JP3600763B2 - ウェッジプリズムの照射位置制御方法および装置 - Google Patents
ウェッジプリズムの照射位置制御方法および装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一対のウェッジプリズムの回転角度を操作して、偏向された光の照射位置を制御するウェッジプリズムの照射位置制御方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学システムの中でビームの操作用途に用いられるウェッジプリズムが知られている。図１１は、ウェッジプリズム１を示すものである。図中（ａ）はウェッジプリズム１の平面図を示し、図中（ｂ）はウェッジプリズム１の主断面（稜線Ｓに対して垂直な断面）を示す。このウェッジプリズム１は、頂角（ウェッジ角）ｗの小さな薄いプリズムレンズで、ウェッジプリズム１の第１面にビームが垂直に入射するとビームを偏角δで偏向する。
【０００３】
図１２は、２枚のウェッジプリズム１，２を組み合わせた場合のビームの偏向を示したものである。２枚のウェッジプリズム１，２を近接配置して、中心軸の回りに２枚のウェッジプリズム１，２を別々に回転させた場合、所定の尖った円錐体の内部の任意の方向にビームが偏向し、円錐体の底面となる平面３上の任意の位置を照射することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、照射位置Ｑに受光器を配置し、受光器が移動した場合であっても、受光器の中心に照射位置Ｑをもっていくように制御すると、ウェッジプリズム１，２の回転角から移動した受光器の変位を知ることができる。
【０００５】
そこで、本発明は、ウェッジプリズムの特性を考慮して、ウェッジプリズムによって偏向された光の照射位置を、目標（受光器の中心）に確実にもっていくことができるウェッジプリズムの照射位置制御方法および装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照番号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものでない。
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明者は、一対のウェッジプリズム（１，２）の差角（相対角）を一定に保ったまま回転すると、照射位置はウェッジプリズム（１，２）の中心線の延長線と目標が配置される平面との交点（Ｐ）を中心にした円状の軌跡を描くこと、および一対のウェッジプリズム（１，２）を反対方向に等しい角度回転させて差角を変化すると、照射位置は前記交点（Ｐ）を通る略直線状の軌跡を描くことに着目し、照射位置（Ｑ）と目標（Ｏ）とを比較して、照射位置（Ｑ）が目標（Ｏ）に一致するように、照射位置（Ｑ）を平面極座標のｒ，ψ方向に移動した。
【０００９】
すなわち、請求項１の発明は、受光器（７）で検出した第一の位置ベクトル（ｖ１）と、ウェッジプリズム（１，２）の回転角から算出した第二の位置ベクトル（ｖ０）とに応じて、受光器（７）の中心（Ｏ）に照射位置（Ｑ）をもっていくようにウェッジプリズム（１，２）の回転角を決定した。具体的には、一対のウェッジプリズム（１，２）の回転角度を操作して、この一対のウェッジプリズム（１，２）によって偏向された光の受光器（７）上の照射位置を制御するウェッジプリズムの照射位置制御方法であって、前記受光器（７）の中心（Ｏ）を始点とし、前記照射位置（Ｑ）を終点とする第一の位置ベクトル（ｖ１）を検出する検出工程（Ｓ３）と、前記一対のウェッジプリズム（１，２）の中心線を延長した線と前記受光器（７）との交点（Ｐ）を始点とし、前記照射位置（Ｑ）を終点とする第二の位置ベクトル（ｖ０）を前記一対のウェッジプリズム（１，２）の回転角から算出する算出工程（Ｓ２）と、前記第一の位置ベクトル（ｖ１）および前記第二の位置ベクトル（ｖ０）に応じて、前記受光器（７）の中心（Ｏ）に前記照射位置（Ｑ）がくるように前記一対のウェッジプリズム（１，２）の回転角度を決定する角度決定工程（Ｓ４，Ｓ５）とを備え、さらに、前記ウェッジプリズムの角度決定工程（Ｓ４，Ｓ５）は、前記第一の位置ベクトル（ｖ１）の方向と前記第二の位置ベクトル（ｖ０）の方向とが一致するように、差角（Δψ）を一定に保った前記一対のウェッジプリズム（１，２）の回転角度を決定する方向角決定工程（Ｓ４）と、前記第一の位置ベクトル（ｖ１）の絶対値が小さくなるように、前記一対のウェッジプリズム（１，２）の差角（Δψ）を決定する差角決定工程（Ｓ５）と、を備えることを特徴とする。ここで、受光器（７）には、２軸光電センサ等のフォトセンサ、ＣＣＤカメラ等の撮影素子を用いることができる。
【００１１】
