DE69734302T2

DE69734302T2 - Laserstrahlungsdetektor

Info

Publication number: DE69734302T2
Application number: DE69734302T
Authority: DE
Inventors: Fumio Ohtomo; Hiroshi Koizumi; Masayuki Momiuchi; Masahiro Ohishi; Toshikazu Adegawa
Original assignee: Topcon Corp
Current assignee: Topcon Corp
Priority date: 1996-05-02
Filing date: 1997-04-30
Publication date: 2006-06-22
Anticipated expiration: 2017-05-01
Also published as: EP0805357A2; JPH09297025A; EP0805357A3; CN1167250A; CN1086805C; DE69734302D1; EP0805357B1; US5898489A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine laserstrahlungslichtdetektierende Vorrichtung, und insbesondere eine laserlichtdetektierende Vorrichtung, die Detektionsmittel zum Empfangen eines reflektierten Lichtstrahlbündels aus einem Laserlichtstrahlbündel aufweist, angewendet von einer Laserstrahlungsvorrichtung, die mit einem nicht-linearen optischen Medium zum Erzeugen einer zweiten harmonischen versehen ist.
Eine Vorrichtung gedacht zur Benutzung im Freien für Bauwesenausführung und Vermessungsarbeiten oder ähnlichem, insbesondere eine Vorrichtung zum Bereitstellen der Referenz für eine Entfernungslokalisation war hiervor existent. Eine Laserstrahlungsvorrichtung mit sichtbarem Licht ist als diese Art von Vorrichtung verwendet worden. Mit technischen Vorteilen der Halbleiterlaseremission ist ein Halbleiterlaser weit verbreitet verwendet worden anstelle eines Lasers, der ein Gas verwendet, wie z.B. ein Heliumneongas oder ähnliches. Insbesondere eine batteriebetriebene Laserstrahlungsvorrichtung zum Anwenden roten sichtbaren Lichts ist allgemein verwendet worden. Weiter ist eine Vorrichtung entstanden, die ein Laserlichtstrahlbündel moduliert, ein Ziel bestrahlt, das an einem entfernten Ort angeordnet ist, mit ihm und detektiert sein reflektiertes Lichtstrahlbündel, um dadurch die Strahlungsrichtung eines Laserstrahls zu steuern.
Jedoch wird die konventionelle Laserstrahlvorrichtung mit sichtbarem Licht begleitet durch ein Problem, das Beschränkungen und Limitationen auf den Ausgang auferlegt, der von der Laserstrahlungsvorrichtung angewendet wird, aus dem Blickpunkt der Möglichkeit des Halbleiterlasers und wegen der Sicherheit und insbesondere, wenn er an einem hellen Ort verwendet wird, ist es schwer, einen roten sichtbaren Laserstrahl visuell wahrzunehmen.
Im Angesicht des Problems seiner Sichtbarkeit, ist ein Versuch ausgeführt worden grün zu verwenden, das größer ist in der menschlichen relativen Sichtbarkeit als rot. Ein stabiler grüner Laser, der eine zweite Harmonische verwendet, ist ein Fokus der Aufmerksamkeit geworden. Auch wenn eine Laserstrahlungsvorrichtung mit sichtbarem Licht, worin dieser Typ eines stabilen grünen Lasers in eine laseroszillierende Vorrichtung inkorporiert worden ist, entwickelt worden ist, stellt der stabile grüne Laser selbst einen größeren Leistungsverbrauch dar und folglich war die Laserstrahlungsvorrichtung mit sichtbarem Licht ungeeignet für Batterieantrieb.
Die Vorrichtung, die ein reflektiertes Laserlicht scannt und detektiert, führt eine Frequenzmodulation aus und eine Synchronitätsdetektion, um so von Rauschen zu unterscheiden, jedoch wird für einen stabilen grünen Laser direkte Modulation bei einer Modulationsfrequenz schwierig, z.B. 100 KHz. Daher entsteht ein ernsthaftes Problem daraus, dass die Vorrichtung in einem großen Maßstab konstruiert werden muss, wenn die Vorrichtung in Kombination mit einer extern bereitgestellten Modulationsvorrichtung verwendet wird.
Europäisches Patent Nr. 0 514 758 A2 offenbart eine Laserlichterzeugungsvorrichtung, die eine Lichtquelle zum Erzeugen eines anregenden Lichtstrahls umfasst, eine Sammellinse zum Konvertieren des anregenden Lichtstrahls von der Lichtquelle, ein Lasermedium zum Erzeugen eines Laserlichts einer ersten Wellenlänge durch die Strahlung des anregenden Lichtstrahls, der dazu durch die Sammellinse geliefert wird, ein nicht-lineares optisches Kristallelement zum Erzeugen eines zweiten Laserlichts durch die Strahlung des ersten Laserlichts, das von dem Lasermedium erzeugt wird, ein Paar von Reflektionsmitteln zum Bilden eines Laserresonators zusammen mit zumindest dem Lasermedium und dem nicht-linearen optischen Kristallelement.
US-Patent Nr. 5 463 384 offenbart ein Kollisionsvermeidungssystem, das ein Objektdetektionsmodul umfasst, das auf einem Fahrzeug zum Detektieren der Gegenwart eines Objekts innerhalb einer beobachteten Raumzone befestigt ist, die nahe dem Fahrzeug ist. Die Detektionseinheit emittiert eine Mehrzahl von Strahlen von infraroter Energie und erkennt die Reflektion solcher Energie von Objekten innerhalb der Zone. Das Detektionsmodul wird typischerweise durch den elektrischen Fahrtrichtungsanzeiger des Wirtsfahrzeugs aktiviert, wobei das Detektionsmodul eine Mehrzahl von zugehörigen Paaren von lichtemittierenden Dioden und fotosensitiven Detektoren zur Erkennung des reflektierten Lichts einschließt.
Schweizer Patent Nr. 676 041 offenbart eine Laservorrichtung gemäß der Präambel von Anspruch 1.
Die oben genannten Probleme werden gemäß der vorliegenden Erfindung durch eine laserstrahlungslichtdetektierende Vorrichtung gelöst, wie definiert in dem unabhängigen Anspruch 1. Vorteilhafte Ausführungsformen der laserstrahlungslichtdetektierenden Vorrichtung werden in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 4 definiert.
