェースシート鏡である。第４可変形鏡５５は、例えば、アクチュエータ４６として圧電素子を備えるバイモルフ鏡である。
第３可変形鏡５４は、第３波面センサ５３によって検知される反射光の波面の歪みに基づいて反射面が変形されることによって、レーザ装置１１と移動体１３または照射対象物Ｐとの間における大気ゆらぎなどに起因する波面の歪みを光学的に補償する。
第４可変形鏡５５は、地上システム１５のレーダーによって探知される移動体１３または照射対象物Ｐの位置情報に基づいて反射面が変形されることによって、移動体１３または照射対象物Ｐに反射されるレーザ光Ｌの照射方向および焦点などを変更する。
タレット５６は、移動体１３または照射対象物Ｐに照射されるレーザ光Ｌの照射方向および光軸などを制御する。
【００２８】
複数のミラー６１〜６７は、例えば、ハーフミラーなどの光学素子である。第４〜第１０ミラー６１〜６７は、参照レーザ出力部５１から照射される参照用のレーザ光Ｌｂを、第３可変形鏡５４および第４可変形鏡５５を介して、タレット５６に導く。第５〜第１０ミラー６２〜６７は、レーザ出力部５２から照射されるレーザ光Ｌを、第３可変形鏡５４および第４可変形鏡５５を介して、タレット５６に導く。第６〜第１０ミラー６３〜６７は、移動体１３または照射対象物Ｐに照射された参照用のレーザ光Ｌｂが照射対象物Ｐの表面で反射されることによって得られる反射光を、第３可変形鏡５４および第４可変形鏡５５を介して、第３波面センサ５３に導く。
【００２９】
第２の変形例によれば、光学システム５０を備えるレーザ装置１１を持つことにより、レーザ装置１１および移動体１３の何れかでレーザ光Ｌを制御することができ、照射対象物Ｐの位置情報などに応じて適切な制御を選択することができる。
【００３０】
上述した実施形態では、レーザ照射システム１０は、複数の移動体１３に搭載される移動光学システム１４を備えてもよい。
第３の変形例によるレーザ照射システム１０は、図５に示すように、複数の移動体１３に搭載される移動光学システム１４を備えている。複数の移動光学システム１４は、レーザ装置１１から照射されるレーザ光Ｌを、順次に反射することによって伝達し、照射対象物Ｐに向かって出力する。
第３の変形例によれば、複数の移動体１３に搭載される移動光学システム１４を持つことにより、照射対象物Ｐがレーザ装置１１から遠方に存在する場合でも、レーザ光Ｌを、複数の移動体１３を経由して、精度良く照射対象物Ｐに照射することができる。
【００３１】
以下、他の変形例について説明する。
上述した実施形態では、移動光学システム１４は、各種のプラットホーム（例えば、航空機、船、車両、および無人機など）に搭載可能であることに限定されず、移動可能に構成されてもよい。
レーザ装置１１および照射側通信装置１２は、地上に設置可能であることに限定されず、移動可能に構成されてもよい。
【００３２】
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、移動体１３に搭載される反射光学装置２１を持つことにより、移動体１３にレーザ装置１１を搭載せずに移動体１３から照射対象物Ｐにレーザ光Ｌを照射することができる。移動体１３にレーザ装置１１を搭載せずに照射対象物Ｐにレーザ光Ｌを照射することができるので、移動体１３に搭載する装置が大型になることを防ぐことができる。複数の移動体１３の各々は１つのレーザ装置１１から照射されるレーザ光Ｌを照射対象物Ｐに反射することができるので、複数の移動体１３に複数のレーザ装置１１を備える場合に比べて、システムの構成に要する費用が嵩むことを防ぐことができる。
【００３３】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３４】
１０…レーザ照射システム、１１…レーザ装置、１２…照射側通信装置、１３…移動体、１４…移動光学システム、１５…地上システム、２１…反射光学装置、２２…対象物検知装置、２３…反射側通信装置、２４…制御装置、３３…可変形鏡、３２…波面センサ、３４…アクチュエータ、４１…参照レーザ装置、４４…第２波面センサ、４５…第２可変形鏡、４６…第２アクチュエータ
【図１】
2017157737.tif 000003
【図２】
2017157737.tif 000004
【図３】
2017157737.tif 000005
【図４】
2017157737.tif 000006
【図５】
2017157737.tif 000007