(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームを発生するレーザ、上記レーザビームで照射された目標からの反射光を受ける受信望遠鏡、この受信望遠鏡の視野を調節する視野絞り、この視野絞りから出た光を検出器に集めるリレー光学系、このリレー光学系で集光された光を電気信号に変換する検出器および上記電気信号から目標情報を抽出する信号処理回路とを備えたレーザレーダ装置において、
上記視野絞りを照明する光源、
上記視野絞りから上記受信望遠鏡を経て出射する上記光源からの照明光の一部を折曲げる反射鏡、
上記反射鏡で折曲げられた上記照明光に重なり、かつ、上記反射鏡と平行に配置され、上記レーザビームの一部を折曲げる半透鏡、
上記反射鏡と上記半透鏡を一体化して支える支持枠、
上記半透鏡から出る光を撮影するイメージセンサと
を備えたことを特徴とするレーザレーダ装置。
【請求項２】
レーザビームを発生するレーザ、上記レーザビームで照射された目標からの反射光を受ける受信望遠鏡、この受信望遠鏡の視野を調節する視野絞り、この視野絞りから出た光を検出器に集めるリレー光学系、このリレー光学系で集光された光を電気信号に変換する検出器および上記電気信号から目標情報を抽出する信号処理回路とを備えたレーザレーダ装置において、
上記視野絞りを照明する光源、
上記視野絞りから上記受信望遠鏡を経て出射する上記光源からの照明光の一部を折曲げる第1の半透鏡、
上記第1の半透鏡で折曲げられた上記照明光に重なり、かつ、上記反射鏡と平行に配置され、上記レーザビームの一部を折曲げる第２の半透鏡、
上記２個の半透鏡を一体化して支える支持枠、
上記第２の半透鏡から出る光を撮影するイメージセンサ
とを備えたことを特徴とするレーザレーダ装置。
【請求項３】
レーザビームを発生するレーザ、上記レーザビームで照射された目標からの反射光を受ける受信望遠鏡、この受信望遠鏡の視野を調節する視野絞り、この視野絞りから出た光を検出器に集めるリレー光学系、このリレー光学系で集光された光を電気信号に変換する検出器および上記電気信号から目標情報を抽出する信号処理回路とを備えたレーザレーダ装置において、
上記レーザビームの一部を光ファイバで取り出し上記検出器を照明する光源、
上記視野絞りから上記受信望遠鏡を経て出射する上記光源からの照明光の一部を折曲げる反射鏡、
上記反射鏡で折曲げられた上記照明光に重なり、かつ、上記反射鏡と平行に配置され、上記レーザビームの一部を折曲げる半透鏡、
上記反射鏡と上記半透鏡を一体化して支える支持枠、
上記半透鏡から出る光を撮影するイメージセンサ
とを備えたことを特徴とするレーザレーダ装置。
【請求項４】
レーザビームを発生するレーザ、上記レーザビームで照射された目標からの反射光を受ける受信望遠鏡、この受信望遠鏡の視野を調節する視野絞り、この視野絞りから出た光を検出器に集めるリレー光学系、このリレー光学系で集光された光を電気信号に変換する検出器および上記電気信号から目標情報を抽出する信号処理回路とを備えたレーザレーダ装置において、
上記視野絞りを裏側から照明する光源、
上記視野絞りから上記受信望遠鏡を経て出射する上記光源からの照明光の一部を折曲げる反射鏡、
上記反射鏡で折曲げられた上記照明光に重なり、かつ、上記反射鏡と平行に配置され、上記レーザビームの一部を折曲げる半透鏡、
上記反射鏡と上記半透鏡を一体化して支える支持枠、
上記半透鏡から出る光を撮影するイメージセンサ
とを備えたことを特徴とするレーザレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はレーザレーダ装置の送信軸と受信軸との軸ずれ検出に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーザレーダ装置は、自らレーザを発射して目標物に当て目標物からの反射光を受けて信号の大きさと発射時からの時間を測ることにより、目標物の特性や目標物までの距離を求める装置である。最近は応用分野が拡がり、人工衛星に搭載して大気の散乱特性の高度分布を測定することも可能になった。レーザレーダ装置においてはレーザ反射光を受けるので、レーザで照射された目標物が必ず受信光学系の視野内になければならない。視野内から完全に外れればそもそも信号を掴むことができないし、部分的に外れても目標物の特性を正確に測定できなくなる。したがって、レーザで照射された目標物を受信光学系の視野中心に保つこと、言い替えれば、送信と受信の軸を一致させることはレーザレーダ装置にとって不可欠の条件である。送信と受信の軸を一致させるには軸ずれ検出および軸ずれ補正が必要である。
【０００３】