Die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich werden von der folgenden Beschreibung und den angehängten Ansprüchen, in Verbindung genommen mit den begleitenden Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf dem Weg eines darstellenden Beispiels gezeigt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird nun mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben werden, wobei:
1 eine Darstellung ist, die eine elektrische Konfiguration einer reflektierten Lichtdetektionsschaltung einer Laserstrahlungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 eine Darstellung zum Erklären des Betriebs der reflektierten Lichtdetektionsschaltung der Laserstrahlungsvorrichtung ist, die in 1 gezeigt ist;
3 eine Darstellung zum Erläutern eines ferngesteuerten Lichtwellensignals ist, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
4 eine Darstellung ist, die eine Modifikation der reflektierten Lichtdetektionsschaltung zeigt;
5 eine perspektivische Darstellung ist, die eine Laserstrahlungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 eine Darstellung ist, die eine Konfiguration der Laserstrahlungsvorrichtung zeigt, die in 5 gezeigt ist;
7 eine Darstellung zum Beschreiben eines Ziels ist;
8 eine Darstellung zum Beschreiben eines Ausgangs ist, erzeugt von einem zweiten differenziellen Verstärker;
9 eine perspektivische Darstellung ist, die eine Laserstrahlungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
10 eine perspektivische Darstellung ist, die die Laserstrahlungsvorrichtung illustriert, die in 9 gezeigt ist;
11 eine Darstellung ist, die eine Konfiguration der Laserstrahlungsvorrichtung zeigt, die in 9 gezeigt ist;
12 eine Darstellung ist, die die Konfiguration der Laserstrahlungsvorrichtung beschreibt, die in 9 gezeigt ist;
13 eine Darstellung ist, die die Konfiguration der Laserstrahlungsvorrichtung illustriert, die in 9 gezeigt ist;
14 eine Darstellung ist, die die Konfiguration der Laserstrahlungsvorrichtung zeigt, die in 9 gezeigt ist;
15 eine Darstellung ist, die eine Konfiguration einer Laseroszillationsvorrichtung beschreibt, die in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird;
16 eine Darstellung ist, die die Beziehung zwischen einer invertierten Population und der Intensität von Licht zu der Zeit von Relaxationsoszillationen eines Halbleiterlasers zeigt;
17(a) eine Darstellung ist, die typischerweise ein Gewinnschalten zeigt, und die die Beziehung zwischen der Zeit und der Intensität von Anregung zeigt;
17(b) eine Darstellung ist, die typischerweise ein Gewinnschalten illustriert, und die Beziehung zwischen der Zeit und der Intensität von Licht zeigt;
17(c) eine Darstellung ist, die typischerweise ein Gewinnschalten beschreibt, und die Beziehung zwischen der Zeit und einer invertierten Population zeigt;
18 eine Darstellung ist, die die Beziehung zwischen invertierten Populationen und der Intensität von Licht zeigt;
19(a) eine Darstellung zum Beschreiben der Beziehung ist, in der eine Periode T eines kontinuierlichen Pulses, der an einen Halbleiterlaser geliefert wird, die Bedingung erfüllt, die τ_FL < T – τ ist;
19(b) eine Darstellung zum Beschreiben der Beziehung ist, in der die Periode T des kontinuierlichen Pulses, der an den Halbleiterlaser geliefert wird, die Bedingung erfüllt, die τ_FL > T – τ ist;
20(a) eine Darstellung zum Beschreiben der Beziehung zwischen dem Strom ist, der durch den Halbleiterlaser zu verbrauch ist, und dem Ausgang des Halbleiterlasers;
20(b) eine Darstellung zum Beschreiben der Beziehung zwischen dem Ausgang des Halbleiterlasers und einem Grundschwingungsausgang in einem optischen Resonator ist;
20(c) eine Darstellung zum Beschreiben der Beziehung zwischen dem Grundschwingungsausgang in dem optischen Resonator und dem zweiten harmonischen Erzeugungs-(SHG)-Ausgang zu der Zeit ist, bei der ein nicht-lineares optischen Medium 400 in den optischen Resonator eingefügt ist;
20(d) eine Darstellung zum Beschreiben der Beziehung zwischen dem Strom ist, der durch den Halbleiterlaser zu verbrauchen ist, und dem zweiten harmonischen Erzeugungs-(SHG)-Ausgang davon; und
21 eine Darstellung ist, die den Vergleich zwischen kontinuierlichem Antrieb einer Laseroszillationsvorrichtung und Pulsantrieb davon gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
[Reflektierte Lichtdetektionsschaltung]
Eine reflektierte Lichtdetektionsschaltung 136 wird beschrieben werden mit Bezugnahme auf 1. Die reflektierte Lichtdetektionsschaltung 136 umfasst einen ersten Verstärker 1361, einen zweiten Verstärker 1362, einen dritten Verstärker 1363, einen ersten Abstimmkreis 1364, einen zweiten Abstimmkreis 1365, einen dritten Abstimmkreis 1366, einen ersten differentiellen Verstärker 1367, eine Synchronitätsdetektionseinheit 1368, einen zweiten differentiellen Verstärker 1369, einen Niveaufeststeller 1370, einen Oszillator 1400 und eine wellenformformende Schaltung 1900.
Der erste Abstimmkreis 1364 ist identisch in Abstimmfrequenz mit dem zweiten Abstimmkreis 1365, wohingegen er unterschiedlich ist in Abstimmfrequenz von dem dritten Abstimmkreis 1366.
Der erste Verstärker 1361 verstärkt ein Ausgangssignal eines ersten photoelektrischen Konverters 134, was zu ihm eingegeben wird durch den ersten Abstimmkreis 1364. Der zweite Verstärker 1362 verstärkt ein Ausgangssignal eines zwei ten photoelektrischen Konverters 135, was zu ihm eingegeben wird über den zweiten Abstimmkreis 1365.
Ein Laserstrahl, der von einem Ziel 2000, das später beschrieben werden wird, reflektiert wird, wird empfangen durch den ersten photoelektrischen Konverter 134 und den zweiten photoelektrischen Konverter 135. Die empfangenen, individuellen Laserstrahlen werden verstärkt durch den ersten Verstärker 1361 und den zweiten Verstärker 1362, gefolgt durch Lieferung an den ersten differentiellen Verstärker 1367. Der erste differentielle Verstärker 1367 ist so konfiguriert, um die Differenz zwischen den Signalen zu erhalten, die ausgegeben werden von dem ersten Verstärker 1361 und dem zweiten Verstärker 1362.
Die Synchronitätsdetektionseinheit 1368 umfasst einen ersten Synchronitätsdetektor 1368A und einen zweiten Synchronitätsdetektor 1368B und erzeugt positive und negative Spannungen, basierend auf einem Signal, das ausgegeben wird von dem ersten differentiellen Verstärker 1367 in Reaktion auf einen Takt 1, der erzeugt wird von dem Oszillator 1400, und einen Takt 2, der erhalten wird durch Invertieren des Takts 1.
Der zweite differentielle Verstärker 1369 erhält ein Signal, das auf die Differenz zwischen einem Signal, das ausgegeben wird von dem ersten Synchronitätsdetektor 1368A der Synchronitätsdetektoreinheit 1368, und einem Signal hinweist, das ausgegeben wird von dem zweiten Synchronitätsdetektor 1368B davon, und erhält ebenfalls eine positive oder negative Spannung mit Bezug auf ein Ansteuersignal. Das Niveau des Signals, das von dem zweiten, differentiellen Verstärker 1369 ausgegeben wird, wird festgelegt durch den Niveaufeststeller 1370. Danach wird das niveaubestimmte Signal an eine Steuerung 45 eingegeben.
Der Oszillator 1400 liefert die Taktsignale, die notwendig sind zur Synchronitätsdetektion, an die Synchronitätsdetektionseinheit 1368 und sendet diese an einen Lasertreiber 119. Weiter liefert der Oszillator 1400 ein Taktsignal zum Pulstrei ben einer Laserlichtquelle (Pumplaserquelle) 100 einer Laseroszillatorvorrichtung 1000, die später beschrieben wird.
Der erste photoelektrische Konverter 134 und der zweiten photoelektrische Konverter 135 der reflektierten Lichtdetektionsschaltung 136 können nicht nur zur Detektion von reflektiertem Licht verwendet werden, sondern auch für die Detektion von Lichtwellensignalen, erzeugt von einer Fernsteuerung.
