JP2009133529A - レーザ光照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、かつ手間や時間のかかる調整作業などを必要とせずに、所望の断面パターンのレーザ光を照射できるようする。
【解決手段】レーザ光照射装置のケース１内には、その一方の端部に半導体レーザダイオード２が設けられている。また、このケース１の大口径の開口部１ａ側には、段部１ｃを有する部品取付部１ｂが形成され、これに凸レンズ３が設けられているが、さらに、この凸レンズ３よりも奥部に横方向の絞り板４が設けられており、この絞り板４が凸レンズ３，Ｏリング５とともに、この部品取付部１ｂにねじ込まれる固定リング６により、段部１ｃに押し付けられて固定されている。従って、固定リング６を取り外すことにより、絞り板４を所望のものに交換することができる。この絞り板４によって凸レンズ３の開口度が変化し、これにより、半導体レーザダイオード２からのレーザ光を絞り込むことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ光を照射するレーザ光照射装置に係り、特に、レーザ光を照射して射撃訓練を行なう射撃訓練装置などに用いて好適なレーザ光照射装置に関する。

射撃などの模擬訓練を実施するためのレーザ光の照射による射撃訓練装置は、車両や火器などに設置され、また、使用者に携帯されて使用され、車両に装着されるものとしては。レーザ光の送信装置や受信装置，制御装置，表示装置などから構成されている。

射撃の模擬訓練の場合には、その一例として、レーザ光照射装置から反射型標的板に向かってレーザ光を照射し、この反射型標的板を射撃するものであって、この反射型標的板で反射されたレーザ光は受光装置で受光され、その受光装置でのレーザ光の受光結果に応じてレーザ光が反射型標的板に命中したか否かを判定するようにした技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１に記載の技術では、この受光装置の受光面全体にわたって複数のセンサが等間隔（均一）に配置されており、反射型標的板で反射されたレーザ光は、受光装置において、そこに設けられている集光装置で集光されて受光装置の集光面で複数のセンサで受光される。ここで、反射型標的板が近距離に設置される場合と遠距離に設置される場合とで使用される受光装置では、その受光面に配置されるセンサの間隔を異ならせることにより、近距離の射撃訓練でも、また、遠距離の射撃訓練でも、レーザ光が反射型標的板に当たったときにこの反射型標的板で反射されるレーザ光を受光する受光装置でのセンサの個数が等しくなるようにし、受光装置での受光量、従って、この受光量に応じた検出信号のレベルが等しくなるようにして命中情報などの解析、処理が正確に行なうことができるようにしている。
特開２００３ー１８５３９４号公報

ところで、上記特許文献１に記載の技術では、レーザ光照射装置から照射されるレーザ光の断面パターン（レーザ光の光軸と直交する面（以下、光軸直交面という）でのパターン）は、発光素子である半導体レーザダイオードの発光面の形状や発散角によってある程度決まる。

図８は従来のレーザ光照射装置から照射されるレーザ光の光軸に平行な２つの互いに直交する面（光軸面という）に沿うレーザパターンを模式的に示す図であって、同図（ａ）は水平面に垂直な方向（以下、縦方向という）での光軸に沿う光軸面（以下、これを縦方向光軸面という）でのレーザパターンを、同図（ｂ）はこの縦方向に垂直な方向（以下、横方向という）での光軸に沿う光軸面（以下、これを横方向光軸面という）でのレーザパターンを夫々示す図である。

ここで、縦方向光軸面や横方向光軸面でのレーザパターンは、光強度がある閾値以上の領域をいうものであって、図８（ａ），（ｂ）に示すように、発散角に応じたレーザ光の拡散により、レーザ光照射装置からの距離Ｄに応じてその幅（パターン幅）が広がっていき、最大のパターン幅となると、発散がさらに進むことにより、レーザ光での周辺部の光強度が上記の閾値よりも小さくなり、最大幅となる距離Ｄ_L，Ｄ_Sを越えると、そのパターン幅は次第に縮まっていく。