図５は従来の軸ずれ検出方式を示す図である。図５において、１はレーザ、２はダブルウェッジのような、レーザビームの方向を調節する調節装置、３はカセグレイン光学系のような受信望遠鏡、４はピンホールのような視野絞り、５はリレー光学系、６は狭帯域フィルタ、７は検出器、８は信号処理回路、１０は半透鏡、１６はレンズ、１７は４象限検出器である。
【０００４】
次に動作について説明する。レーザ１から発生されたレーザビームは調節装置２および半透鏡１０を介して目標に向けて送出される。目標からの反射光はカセグレイン主鏡３ａおよびカセグレイン副鏡３ｂからなる受信望遠鏡３により集光されて視野絞り４を通る。視野絞り４を通過した光はレンズ５ａおよびレンズ５ｂからなるリレー光学系５の内部に置かれた狭帯域フィルタ６を通過して検出器７に集められる。光は検出器７で電気信号に変換され、信号処理回路８により増幅、デジタル化され目標情報が抽出される。このようなレーザレーダ装置において軸ずれ検出を次のように行う。半透鏡１０によりレーザビームの一部は反射して、レンズ１６を経て４象限検出器１７に入る。４象限検出器１７はレンズ１６の焦点に置かれているので、４象限検出器１７面上でレーザビームは小さなスポットになる。スポットが４象限検出器１７の中心にあれば４象限検出器１７の出力は０であり、中心からずれていれば、ずれに比例した出力が得られる。このようにスポットの位置を検出することによりレーザビームの方向を知ることができる。ずれが発生すれば、４象限検出器１７の出力を監視しながら調節装置２により修正する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
レーザレーダ装置における従来の軸ずれ検出装置は以上のように送信軸ずれを検出するものである。大きな電力を消費し従って発熱量が大きいレーザ装置に起因する送信軸ずれに比べて、発熱量が遥かに小さい受信側の軸ずれは小さいので、地上における通常環境で使う限り、送信軸ずれにより送受信の相対軸ずれを代用しても支障ない。ところが、内部発熱が無くても熱的なアンバランスが生じる人工衛星搭載機器においては受信軸ずれを無視できなくなるので、送信軸ずれの検出のみを行う従来の方法では送受信の相対軸ずれを正当に評価できないという問題点がある。
【０００６】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、送信軸ずれと同時に受信軸ずれも検出することにより送受信の相対軸ずれ検出可能な装置を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る装置は、受信視野を決める視野絞りを照明することにより光を受信光学系から逆向きに出し、この光軸と送信レーザビームの光軸の相対軸ずれを検出するようにしたものである。軸ずれ検出は次のように行う。受信光学系から出る光の一部を反射鏡により折曲げ、また、送信レーザビームの一部を半透鏡により折曲げ、両方のビームを重ね合わせてイメージセンサに結像させる。軸が合っていれば１点で結像するが、軸ずれが起これば、スポットは分かれる。２つのスポットの距離は２つの軸の方向ずれに対応するので軸ずれが分かる。また、反射鏡と半透鏡を相対変化が起きないように一体化構造にすることにより周囲の変化により反射鏡／半透鏡の向きが変わっても、相対的な軸ずれは正確に測定可能である。
【０００８】
第２の発明に係る装置は、第１の発明における反射鏡を半透鏡に置き換えて適用した場合である。
【０００９】
第３の発明に係る装置は、受信光学系の中心からレーザ光が出射する形式、即ち、同軸型のレーザレーダ装置に適用した場合である。
【００１０】
第４の発明に係る装置は、出射レーザビームの一部を光ファイバにより受信検出器に照射して、軸ずれだけでなく検出器のずれも検出可能にするものである。
【００１１】
第５の発明に係る装置は、照明を視野絞りの裏から行って視野中心を光らすことにより観測を容易にするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図について説明する。図１において、１はレーザ、２はダブルウェッジのような、レーザビームの方向を調節する調節装置、３はカセグレイン光学系のような受信望遠鏡、４はピンホールのような視野絞り、５はリレー光学系、６は狭帯域フィルタ、７は検出器、８は信号処理回路であり、これらは通常のレーザレーダ装置の構成要素である。９は反射鏡、１０は半透鏡、１１は反射鏡９と半透鏡１０を一体化して支持する支持枠、１２はイメージセンサ、１３は照明光源である。
【００１３】