Das Lichtwellensignal, das von der Fernsteuerung erzeugt wird, wird empfangen durch den ersten photoelektrischen Konverter 134 und den zweiten photoelektrischen Konverter 135. Die Ausgangssignale des ersten und zweiten photoelektrischen Konverters 134 und 135 werden zusammenaddiert durch den dritten Abstimmkreis 1366. Das Resultat der Addition durch den dritten Abstimmkreis 1366 wird verstärkt durch den dritten Verstärker 1363, wonach es eingegeben wird an die Steuerung 45.
Auch wenn in einer Anwendung beschrieben, die später zu erklären ist, wird die Polarisation eines reflektierten Lichtes gemäß der Position geändert, wo ein polarisierter Laserstrahl von einer Laserstrahlungsvorrichtung 20000 emittiert wird. Das reflektierte Licht wird ausgewählt gemäß der Polarisationsrichtung und eingeführt in den ersten photoelektrischen Konverter 134 und den zweiten photoelektrischen Konverter 135, um hierdurch das Verhältnis zwischen den zwei reflektierten Lichtern zu detektieren, wodurch die zentrale Position des Ziels 2000 bestimmt werden kann. Zustände der Signale, die von dem ersten und zweiten photoelektrischen Konverter 134 und 135 zu der Zeit erzeugt werden, zu der die Quantität von Licht, die in den ersten photoelektrischen Konverter 134 eingeführt wird, größer ist als die Quantität von Licht, die in den zweiten photoelektrischen Konverter 135 eingeführt wird, werden in 2(a) und 2(b) gezeigt werden.
Die Signale, die von dem ersten und zweiten photoelektrischen Konverter 134 und 135 erzeugt werden, werden jeweils verstärkt durch den ersten Verstärker 1361 und den zweiten Verstärker 1362, zu denen sie eingegeben worden sind durch den ersten Abstimmkreis 1364 und den zweiten Abstimmkreis 1365. Danach nimmt der erste differentielle Verstärker 1367 die Differenz zwischen den verstärkten Signalen. Ein Signal, das ausgegeben wird von dem ersten differentiellen Verstärker 1367, ist repräsentiert, wie gezeigt in 2(c).
Die Abstimmfrequenzen des ersten und zweiten Abstimmkreises 1364 und 1365 sind so eingestellt, um übereinzustimmen mit der wiederholenden oder zyklischen Frequenz eines Pulssignals zum Pulstreiben der Laserlichtquelle 100 der Laseroszillationsvorrichtung 1000.
Wenn der erste Synchronitätsdetektor 1368A das Signal erkennt, das ausgegeben von dem ersten differentiellen Verstärker 1367 in Synchronität mit dem Takt 1, der von dem Oszillator 1400 erzeugt wird, dann erzeugt der erste Synchronitätsdetektor 1368A eine Spannung, die positiv ist zu einer Vorspannung, wie gezeigt in 2(d). Weiter, wenn der zweite Synchronitätsdetektor 1368B das Signal erkennt, das ausgegeben wird von dem ersten differentiellen Verstärker 1367 in Synchronität mit dem Takt 2, der erzeugt wird von dem Oszillator 1400, dann erzeugt der zweite Synchronitätsdetektor 1368B eine Spannung, die negativ ist zu der Vorspannung, gezeigt in 2(e).
Wenn der zweite differentielle Verstärker 1369 die Differenz (d–e) macht zwischen den Ausgangssignalen des ersten und zweiten Synchronitätsdetektors 1368A und 1368B, dann kann der zweite differentielle Verstärker 1369 eine Spannung erhalten, die positiv ist zu der Vorspannung, wie gezeigt in 2(f).
Ein Beispiel, in dem das reflektierte Licht, das durch den zweiten photoelektrischen Konverter 135 empfangen wird, ein hohes Niveau hat, ist auf der rechten Seite von 2 gezeigt. In dem gleichen Prozess wie oben beschrieben nimmt das Ausgangssignal des zweiten differentiellen Verstärkers 1369 einen Weit an, der negativ ist zu einer Vorspannung.
Der Niveaufeststeller 1370 detektiert, ob das Ausgangssignal des zweiten differentiellen Verstärkers 1369 nahezu null oder positiv oder negativ ist, und übermittelt das Resultat der Detektion an die Steuerung 45. Im Übrigen kann das Ausgangssignal des zweiten differentiellen Verstärkers 1369 eine Rauschreduktion bereitstellen, resultierend von einem Mittlungseffekt durch die synchrone Detektion.
Das Lichtwellensignal, das für die Fernsteuerung verwendet wird, wird betrieben in der Form von Pulsen, wie gezeigt in 3. Die Weite der Pulse ist so eingestellt, dass sie den ersten Abstimmkreis 1364 und den zweiten Abstimmkreis 1365 nicht beeinflussen. Nämlich die Zeit, die dem zweifachen der Zeitbreite der Pulse für die Fernsteuerung entspricht, wird so eingestellt, dass sie nicht mit den Abstimmfrequenzen des ersten und zweiten Abstimmkreises 1364 und 1365 übereinstimmt.
Daher werden keine Ausgangssignale von dem ersten Abstimmkreis 1364 und dem zweiten Abstimmkreis 1365 erzeugt. Jedoch, da der dritte Abstimmkreis 1366 auf die Frequenz abgestimmt ist, in der die Zeit, die dem Doppelten der Pulsweite der Fernsteuerung entspricht, eingestellt ist als eine Periode oder Zyklus, tritt eine gedämpfte Oszillationswellenform auf von dem dritten Abstimmkreis 1366, wenn das Lichtwellensignal für die Fernsteuerung eingegeben wird. Wenn die wellenform-formende Schaltung 1900 die gedämpfe Oszillationswellenform wellenform-formt, die dazu eingegeben wird von dem dritten Abstimmkreis 1366 durch den dritten Verstärker 1363, dann kann die wellenformformende Schaltung 1900 ein Steuersignal erzeugen und die Steuerung 45 steuern, basierend auf dem Steuersignal.
Eine Modifikation der reflektierten Lichtdetektionsschaltung 136 wird als nächstes beschrieben werden. Die vorliegende Modifikation zeigt ein Beispiel, in dem die reflektierte Lichtdetektionsschaltung 136 digital aktiviert ist. Die oben be schriebene Ausführungsform verwendet die Abstimmungskreise und ist so konfiguriert, um die Fundamentalschwingungskomponente der zyklischen Frequenz des Pulslaserstrahls zu detektieren, wohingegen die vorliegende Modifikation digitalisierte Werte in Synchronität mit einer Pulswellenform integriert oder aufaddiert.
Eine reflektierte Lichtdetektionsschaltung 136A, die die vorliegende Modifikation zeigt, wird im Detail beschrieben werden mit Bezugnahme auf 4.
Die reflektierte Lichtdetektionsschaltung 136A umfasst einen ersten photoelektrischen Konverter 134, einen zweiten photoelektrischen Konverter 135, einen ersten differentiellen Verstärker 1367, einen Oszillator 1400, einen A/D-Wandler 1500, eine integrierende Schaltung 1600 und einen Vergleicher 1700.
Die integrierende Schaltung 1600 umfasst einen Addierer 1610, einen Direktzugriffsspeicher (RAM) 1620, eine Rücksetzschaltung 1630 und einen Adresszähler 1640.