半導体レーザダイオードの発光面の形状やこの発光面からのレーザ光出射特性に応じて、半導体レーザダイオードからレンズを介して出射されるレーザ光の縦，横方向での発散角に違いが生じ、これにより、レーザ光を数１００ｍから数ｋｍといった長距離照射すると、レーザ光の縦方向光軸面と横方向光軸面とで、図８（ａ），（ｂ）に示すように、レーザパターンの最大幅となる距離Ｄ_L，Ｄ_Sが異なるし、また、これらの最大幅も異なる。このために、通常レーザ光照射装置からのいずれの距離Ｄにおいても、その距離Ｄにおける断面パターンの縦，横方向のパターン幅が異なることになり、この断面パターンは対称な形状とはならない。

なお、ここでは、半導体レーザダイオードからレンズを介して出射される（以下では、これを半導体レーザダイオードから出射されるという）レーザ光の発散角が、縦方向で大きく、横方向で小さいものとしている。

このように、レーザ光の断面形状が対称な形状とはならない、即ち、非対称な形状をなすと、例えば、断面パターンが楕円形状をなすレーザ光を照射するレーザ光照射装置を射撃訓練に用いた場合、レーザ光が標的に当たらないのに、当たったというご判定がなされるような事態が生ずる場合もある。

図９はかかる事態を説明する図であって、図示するように、断面パターンが円形状のレーザ光１０１では、標的１００の左辺からわずかにはずれているような場合でも、断面パターンが横長の楕円形状のレーザ光１０２の場合には、その右部が標的の左辺の部分に当たることもあり、この場合には、標的に当たったと判定されることになる。

このように、レーザ光の断面パターンはその発光素子としての半導体レーザダイオードの発光面の形状と発散角とである程度決まり、例えば、対称な形状のような希望する形状の断面パターンのレーザ光を発生させるためには、半導体レーザダイオードの選定やこれとレンズとの間の距離の調整による焦点位置の調整などが行なわれており、手間や時間がかかる部品選定や調整といった手間や時間がかかる作業を必要としていた。

本発明の目的は、かかる問題を解消し、簡単な構成で、かつ手間や時間のかかる調整作業などを必要とせずに、所望の断面パターンの光信号を照射できるようにしたレーザ光照射装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、レーザ光を出射する発光素子と、発光素子から出射されたレーザ光が通過するケースと、ケース内に取り付けられたレンズと、ケース内のレンズの内側に設けられた絞り部とを備え、レーザ信号を絞り部とレンズを介して照射することを特徴とするものである。

本発明によると、絞り部を設けてレーザ光の絞り機能を簡単で安価な構成の付加により、従来の発光素子の選定や焦点位置の調整といった手間や時間がかかる作業を行なうことなく、光信号の照射目標に対応した所望の断面パターンを取得することが可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。

図１は本発明によるレーザ光照射装置の第１の実施形態を示す横方向断面図であって、１はケース、１ａは開口部、１ｂは部品取付部、１ｃは段部、２は半導体レーザダイオード、３は凸レンズ、４は横方向絞り板、５はＯリング、６は固定リングである。

同図において、筒状をなしたケース１は、その一方の端部側が小さい直径であって、この端部に半導体レーザダイオード２が取り付けられており、他方の端部側が大きい直径であって、開口されている。この開口部１ａ側に段部１ｃを有する大径の部品取付部１ｂが形成されている。この部品取付部１ｂ内には、横方向絞り板４，凸レンズ３，Ｏリング５がこの順に嵌め込まれており、固定リング６がねじ込まれることにより、これら横方向絞り板４，凸レンズ３，Ｏリング５が段部１ｃに押し付けられて固定されている。

半導体レーザダイオード２からは、図８（ａ），（ｂ）に示すように、縦方向光軸面内と横方向光軸面内とで異なる拡散角で拡散するレーザ光７’が出射されるが、この場合、横方向絞り板４は、図２に示すように、開口部１ａの横方向両側に設けられた絞り板４ａ，４ｂとからなるものであって、半導体レーザダイオード２から出射されたレーザ光７’は、その左右側が絞り込まれることになる。これにより、凸レンズ３の開口度（開口部の大きさ）が変化してレーザ光７’の横方向の発散角が変更され、凸レンズ３からは横方向の発散角が狭まったレーザ光７が出射されることになる。