次に動作について説明する。レーザ１から発生されたレーザビームは調節装置２および半透鏡１０を介して目標に向けて送出される。目標からの反射光はカセグレイン主鏡３ａおよびカセグレイン副鏡３ｂからなる受信望遠鏡３により集光されて視野絞り４を通る。視野絞り４を通過した光はレンズ５ａおよびレンズ５ｂからなるリレー光学系５の内部に置かれた狭帯域フィルタ６を通過して検出器７に集められる。光は検出器７で電気信号に変換され、信号処理回路８により増幅、デジタル化され目標情報が抽出される。このようなレーザレーダ装置において軸ずれ検出を次のように行う。照明光源１３は視野絞り４を前方から照明する。視野絞り４は通常ピンホールであり、基板に小穴が開いている。照明すると、基板から光が拡散反射される。小穴からの光は皆無ではないが基板からの拡散反射光に対して遥かに小さいので、小穴は黒く見える。基板からの拡散反射光はレーザレーダ装置の入射光とは反対方向に、カセグレイン副鏡３ｂおよびカセグレイン主鏡３ａを経て外へ向かって出る。カセグレイン主鏡３ａから外へ向かって出る光束の一部を反射鏡９により遮り、折曲げて取り出す。レーザ１からのレーザビームの一部も半透鏡１０により折曲げて取り出す。折曲げて取り出した２つのビームは半透鏡１０で合体し、イメージセンサ１２に入る。この像の観測により、スポットが重なれば光軸は合っており、スポットが分離すれば光軸がずれていることが分かる。光軸がずれていればビーム方向調節装置２により修正することができる。周囲の変形があっても反射鏡９と半透鏡１０がおのおの独立に動かないように一体化されているので、光線の方向に関しては１枚の平面鏡と同じであり、送受信軸ずれを正確に測定することができる。
【００１４】
図１において、反射鏡９の代わりに半透鏡を使ってもよい。
【００１５】
実施の形態２．
他の実施の形態を図２に示す。図２においてレーザ１から発生されたレーザビームは調節装置２を通り、２個の直角プリズム１８ａおよび１８ｂによりカセグレイン副鏡３ｂの裏側に平行移動された後、半透鏡１４を介して目標に向けて送出される。目標からの反射光はカセグレイン主鏡３ａおよびカセグレイン副鏡３ｂからなる受信望遠鏡３により集光されて視野絞り４を通る。視野絞り４を通過した光はレンズ５ａおよびレンズ５ｂからなるリレー光学系５の内部に置かれた狭帯域フィルタ６を通過して検出器７に集められる。光は検出器７で電気信号に変換され、信号処理回路８により増幅、デジタル化され目標情報が抽出される。このような同軸型のレーザレーダ装置において軸じれ検出を次のように行う。レーザビームの一部を半透鏡１４により反射させて取り出す。受信望遠鏡から出る光の一部も半透鏡１０により折曲げて取り出す。折曲げて取り出した２つのビームは半透鏡１０で合体し、イメージセンサ１２に結像される。
【００１６】
実施の形態３．
他の実施の形態を図３に示す。図３において、１５は一端をレーザビームの端に置き、他端を検出器近傍に置く光ファイバである。光ファイバ１５によりレーザビームの一部を取り出し、検出器７に照射する。検出器面で拡散反射された光はリレー光学系５および視野絞り４を通過して受信望遠鏡３から出る。リレー光学系５内にはレーザ波長のみ通過させる狭帯域フィルタ６があるので、リレー光学系５を通すためにレーザ光そのものの一部を使用する。この構成で、視野絞り４から出る光は実施の形態１と同じように使うことができる。また、検出器７がずれれば一様な検出器面から外れた光が視野絞り４を通って受信望遠鏡３から出るのでスポットの形状を観測することにより検出器７のずれが分かる。
【００１７】
実施の形態４．
他の実施の形態を図４に示す。図４において、照明は視野絞り４の裏から行う。このように照明すれば、基板からの拡散反射光でなく、基板に開けた穴を通過する光のみがイメージセンサに入るので像が観測し易い。
【００１８】
【発明の効果】
このように、この発明によれば、レーザレーダ装置の送信軸と受信軸の相対軸ずれを測定可能になるので、送信軸だけでなく、受信軸の変化も無視できない人工衛星軌道上のレーザレーダ装置の測定精度を高める。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１によるレーザレーダ装置を示す図である。
【図２】  この発明の実施の形態２を示す図である。
【図３】  この発明の実施の形態３を示す図である。
【図４】  この発明の実施の形態４を示す図である。
【図５】  従来のレーザレーダ装置を示す図である。
【符号の説明】
１  レーザ、２  レーザビーム方向調節装置、３  受信望遠鏡、３ａ  カセグレイン主鏡、３ｂ  カセグレイン副鏡、４  視野絞り、５  リレー光学系、５ａ，５ｂ  レンズ、６  狭帯域フィルタ、７  検出器、８  信号処理回路、９  反射鏡、１０  半透鏡、１１  支持枠、１２  イメージセンサ、１３  照明光源、１４  半透鏡、１５  光ファイバ、１６  レンズ、１７  ４象限検出器、１８ａ，１８ｂ  直角プリズム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0003835016.tif 000006