In der reflektierten Lichtdetektionsschaltung 136A, ähnlich zu der vorbenannten reflektierten Lichtdetektionsschaltung 136, nimmt der erste differentielle Verstärker 1367 die Differenz zwischen den Signalen, die ausgegeben werden von dem ersten und zweiten photoelektrischen Konverter 134 und 135. Das Ausgangssignal des ersten differentiellen Verstärkers 1367 wird synchronisiert mit der Periode oder dem Zyklus eines Pulses zum Treiben einer Laserlichtquelle 100 einer Laseroszillationsvorrichtung 1000. Weiter wird das Ausgangssignal davon gewandelt in eine digitale Form in einem Zyklus, kürzer als sein Zyklus durch den A/D-Wandler 1500, gefolgt durch Lieferung an die integrierende Schaltung 1600.
Der Addierer 1610 wird beliefert mit Daten, die an den jeweiligen Adressen des Direktzugriffsspeichers (RAM) 1620 gespeichert sind zusammen mit den Daten, die in digitale Form durch den A/D-Wandler 1500 gewandelt sind durch die Rücksetzschaltung 1630. Der Direktzugriffsspeicher (RAM) 1620 hat Speicher zum Teilen eines Zyklus T in Mehrfachform (z.B. 100) und Speichern dieser darin.
Der Adresszähler 1640 aktualisiert und spezifiziert sequentiell die Adressen in dem Direktzugriffsspeicher (RAM) 1620, basierend auf einem Referenztakt, der erzeugt wird von dem Oszillator 1400. Im Übrigen werden die Werte der Daten, die in den Speichern gespeichert sind, spezifiziert durch die individuellen Adressen in dem Direktzugriffsspeicher (RAM) 1620, betrachtet werden, als wären sie initialisiert worden nach dem Starten der Integration.
Der Addierer 1610 addiert die Daten, die in jeder Adresse in dem Direktzugriffsspeicher (RAM) 1620 gespeichert sind, und die Daten, die in digitale Form gewandelt sind durch den A/D-Wandler 1500. Weiter schreibt der Addierer 1610 die addierten Daten in einen Speicher, spezifiziert durch seine entsprechende Adresse für jede Adresse. Der Addierer 1610 addierte nämlich [Daten], die in einem Speicher gespeichert sind, spezifiziert durch die erste Adresse und die Ausgangsdaten, gewandelt in digitale Form durch den A/D-Wandler 1500, um dadurch eine Wiederholungsschreibverarbeitung in seinem Speicher durchzuführen, so dass die Adressen sukzessive aktualisiert und wiederholt spezifiziert werden. So werden die Daten in die Speicher geschrieben, spezifiziert durch die 100 Adressen, so dass die erste Integration durchgeführt ist.
Wenn die 100 Adressen spezifiziert worden sind, spezifiziert der Adresszähler 1640 die initiale Adresse des Direktzugriffsspeichers (RAM) 1620 wiederum von dem Beginn.
Wenn ein lichtemittierender Teil in Synchronität (Phase) gesetzt wird mit einem lichtempfangenden Teil, fällt die zweite Integrationsstartzeit zusannen mit der initialen Adresse. Weiter werden die zweiten und späteren Daten sukzessive addiert zu dem Direktzugriffsspeicher (RAM) 1620 in Synchronität mit einer Puls wellenform des reflektierten Lichts. Im Übrigen wird die Anzahl der Male, die die Daten zusammenaddiert werden, gesteuert durch einen Integrationszähler 1800.
Wenn eine vorbestimmte Anzahl von Integrationen abgeschlossen ist, erlaubt der Integrationszähler 1800 dem Vergleicher 1700 integrierte Daten zu transferieren von dem Direktzugriffsspeichergebiet (RAM) 1620 und veranlasst die Rücksetzschaltung 1630, den Eingang von Daten von dem Direktzugriffsspeicher (RAM) 1620 an den Addierer 1610 zu verhindern.
So werden die Daten, die in den Speichern gespeichert sind, spezifiziert durch die individuellen Adressen in dem Direktzugriffsspeicher (RAM) 1620, simultan initialisiert mit dem Ausgang der integrierten Daten an den Vergleicher 1700, so dass die nächste Integration ausgeführt wird.
Unter diesem Betrieb tastet die integrierende Schaltung 1600 das Signal ab, das von dem A/D-Wandler 1500 produziert wird, das in digitale Form gewandelt worden ist, in Synchronität mit dem Referenztakt, der von dem Oszillator 1400 erzeugt wird mehrmalig zu vorbestimmten Zeitintervallen innerhalb eines Zyklus T des jeweiligen Pulslichts, und akkumuliert oder integriert abgetastete Werte, erhalten jede Abtastrunde innerhalb eines Zyklus T über eine Mehrzahl von Zyklen. So ist es möglich, Rauschen zu reduzieren dank des Mittelungseffekts.
Prinzip von [laserdioden-angeregter, Laserstrahl-oszillierenden Vorrichtung]
15 zeigt eine Laseroszillationsvorrichtung 1000, die in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird. Die laseroszillierende Vorrichtung 1000 umfasst eine Laserlichtquelle 100, eine Sammellinse 200, einen Laserkristall 300, ein nicht-lineares, optisches Medium 400, einen Ausgabespiegel 500 und einen Lasertreiber 119.
Die Laserlichtquelle 100 wird verwendet, um einen Laserstrahl zu erzeugen. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Halbleiterlaser verwendet als die Laserlichtquelle 100. In der vorliegenden Ausführungsform fungiert die Laserlichtquelle 100 als Pumplichtgenerator zum Erzeugen einer optischen Grundschwingung.
Der Ausgabespiegel 500 ist so angeordnet, um dem Laserkristall 300 gegenüberzuliegen, mit einem ersten, darauf geformten, dielektrisch reflektierenden Film 310. Die Laserkristall 300-Seite des Ausgabespiegels 500 ist prozessiert in einer Form eines konkaven, sphärischen Spiegels, der einen geeigneten Durchmesser hat, so dass ein zweiter, dielektrisch reflektierender Film 510 auf dem Ausgabespiegel 500 geformt ist. Der zweite, dielektrisch reflektierende Film 510 stellt hohe Reflektivität für eine Oszillationswellenlänge des Laserkristalls 300 und eine hohe Permeabilität für SHG (ZWEITE HARMONISCHE ERZEUGUNG) bereit.
Daher, wenn ein Lichtfluss oder ein Strahlbündel, das von der Laserlichtquelle 100 produziert wird, in den Laserkristall 300 gepumpt wird durch die Sammellinse 200 unter Verwendung des ersten, dielektrisch reflektierenden Films 310 des Laserkristalls 300 und des Ausgabespiegels 500 in Kombination, das Licht zwischen dem ersten, dielektrisch reflektierenden Film 310 und dem Laserkristall 300 und dem Ausgabespiegel 500, so dass das Licht dazwischen für eine lange Zeit gefangen gehalten werden kann. Daher kann das Licht in Resonanz gehalten und verstärkt werden.
In der vorliegenden Ausführungsform wird das nicht-lineare optische Medium 400 in einen optischen Resonator eingefügt, der zusammengesetzt ist aus dem ersten, dielektrisch reflektierenden Film 310 und dem Laserkristall 300 und dem Ausgabespiegel 500.
Zum Beispiel KTP (KTiOPO₄: Kaliumtitanylphosphat), BBO (β-BaB2O₄: β-Typ-Lithiumborat), LBO (LiB₃O₅: Lithiumtriborat) oder ähnliches wird verwendet für das nicht-lineare optische Medium 400. Das nicht-lineare optische Medium 400 ist prinzipiell gewandelt zu 1064 nm zu 532 nm.