ここで、固定リング６を取り外すことにより、凸レンズ３や横方向絞り板４，Ｏリング５を部品取付部１ｂから取り外すことができ、絞り量が異なる横方向絞り板４を準備しておくことにより、横方向絞り板４を交換することができる。

このようにして、横方向の所定の絞り量の横方向絞り板４を用いることにより、凸レンズ３の開口度が変化してレーザ光７の横方向の発散角を縦方向の発散角に等しくなるようにすることができ、図８に示すレーザパターンの場合、レーザ光の横方向の発散角が小さくなり、少なくとも横方向光軸面でのレーザパターン（図８（ｂ））のパターン幅が最大となる距離Ｄ_Sまでは、いずれの距離Ｄにおいても、そのパターン幅が縦方向光軸面でのレーザパターン（図８（ａ））でのパターン幅とほぼ等しくすることが可能となる。従って、断面パターンが対称な形状などの所望の形状のレーザ光を凸レンズ３から出射させるようにすることができる。なお、上記の距離Ｄ_Sは、例えば、数１００ｍ〜数ｋｍである。

ここで、凸レンズ３は一方のレンズ面がほぼ平面状をなし、このほぼ平面状のレンズ面が平面状の面をなす横方向絞り板４を部品取付部１ｂの平面状の段部１ｃに押し付けるようにして取り付けられている。この押し付けは、固定リング６の捩じ込みによって行なわれるが、これにより、この横方向絞り板４の面と段部１ｃの面とが密着されることになる。また、Ｏリング５は凸レンズ３の曲面状のレンズ面側に配置され、このＯリング６に固定リング６が当接し、この固定リング６の捩じ込みによってＯリング６が凸レンズ３や横方向絞り板４を部品取付部１ｂの段部１ｃに押し付ける。

このような各部品の部品取付部１ｂへの取り付けにより、横方向絞り板４によってケース１の内部が密閉されることになり、高い防水性が得られることになる。また、凸レンズ３と横方向絞り板４と部品取付部１ｂの段部１ｃとが面状に密着するものであるから、機械的な強度も増し、外部からの衝撃などに対して耐環境性が優れたものとなる。

なお、凸レンズ３と横方向絞り板４との配置関係を上記とは逆にすると、この横方向絞り板４と凸レンズ３の曲面状のレンズ面とが接触することになるため、横方向絞り板４は凸レンズ３のレンズ面と線状に接触することになり、外部からの衝撃に対して影響され易くなり、充分な耐環境性が得られなくなるし、防水性も劣化することになる。

ところで、以上はレーザ光の横方向の発散角を絞り込むものであったが、図３に示すように、縦方向上下に配置される絞り板８ａ，８ｂからなる縦方向絞り板８を用いることにより、レーザ光の縦方向の発散角を絞り込むことができ、縦方向のパターン幅を絞り込むようにすることもできる。

図４は本発明によるレーザ光照射装置の第２の実施形態を示す横方向断面図であって、図１〜図３に対応する部分には同一符号をつけて重複する説明を省略する。

同図において、この第２の実施形態では、部品取付部１ｂに横方向絞り板４（図２）と縦方向絞り板８（図３）とを重ねて取り付けたものである。この場合も、これら横方向絞り板４と縦方向絞り板８とは、いずれかが部品取付部１ｂの段部１ｃに密着するように、凸レンズ３よりもこの段部１ｃ側に配置される。

図５はこの第２の実施形態の横方向絞り板４と縦方向絞り板８との取り付け状態を正面から見た図であって、図２，図３に対応する部分には同一符号をつけている。

同図において、横方向絞り板４の絞り板４ａ，４ｂは横方向両側に設けられ、縦方向絞り板８の絞り板８ａ，８ｂは縦方向両側に設けられている。これにより、凸レンズ３の開口度が変化して狭くなり、半導体レーザダイオード２（図４）からのレーザ光は、横方向絞り板４の絞り板４ａ，４ｂによって横方向の拡散角が絞り込まれてそのパターン幅が絞り込まれ、これと同時に、縦方向絞り板８の絞り板８ａ，８ｂにより、縦方向の拡散角が絞り込まれてそのパターン幅が絞り込まれる。これにより、レーザ光の断面パターンがこれら横方向絞り板４と縦方向絞り板８とによって決まることになる。