Weiter wird KNbO₃ (Kaliumniobat) oder ähnliches ebenfalls verwendet für das nicht-lineare optische Medium 400. In diesem Fall ist das nicht-lineare optische Medium 400 prinzipiell gewandelt zu 946 nm zu 473 nm.
In 15 zeigt ω eine Kreisfrequenz einer optischen Grundschwingung an, und 2ω zeigt die zweite harmonische Erzeugung (SHG) an.
Das Betreiben der Laseroszillationsvorrichtung 1000 wird als nächstes etwas besprochen werden.
16 zeigt die Beziehung zwischen einer invertierten Population und Lichtintensität bei Relaxationsoszillationen einer allgemein verwendeten Laserlichtquelle. Ein Delta N(t) zeigt in 16 die invertierte Population (Gewinn), ϕ(t) zeigt die Lichtintensität an, und die Abszisse zeigt das Vergehen von Zeit an.
Aus 16 kann verstanden werden, dass, wenn die invertierte Population das Maximum erreicht, die initiale Spitze (d.h. erster Puls) ansteigt, um so die maximale Lichtintensität zu produzieren.
Weiter zeigen 17(a), 17(b) und 17(c) jeweils typisches Gewinnschalten, worin 17(a) eine Darstellung ist, die die Beziehung zwischen der Zeit und der Intensität der Anregung zeigt, 17(b) eine Darstellung ist, die die Relation zwischen der Zeit und der Lichtintensität illustriert, und 17(c) eine Darstellung ist, die die Beziehung zwischen der Zeit und der invertierten Population beschreibt.
Aus der Beobachtung dieser Zeichnungen kann verstanden werden, dass die maximale Intensität von Licht produziert wird nach dem Verstreichen einer vorbestimmten Anregungszeit.
Als nächstes ist die Beziehung zwischen der invertierten Population und der Lichtintensität illustriert in 18 in separater Form. Wenn antreibende Leistung, ausgedrückt in einer kontinuierlichen Welle, geliefert wird an einen Halbleiterlaser, dann wird die maximale Lichtintensität produziert in Reaktion auf den ersten Puls. Danach sinkt die Lichtintensität so ab, um gegen eine vorbestimmte Lichtintensität zu konvergieren. Daher erlaubt die Verwendung alleine des ersten Pulses die effizienteste Extraktion von Licht.
Bezugnehmend weiter auf 19(a) und 19(b) wird eine Beschreibung vorgenommen werden für den Fall, in dem die Antriebsleistung, ausgedrückt in einem kontinuierlichen Puls, geliefert wird an einen Halbleiterlaser.
19(a) ist eine Darstellung zur Beschreibung der Beziehung, in der eine Periode T des kontinuierlichen Pulszuges, der geliefert wird an den Halbleiterlaser, die Bedingung erfüllt, dass τ_FL < T – τ ist. In dem vorliegenden Ausdruck bezeichnet τ_FL die Fluoreszenzzeit, und τ bezeichnet die Weite des Pulses.
Im Gegensatz zu 19(a) ist 19(b) eine Darstellung zur Beschreibung der Beziehung, in der die Periode T des kontinuierlichen Pulszuges, der geliefert wird an den Halbleiterlaser, die Bedingung erfüllt, dass τ_FL > T – τ ist.
Aus 19(b) kann verstanden werden, dass eine neue, invertierte Population zu der verbliebenen invertierten Population addiert wird durch Anwenden des nächsten Pulses auf den Halbleiterlaser während τ_FL (Fluoreszenzdauer), wobei nur Licht, das die maximale Lichtintensität aufweist, effizient produziert werden kann auf einer kontinuierlichen Basis.
Die Beziehung zwischen dem Ausgang eines Halbleiterlasers und den Ausgängen davon zu der Zeit, in der das nicht-lineare optische Medium 400 eingefügt ist, wird als nächstes beschrieben werden mit Bezugnahme auf 20(a) bis 20(d).
Die 20(a) ist eine Darstellung zur Beschreibung der Beziehung zwischen dem Strom, der durch den Halbleiterlaser zu konsumieren ist, und dem Ausgang des Halbleiterlasers. Die Beziehung dazwischen ist linear nach dem Fluss eines Offset-Stroms.
Die 20(b) ist eine Darstellung zum Beschreiben der Beziehung zwischen dem Ausgang des Halbleiterlasers und dem Ausgang der optischen Grundschwingung in einem optischen Resonator. Die Beziehung dazwischen ist linear nach dem Fluss eines Offsets.
Die 20(c) ist eine Darstellung zur Beschreibung der Beziehung zwischen dem optischen Grundschwingungsausgang in dem optischen Resonator und einem zweiten, harmonischen Erzeugungs(SHG)-Ausgang zu der Zeit, in der das nichtlineare optische Medium 400 in den optischen Resonator eingefügt ist. Es kann aus 20(c) verstanden werden, dass der zweite, harmonische Erzeugungs (SHG)-Ausgang proportional ist zu dem Quadrat des optischen Grundschwingungsausgangs in dem optischen Resonator nach einem Offset des optischen Grundschwingungsausgangs.
Dementsprechend ist der verbrauchte Strom durch den Halbleiterlaser proportional zu dem Quadrat des zweiten, harmonischen Erzeugungs (SHG)-Ausgangs, wie gezeigt in 20(d).
Daher, wenn das nicht-lineare optische Medium 400 in den optischen Resonator eingefügt ist und Laserantriebsmittel 600 den Halbleiterlaser antreiben, der als die Laserlichtquelle 100 dient, so dass der nächste Antriebspuls angewendet wird in nerhalb τ_FL (Fluoreszenzdauer), kann der Halbleiterlaser oszilliert werden mit hoher Effizienz, wie gezeigt in 21.
Nämlich, wenn der Halbleiterlaser entsprechend der Laserlichtquelle 100 betrieben wird bezüglich einer Pulsweite τ, eines Pulsspitzenstroms I_P und einer Pulsperiode oder -zyklus T, dann wird ein Laserstrahl, der einen Lichtwellenpulsspitzenausgang P^P _SH hat, einer Lichtwellenpulsweite τ' erzeugt.
Der mittlere Strom, der zu dieser Zeit in den Halbleiterlaser fließt, ist I_av, und der mittlere Ausgang des Lichtwellenpulses ist P^av _SH.
Wenn der Lasertreiber 119 kontinuierlich die Laserlichtquelle 100 betreibt (wenn ein kontinuierlicher Ausgang P^cw _SH, der identisch ist zu einem mittleren Pulsausgang P^av _SH, produziert wird), wird die Größe von I_cw als ein kontinuierlicher Arbeitsstrom benötigt.
Daher, wenn die Laserlichtquelle 100 pulsbetrieben wird, um so einen Laserstrahl zu erzeugen entsprechend zu einem Ausgang, der identisch ist zu einer kontinuierlichen Welle, kann ein Strom von I_cw – I_av gespart werden.
Das Laserelement oder die laserdiodenangeregte, laserstrahloszillierende Vorrichtung 1000 weist eine charakteristische, stabil vorherzubestimmende Lichtemission auf, wenn Licht produziert und getrieben wird nach seinen Relaxationsoszillationen, folgend auf die Emission von Spitzenlicht. Daher, wenn die laserstrahloszillierende Vorrichtung pulsbetrieben ist unter Verwendung der Eigenschaft, dann kann sein Lichtemissionsantrieb ausgeführt werden mit weniger Leistungsverbrauch verglichen mit kontinuierlicher Lichtemission, wenn visuell wahrnehmbare Lichtintensität eingestellt wird in einer Art ähnlich zu der kontinuierlichen Lichtemission.
Nämlich, wenn das Pulsantriebsmittel betrieben wird, so dass die Periode T des Antriebspulses der Antriebspulsmittel τ_FL > T – τ erfüllt mit Bezug auf τ_FL (Fluoreszenzzeit), wie beschrieben in dem Paragraph von [Prinzip von laserdiodenangeregter, laserstrahloszillierenden Vorrichtung], auf die oben Bezug genommen wurde, dann kann der Lichtemissionsantrieb implementiert werden mit geringerem Leistungsverbrauch.
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden hierin nachstehend beschrieben werden mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.
Ein Beispiel, in dem die oben beschriebene, laseroszillierende Vorrichtung 1000 angewendet wird auf eine Laserstrahlungsvorrichtung, wird als nächstes beschrieben werden.
[Erste Ausführungsform]
5 ist eine perspektivische Darstellung, die eine Laserstrahlungsvorrichtung 10000 und ein Ziel 2000 zeigt.
Eine optische Konfiguration. und eine elektrische Konfiguration der Laserstrahlungsvorrichtung 10000 werden beschrieben werden.
Wie gezeigt in 6, umfasst die Laserstrahlungsvorrichtung 10000 eine lichtemittierende Einheit 115, eine rotierbare Einheit 116, eine reflektierte Lichtdetektionseinheit 117, eine Steuereinheit (CPU) 118, eine Laserantriebseinheit 119, eine Motorantriebseinheit 120 und eine Anzeige 121.
Die Steuereinheit (CPU) 118 entspricht einem arithmetischen Verarbeitungsmittel.
Die lichtemittierende Einheit 115 wird nun erläutert werden.
Eine Kollimationslinse 126, ein erstes λ/4-doppelbrechendes Element 127 und ein perforierter Spiegel 128 sind hintereinander angeordnet auf einer optischen Achse der laseroszillierenden Vorrichtung 1000 zum Emittieren eines linear polarisierten Strahlbündels oder Fluss von Strahlungslicht von der laseroszillierenden Vorrichtungs 1000-Seite. Der linear polarisierte Fluss von Strahlungslicht, emittiert von der laseroszillierenden Vorrichtung 1000, wird gemacht zu parallelem Licht durch die Kollimationslinse 126, wonach es gewandelt wird in zirkular polarisiertes Licht durch das erste λ/4-doppelbrechende Element 127. Ein zirkular polarisierter Fluss von Strahlungslicht passiert durch den perforierten Spiegel 128, um so emittiert zu werden zu der rotierbaren Einheit 116.
Die rotierbare Einheit 116 lenkt die optische Achse des polarisierten Flusses von Strahlungslicht, das von der lichtemittierenden Einheit 115 einfällt, um 90 Grad ab und führt danach Emissionsscannen durch. Ein Pentaprisma 114 zum Ablenken der optischen Achse des polarisierten Flusses von Strahlungslicht, das einfällt von der lichtemittierenden Einheit 15, um 90 Grad ist vorgesehen auf einem rotierbaren Träger 13, rotiert um die optische Achse des polarisierten Flusses von Strahlungslicht. Ein Zustand von Rotation des rotierbaren Trägers 13 wird detektiert durch einen Kodierer 129, und das Signal, das durch den Kodierer 129 detektiert wird, wird eingegeben zu der Steuereinheit 118.
Ein polarisierter Fluss von Licht, der reflektiert ist von dem Ziel 2000, fällt auf die rotierbare Einheit 116. Der polarisierte Fluss von reflektiertem Licht, der auf das Pentaprisma 114 trifft, wird abgelenkt zu dem perforierten Spiegel 128, der den polarisierten Fluss von reflektiertem Licht in die reflektierte Lichtdetektionseinheit 117 einführt.
Ein kombinationsreflektierendes Element 2150, geformt auf dem Ziel 2000, wird als nächstes mit Bezugnahme auf 7 beschrieben werden.
Das kombinationsreflektierende Element 2150 ist konstruiert durch Stapeln eines retroreflektiven Elements 2110 auf ein Substrat 2130 und Anhaften eines λ/4-doppelbrechenden Elements 2120 an die linke Hälfte davon, gezeigt in der Zeichnung. Das kombinationsreflektierende Element 2150 umfasst einen reflektierenden Teil A, bei dem das retroreflektierende Element 2110 blank belassen ist und das die Polarisationsrichtung eines einfallenden Lichtflusses oder Strahlbündels speichert und es reflektiert, und ein polarisationsrichtungswandlungsreflektives Teil C, an dem das retroreflektive Element 2110 bedeckt ist mit dem λ/4-doppelbrechenden Element 2120, und das verwendet wird, um Polarisationsrichtungswandlung auf das einfallende Lichtstrahlbündel zu bewirken und ein Reflektieren davon.
Wenn der Laserstrahl das kombinationsreflektierende Element 2150 des Ziels 2000 scannt, um Licht auszuwählen, das davon reflektiert wird, und der erste photoelektrische Konverter 134 und der zweite photoelektrische Konverter 135 darin das reflektierte Licht empfangen, wird der Ausgang des zweiten differentiellen Verstärkers 1369 dargestellt, wie in 8 gezeigt. Weiterhin kann eine vorbestimmte, örtliche Beziehung zwischen dem reflektiven Teil A und dem polarisationsrichtungswandlungsreflektierenden Teil C einfach detektiert werden durch Detektieren eines invertierten Signals.
Die reflektierte Lichtdetektionseinheit 117 wird als nächstes beschrieben werden. Eine Sammellinse 130, ein zweites λ/4-doppelbrechendes Element 131, eine Lochblende 132, ein Polarisationsstrahlsplitter 133 und der erste photoelektrische Konverter 134 sind nacheinander angeordnet auf einer reflektierenden, optischen Achse des perforierten Spiegels 128 von der perforierten Spiegel 128-Seite. Weiterhin ist der zweite photoelektrische Konverter 135 angeordnet auf einer reflektierenden optischen Achse des Polarisationsstrahlungssplitters 133. Ausgänge, die von dem ersten photoelektrischen Konverter 134 und dem zweiten photoelektrischen Konverter 135 produziert werden, werden eingegeben zu einer reflektierten Lichtdetektionsschaltung 136.
Der polarisierte Fluss von Licht, der reflektiert wird durch das Ziel 2000, wird abgelenkt um 90 Grad durch das Pentaprisma 114, gefolgt durch Fallen auf den perforierten Spiegel 128. Der perforierte Spiegel 128 reflektiert den reflektierten Fluss von Licht auf die Sammellinse 130. Die Sammellinse 130 erlaubt es dem reflektierten Fluss von Licht, auf das zweite λ/4-doppelbrechende Element 131 als fokussiertes Licht aufzutreffen. Der polarisierte Fluss von reflektiertem Licht kehrt zurück, wie das zirkular polarisierte Licht gewandelt wird in linear polarisiertes Licht durch das zweite λ/4-doppelbrechende Element 131, gefolgt durch Fallen auf die Lochblende 132. Da der jeweilige polarisierte Fluss von reflektiertem Licht λ/2 außer Phase ist mit dem polarisierten Fluss von Licht, das reflektiert ist durch den reflektierenden Teil A, wie oben beschrieben, sind die zwei polarisierten Flüsse von reflektiertem Licht, jeder gewandelt in das linear polarisierte Licht durch das zweite λ/4-doppelbrechende Element 131, unterschiedlich voneinander in der Ebene der Polarisation um 90 Grad.