このように、この第２の実施形態では、レーザ光の横方向と縦方向の拡散角が絞り込まれてそれらのパターン幅が絞り込まれることにより、この絞り込みに応じた断面パターンが得られることになり、従って、使用する横方向絞り板４と縦方向絞り板８とを適宜選択することにより、所望とする断面パターンのレーザ光を得ることができる。

図６は本発明によるレーザ光照射装置の第３の実施形態を示す断面図であって、１ｄ，１ｅは貫通孔、９は縦方向絞り板、９ａ，９ｂは絞り板、１０ａ，１０ｂは絞り駆動部、１１は操作部であり、前出図面に対応する部分には同一符号をつけて重複する説明を省略する。

同図において、ケース１の縦方向上下部分には夫々、部品取付部１ｂの段部１ｃに近い位置に、このケース１の内面まで貫通する貫通孔１ｄ，１ｅが形成されており、縦方向絞り板９の絞り板９ａ，９ｂが設けられた絞り駆動部１０ａ，１０ｂが夫々、これら絞り板９ａ，９ｂがケース１の内部に突出するように、これら貫通孔１ｄ，１ｅ内に嵌め込み固定されている。これにより、凸レンズ３の開口度が変化し、半導体レーザダイオード２から出射されるレーザ光（図示せず）は、図３に示す縦方向絞り板９が設けられた第１の実施形態と同様、その縦方向の発散角が絞り込まれ、その縦方向のパターン幅が絞り込まれることになる。なお、凸レンズ３が、Ｏリング５を介して、固定リング６によって部品取付部１ｂの段部１ｃに押し付け固定されている。

絞り駆動部１０ａ，１０ｂは、操作部１１から操作信号が供給され、この操作信号に応じて絞り板９ａ，９ｂを縦方向（上下方向）に駆動する（移動させる）ものであり、これにより、凸レンズ３の縦方向の開口度が変化し、レーザ光の縦方向の絞り量が変化する。

図７は図６における絞り駆動部１０ａ，１０ｂの一具体例を示す構成図であって、１２は絞り板保持部、１３はサーボモータ、１４は制御部であり、図６に対応する部分には同一符号をつけて重複する説明を省略する。なお、ここでは、絞り駆動部１０ａを代表にして説明する。

同図において、絞り駆動部１０ａでは、絞り板９ａを保持する絞り板保持部１２が、絞り駆動部１０ａ内で上下方向に移動可能に取り付けられており、サーボモータ１３とギヤ機構によって連結されている。また、絞り駆動部１０ａには、制御部１４が設けられており、操作部１１からの操作信号が制御部１４に供給されることにより、サーボモータ１３を駆動する絞り量制御信号が生成される。

操作部１１からの操作信号に応じて、制御部１４で絞り量制御信号が生成され、この絞り量制御信号により、サーボモータ１３がこの操作信号に応じた所定回転量だけ回転すると、絞り板保持部１２がこれに応じて上下方向に駆動され、従って、絞り板９ａが、サーボモータ１３の回転方向に応じて上方向または下方向に、サーボモータ１３の所定回転量に応じた距離だけ移動する。絞り駆動部１０ｂについても、同様に、制御部１４で生成された絞り量制御信号が供給されるが、この絞り駆動部１０ｂは、絞り板１０ｂを上側の絞り板９ａとは逆方向に、同じ距離だけ移動させる。以上の動作により、凸レンズ３の開口度が変化する。

このようにして、操作部１１からの操作信号に応じた絞り量制御信号が制御部１４から供給されると、絞り駆動部１０ａ，１０ｂでは、サーボモータ１３がこの絞り量制御信号で指定される絞り量に応じた方向に、この絞り量に応じた距離だけ絞り板９ａ，９ｂを移動させるものであって、これにより、凸レンズ３の開口度が変化してレーザ光の縦方向の絞り量をこの指定された絞り量の状態にする。