Die Lochblende 132 hat die Funktion, das Eindringen von ungewolltem Fluss von reflektiertem Licht zu verhindern, dessen optische Achse verschoben ist von dem polarisierten Fluss von Strahlungslicht, das von dem Hauptkörper emittiert ist, d.h. ein Lichtfluss, reflektiert von einem unnötigen Reflektor oder einem anderem als dem Ziel 2000 in den ersten photoelektrischen Konverter 134 und den zweiten photoelektrischen Konverter 135. Der polarisierte Fluss von reflektiertem Licht, der durch die Lochblende 132 transmittiert wird, tritt in den Polarisationsstrahlungssplitter 133 ein.
Der Polarisationsstrahlungssplitter 133 hat die Funktion, das Lichtstrahlbündel aufzuteilen in sich kreuzende, polarisierte Komponenten. Der Polarisationsstrahlungssplitter 133 transmittiert durch sich einen polarisierten Fluss von reflektiertem Licht (der sich in Polarisationsrichtung um 180 Grad unterscheidet von dem polarisierten Fluss von Strahlungslicht, das emittiert wird von der laseroszillierenden Vorrichtung 1000) ähnlich zu dem polarisierten Fluss von Strahlungslicht, das davon emittiert wurde, und reflektiert einen polarisierten Fluss von reflektiertem Licht, der sich in der Polarisationsrichtung um 90 Grad unterscheidet von dem polarisierten Fluss von reflektiertem Licht, der von der laseroszillierenden Vorrichtung 1000 emittiert wurde. Weiter empfangen der erste photoelektrische Konverter 134 und der zweite photoelektrische Konverter 135 jeweils darin die aufgeteilten, polarisierten Flüsse von reflektiertem Licht.
Die Zustände von Lichtempfang durch den ersten und zweiten photoelektrischen Konverter 134 und 135 werden beschrieben werden. Nämlich, wenn der polarisierte Fluss von Licht, das reflektiert ist durch den polarisationsrichtungswandlungsreflektierenden Teil des Ziels 2000, auf die reflektierte Lichtdetektionseinheit 117 fällt, wird die Quantität von Licht, die in den ersten photoelektrischen Konverter 134 eingeführt wird, größer als die Quantität von Licht, die in den zweiten photoelektrischen Konverter 135 eingeführt wird, von der Beziehung zwischen dem zweiten λ/4-doppelbrechenden Element 131. und dem Polarisationsstrahlungssplitter 133. Auf der anderen Seite, wenn der polarisierte Fluss von Licht, das reflektiert ist durch den Reflektor oder den unerwünschten Reflektor des Ziels 2000, auf die reflektierte Lichtdetektionseinheit 117 fällt, wird die Quantität von Licht, das in den zweiten photoelektrischen Konverter 135 eingeführt wird, größer als die Quantität von Licht, die in den ersten photoelektrischen Konverter 134 eingeführt wird.
Dementsprechend kann die reflektierte Lichtdetektionsschaltung 136 identifizieren, basierend auf der Differenz zwischen den Signalen, die von dem ersten und zweiten photoelektrischen Konverter 134 und 135 produziert werden, ob der einfallende polarisierte Fluss von reflektiertem Licht reflektiert worden ist von dem reflektiven Teil A des Ziels 2000 oder von dem polarisationsrichtungswandlungsreflektierenden Teil C.
Daher wendet die Steuereinheit 118 einen Laserstrahl in der Zielrichtung so an, um Steuerung auszuführen, wie z.B. Scannen oder ähnliches.
[Zweite Ausführungsform]
Eine Laserstrahlungsvorrichtung 20000 gemäß einer zweiten Ausführungsform wird als nächstes beschrieben werden.
Die 9 und 10 zeigen die Laserstrahlungsvorrichtung 20000. Ihr Körper ist geformt in der Form eines Zylinders und gestützt durch vier Stützbeine. Ein Laseroszillationssystem 1100 ist befestigt innerhalb des zylindrischen Körpers der Laserstrahlungsvorrichtung 20000, um so schwenkbar zu sein in die beiden vertikalen und horizontalen Richtungen. Das Laseroszillationssystem 1100 ist konfiguriert, so dass ein Laserstrahl, der von der laseroszillierenden Vorrichtung 1000 emittiert wird, in die beiden horizontalen und vertikalen Richtungen angewendet werden kann.
Ein Lichtprojektionsfenster 103, bedeckt mit Glas, ist definiert in der gesamten Oberfläche des Körpers. Der Laserstrahl, der von dem Laseroszillationssystem 1100 emittiert wird, wird angewendet durch das Lichtprojektionsfenster 103. Eine Steuertafel 125 ist bereitgestellt auf der gegenüberliegenden Seite des Lichtprojektionsfensters 103 der Laserstrahlungsvorrichtung 20000.
Ein Lichtempfangsfenster 104 ist definiert in einem Teil oberhalb des Lichtprojektionsfensters 103. Das Lichtempfangsfenster 104 ist so konfiguriert, um dadurch den Laserstrahl zu empfangen, der von einem Ziel 2000 reflektiert ist, und ein Steuersignallicht für Fernsteuerung.
Wie gezeigt in 11 und 12, ist das Laseroszillationssystem 1100 in der Laserstrahlungsvorrichtung 20000 so bereitgestellt, um rotierbar zu sein in den vertikalen und horizontalen Richtungen, durch einen neigbaren Schwenkrahmen 13, der innerhalb des Körpers bereitgestellt ist.
Das Laseroszillationssystem 1100 schließt einen Kodierer 43 ein zur Detektion der Neigung des Laseroszillationssystems 1100 und einen Kippsensor 16 zum Anzeigen eines horizontalen Zustands davon.
Weiterhin ist die laseroszillierende Vorrichtung 1000 fixiert an dem Körper der Laserstrahlungsvorrichtung 20000 und ist konstruiert in einer solchen Art und Weise, dass der Laserstrahl, der von der laseroszillierenden Vorrichtung 1000 emittiert wird, eingeführt wird in das Laseroszillationssystem 1100 durch eine Faser und angewendet wird von dem Laseroszillationssystem 1100. Die Hauptoszillationseinheit der laseroszillierenden Vorrichtung ist an den Körper fixiert, um so Hitzeabstrahlung zu erlauben.
Wie gezeigt in 13, entsprechend zu einem Steuerblockdiagramm, treibt und steuert eine Horizontalniveausteuerung 46 einen Motor 26 eines Horizontalwinkelsteuermechanismus 17 zum Anpassen eines horizontalen Winkels. Eine vertikale Winkelsteuerung 47 treibt und steuert einen Motor 32 eines vertikalen Winkelsteuermechanismus 18 zum Anpassen eines vertikalen Winkels. Eine Steigungssteuerung 48 steuert und treibt einen Motor 38 eines Kippsensorkippmechanismus 19 zum Einstellen einer Steigung in Reaktion auf den Ausgang des Kodierers 43 und ein Signal von einer Steuerung 45, basierend auf dem Kippsensor 16 in Übereinstimmung mit einer Einstellungseinheit 49.
Weiter steuern die horizontale Niveausteuerung 46 und die vertikale Winkelsteuerung 47 den Motor 26 und den Motor 32 in Reaktion auf das Signal, das ausgegeben wird von der Steuerung 45 unter der Wirkung der reflektierten Lichtdetektionsschaltung 136, um dadurch die Position des Ziels 2000 anzupassen.
Wie in 14 gezeigt, wird ein linear polarisierter Laserstrahl, der von dem Laseroszillationssystem 1100 produziert wurde, parallel eingestellt zu einem Laserstrahl 58 durch eine Kollimationslinse 57, um so auf das Ziel 2000 durch die Laserstrahlungsvorrichtung 20000 angewendet zu werden.
Licht 58', das von dem Ziel 2000 reflektiert ist, tritt in die Laserstrahlungsvorrichtung 20000 ein und wird selektiv aufgeteilt durch einen Polarisationsspiegel 132 durch eine Fokussierlinse 104, wonach sie fokussiert werden auf einen photoelektrischen Konverter 134 und einen zweiten photoelektrischen Konverter 135.
Das reflektierte Licht 58' wird reflektiert auf den ersten photoelektrischen Konverter 134 oder transmittiert zu dem zweiten photoelektrischen Konverter 135 durch den polarisierenden Spiegel 132 gemäß der Polarisationsrichtung des linear polarisierten Lichts.
Der erste photoelektrische Konverter 134 und der zweite photoelektrische Konverter 135 beziehen sich auf Teile, die die reflektierte Lichtdetektionsschaltung 136 bilden. Lichtabgefangene Signale, detektiert durch die reflektierte Lichtdetektionsschaltung 136, werden gesendet an die Steuerung 45.
In Übereinstimmung mit den Zuständen des Lichtempfangs durch den ersten photoelektrischen Konverter 134 und den zweiten photoelektrischen Konverter 135 bewirkt die Steuerung 45, dass die Horizontalniveausteuerung 46 den Motor 26 betreibt und steuert in Reaktion auf das Signal, das durch die reflektierte Lichtdetektionsschaltung 136 detektiert wurde, und veranlasst die vertikale Winkelsteuerung 47, den Motor 32 zu steuern und zu betreiben in Reaktion auf das Signal, dadurch bestimmend die Richtung zum Anwenden des Laserstrahls 58, der von der laseroszillierenden Vorrichtung 1000 auf das Ziel 2000 emittiert wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, konstruiert wie oben beschrieben, ist ein optischer Resonator zusammengesetzt aus zumindest einem Laserkristall und einem Ausgabespiegel. Eine Laserlichtquelle pumpt den optischen Resonator, und ein Mittel zum Betreiben von Pulsen treibt die Laserlichtquelle. Ein Strahlungsmittel wendet ein Strahlbündel von Pulslaserlicht, produziert von einer laseroszillierenden Vorrichtung, auf eine Zielvorrichtung an. Ein Detektionsmittel detektiert ein Lichtstrahlbündel, das von der Zielvorrichtung reflektiert ist. Ein arithmetisches Verarbeitungsmittel führt vorbestimmte Operationen aus, basierend auf dem Signal, detektiert durch die Detektionsmittel. Da die Detektionsmittel das reflektierte Lichtstrahlbündel des Pulslaserlichtstrahlbündels detektieren in Synchronität mit einer Periode T eines Antriebspulses der Mittel zum Betreiben von Pulsen, kann das Pulsantreiben zum Bereitstellen geringeren Leistungsverbrauchs verwendet werden an Stelle eines modulierten Signals, wie verglichen mit kontinuierlicher Lichtemission, und das reflektierte Licht kann simultan detektiert werden mit reduzierter Leistung. So kann ein vorteilhafter Effekt hervorgebracht werden, indem die Notwendigkeit der Bereitstellung einer Modulationsvorrichtung außerhalb eliminiert ist, so dass die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung simplifiziert werden kann in Hinblick auf Mechanismen.
Weiter kann die vorliegende Erfindung einen vorteilhaften Effekt hervorbringen, indem extern eintretendes Störlicht eliminiert werden kann und Signallicht stabil detektiert werden kann.
Weiterhin bringt die vorliegende Erfindung einen vorteilhaften Effekt hervor, indem, da die Periode T der Antriebspulse der Mittel zum Betreiben von Pulsen τ_FL > T – τ erfüllen kann mit Bezug auf τ_FL (Fluoreszenzzeit), der optische Resonator gepumpt werden kann in Übereinstimmung mit einem Laserstrahl, der eine maximierte Lichtintensität aufweist aufgrund eines ersten Pulses, so dass der Laserstrahl mit hoher Effizienz erzeugt werden kann.

Claims

Laserstrahlungslicht detektierende Vorrichtung aufweisend: a) eine Laseroszillationsvorrichtung (1000) aufweisend: – eine Laserlichtquelle (100), um ein Strahlbündel aus Pulslaserlicht zu erzeugen; – einen optischen Resonators, um ein Strahlbündel aus Pulslaserlicht in Resonanz zu versetzen und zu verstärken, wobei der optische Resonator mindestens einen Laserkristall (300) und einen Ausgabespiegel (500) umfasst; b) Mittel zum Betreiben von Pulsen (119), um einen Antriebspuls zum Betreiben der Laserlichtquelle (100) zu erzeugen; c) Strahlungsmittel (10000) zum Bestrahlen einer Zielvorrichtung (2000), wobei die Strahlungsmittel (10000) Mitteln zum Rotieren (120, 13, 116) zum Rotieren eines Strahlbündels aus Pulslaserlicht aufweisen; d) Detektionsmittel (117) zum Detektieren eines Strahlbündels aus Pulslaserlicht, reflektiert von der Zielvorrichtung (2000), wobei die Detektionsmittel (117) ein reflektiertes Strahlbündel aus Pulslaserlicht in Synchronität mit einer Periode T, entsprechend eines Antriebpulses von den Mittel zum Betreiben von Pulsen (119), detektieren; und e) arithmetische Verarbeitungsmittel (118) zum Ausführen vordefinierter Operationen, basierend auf einem Signal, das durch die Detektionsmittel (117) detektiert wird; dadurch gekennzeichnet, dass ein Antriebpuls eine Pulsweite τ, bezogen auf die Dauer der Fluoreszenz τ_FL des Antreibpulses, aufweist, derart dass die Periode T des Antriebpulses durch die Beziehung τ_FL > T – τ definiert ist.
Laserstrahlungslicht detektierende Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der optische Resonator (300, 500) ein nichtlineares, optisches Medium (400) umfasst, eingefügt darin, um eine zweite Harmonische zu erzeugen.
Laserstrahlungslicht detektierende Vorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Mittel zum Detektieren (117) Mittel zum Detektieren einer Grundschwingung einer Antriebspulsfrequenz von dem Mittel zum Betreiben von Pulsen (119) umfassen.
Laserstrahlungslicht detektierende Vorrichtung gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Mittel zum Detektieren (117) Werte eines Signals, das repräsentativ für ein reflektiertes Strahlbündel aus Pulslaserlicht ist, bei vorbestimmten Zeitintervallen innerhalb der Periode T abtasten und die abgetasteten Werte über eine Mehrzahl von Zyklen des reflektierten Strahlbündels aus Pulslaserlicht integrieren.