ここで、横方向絞り板についても、同様にして、絞り駆動部を用いて夫々の絞り板を駆動するようにすることにより、凸レンズ３の横方向の開口度が変化し、レーザ光の横方向の発散角が変化してパターン幅を変化させることができる。

そこで、このように、縦方向絞り板と横方向絞り板とを用いることにより、レーザ光の断面パターンの大きさを変化させることができ、レーザ光を用いて射撃をする場合、照射状況に応じて、縦方向絞り板９と横方向絞り板による絞り量を制御することにより、凸レンズ３の開口度が変化してレーザ光の発散角が変化し、断面パターンの大きさを変化させることができる。

ところで、例えば、標的などの照射目標にレーザ光を照射する（当てる）場合、このレーザ光が照射目標にのみ照射される（当たる）ようにするためには、照射目標までの距離に応じてレーザ光のレーザパターン（縦／横方向光軸面でのレーザパターン）を変化させることが必要である。例え場、前述の距離Ｄｓでのレーザパターンを一定とした場合、距離Ｄ_Sの照射目標が遠方にあるときには、レーザパターンを狭くし、近距離にあるときには、レーザパターンを広くする必要がある。また、同じ距離に設置された標的であっても、狭い標的もあるし、広い標的もあり、これに応じてレーザパターンの広さを変化させる必要がある。また、レーザ照射装置がどのような射撃装置を模しているかによっても、レーザパータンを変化させる必要がある。

この第３の実施形態では、水平方向絞り板や垂直方向絞り板による絞り量を制御することにより、これを達成することができる。この場合、照射目標までの距離や照射目標の大きさに応じた凸レンズ３の開口度、従って、水平方向絞り板や垂直方向絞り板による絞り量を求め、この絞り量に応じた絞り量制御信号を設定しておき、この第３の実施形態を使用するに当たり、使用者がこのときの照射目標までの距離や照射目標の大きさに関する情報を操作部１１で入力操作することにより、この入力情報に応じた絞り量制御信号が制御部１４で発生され、この絞り制御信号によって水平方向絞り板や垂直方向絞り板を制御し、かかる照射目標に応じた絞り量を設定するようになる。

このことは、上記の第１，第２の実施形態の場合も同様であり、照射目標までの距離や照射目標の大きさ毎に水平方向絞り板や垂直方向絞り板を予め決めておき、用いる照射目標に応じて該当する水平方向絞り板や垂直方向絞り板を選択し、図１，図４に示すようにケース１に取り付けるようにする。

本発明によるレーザ光照射装置の第１の実施形態を示す横断面図である。 図１における横方向絞り板の取り付け状態を正面から見た図である。 図１における縦方向絞り板の取り付け状態を正面から見た図である。である。 本発明によるレーザ光照射装置の第２の実施形態を示す横断面図である。 図４における横方向絞り板と縦方向絞り板との取り付け状態を正面から見た図である。 本発明によるレーザ光照射装置の第３の実施形態を示す縦断面図である。 図６における絞り駆動部の一具体例を示す構成図である。 半導体レーザダイオードから照射されるレーザ光の縦方向光軸面と横方向光軸面とでのレーザパターンを模式的に示す図である。 レーザ光の標的に対する位置関係を示す図である。

符号の説明

１ ケース
１ａ 開口部
１ｂ 部品取付部
１ｃ 段部
１ｄ，１ｅ 貫通孔
２ 半導体レーザダイオード
３ 凸レンズ
４ 横方向絞り板
４ａ，４ｂ 絞り板
５ Ｏリング
６ 固定リング
８ 縦方向絞り板
８ａ，８ｂ 絞り板
９ 縦方向絞り板
９ａ，９ｂ 絞り板
１０ａ，１０ｂ 絞り駆動部
１１ 操作部
１２ 絞り板保持部
１３ サーボモータ
１４ 制御部

Claims (1)

1. レーザ光を出射する発光素子と、
   該発光素子から出射されたレーザ光が通過するケースと、
   該ケース内に取り付けられたレンズと、
   該ケース内の該レンズの内側に設けられた絞り部と
   を備え、
   該レーザ信号を該絞り部と該レンズを介して照射することを特徴とするレーザ光照射装置。

Images