この発明によれば、方向角決定工程（Ｓ４）で、第一の位置ベクトル（ｖ０）と第二の位置ベクトル（ｖ１）との方向（平面極座標での角度ψ）を一致させるウェッジプリズムの回転角度を決定する。そして、差角決定工程（Ｓ４）で第一の位置ベクトル（ｖ０）の絶対値を小さくするウェッジプリズム（１，２）の差角（Δψ）を決定する。したがって、照射位置（Ｑ）を受光器（７）の中心（Ｏ）にもっていくことができる。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１に記載のウェッジプリズムの照射位置制御方法において、前記算出工程は、一対のウェッジプリズム（１，２）それぞれの偏角δ１，δ２、角度検出手段（１２ａ，１２ｂ）により取得された前記一対のウェッジプリズム（１，２）それぞれの回転角ψ１，ψ２、およびウェッジプリズム（１，２）から前記受光器（７）までの距離Ｌを入力し、下記の計算式を用いて前記第二の位置ベクトルの終点の座標（Ｘ，Ｙ）を算出することを特徴とする。
【００１３】
Ｘ＝（δ１ｃｏｓψ１＋δ２ｃｏｓψ２）×Ｌ
Ｙ＝（δ１ｓｉｎψ１＋δ２ｓｉｎψ２）×Ｌ
一般に、ウェッジプリズム（１，２）を組み合わせた場合の照射位置（Ｑ）を厳密に算出するのには困難が伴う。ウェッジプリズム（１）により偏向された光は、ウェッジプリズム（２）に入射する際、主断面内にないビーム（スキュウビーム）として入射し、このスキュウビームの屈折はかなり複雑であるからである。本発明者は、ウェッジプリズム（１，２）が頂角の小さなプリズムで、偏角δ１，δ２が微少であること、また、組み合わされるウェッジプリズム（１，２）は近接して配置されていることから、照射位置（Ｑ）を上述の簡単な計算式を用いて算出した。
【００１４】
請求項３の発明は、一対のウェッジプリズム（１，２）の回転角度を操作して、この一対のウェッジプリズム（１，２）によって偏向された光の受光器（７）上の照射位置（Ｑ）を制御するウェッジプリズムの照射位置制御装置であって、前記受光器（７）の中心（Ｏ）を始点とし、前記照射位置（Ｑ）を終点とする第一の位置ベクトル（ｖ１）を検出する検出手段と、前記一対のウェッジプリズム（１，２）の中心線を延長した線と受光器（７）との交点（Ｐ）を始点とし、前記照射位置（Ｑ）を終点とする第二の位置ベクトル（ｖ０）を算出する演算手段と、第一の位置ベクトル（ｖ１）および第二の位置ベクトル（ｖ０）に応じて、前記受光器（７）の中心（Ｏ）に前記照射位置（Ｑ）がくるように前記一対のウェッジプリズムの回転角度を決定する回転角度決定手段とを備え、さらに、前記回転角度決定手段は、前記第一の位置ベクトル（ｖ１）の方向と前記第二の位置ベクトル（ｖ０）の方向とが一致するように、差角（Δψ）を一定に保った前記一対のウェッジプリズム（１，２）の回転角度を決定する方向角決定手段と、第一の位置ベクトル（ｖ１）の絶対値が小さくなるように前記一対のウェッジプリズム（１，２）の差角（Δψ）を決定する差角決定手段を備えることを特徴とするウェッジプリズムの照射位置制御装置により、上述した課題を解決した。
【００１５】
この発明によれば、検出した第一の位置ベクトル（ｖ１）およびウェッジプリズム（１，２）の回転角から算出した第二の位置ベクトル（ｖ０）に応じて、受光器（７）の中心に照射位置をもっていくようにウェッジプリズム（１，２）の回転角を決定するので、ウェッジプリズム（１，２）の回転角を操作して照射位置（Ｑ）を受光器（７）の中心（Ｏ）にもっていくことができる。また、この発明によれば、方向角決定手段で第一の位置ベクトル（ｖ１）と第二の位置ベクトル（ｖ１）との方向（平面極座標での回転角ψ）を一致させるウェッジプリズム（１，２）の回転角度を決定し、そして、差角決定手段で第一の位置ベクトル（ｖ１）の絶対値を小さくするウェッジプリズム（１，２）の差角（Δψ）を決定するので、照射位置（Ｑ）を受光器（７）の中心（Ｏ）にもっていくウェッジプリズム（１，２）の回転角を決定することができる。
【００１８】
請求項４の発明は、請求項３に記載のウェッジプリズムの制御装置において、前記演算手段は、一対のウェッジプリズム（１，２）それぞれの偏角δ１，δ２、角度検出手段（１２ａ，１２ｂ）により取得された前記一対のウェッジプリズム（１，２）それぞれの回転角ψ１，ψ２、およびウェッジプリズム（１，２）から前記受光器（７）までの距離Ｌを入力し、下記の計算式を用いて前記第二の位置ベクトルの終点の座標（Ｘ０，Ｙ０）を算出することを特徴とする。
【００１９】
Ｘ０＝（δ１ｃｏｓψ１＋δ２ｃｏｓψ２）×Ｌ
Ｙ０＝（δ１ｓｉｎψ１＋δ２ｓｉｎψ２）×Ｌ
ウェッジプリズムが頂角の小さなプリズムで、偏角δ１，δ２…が微少であること、また、組み合わされるウェッジプリズムは近接して配置されていることから、照射位置を上述の簡単な計算式を用いて算出することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施形態におけるウェッジプリズムの照射位置制御装置を組み込んだシステム構成図を示すものである。このシステムは、レーザー光を発光するレーザー照準機５と、このレーザー光を偏向するプリズムユニット６と、偏向したレーザー光が照射される受光器７と、照射位置が受光器７の中心にくるようにプリズムユニット６を操作する照射位置制御装置８（ソフトウェアサーボ）と、受光器７の変位をウェッジプリズム１，２の回転角から演算するパーソナルコンピュータ等の計算機９とで構成されている。レーザー照準機５から発光されたレーザー光は、プリズムユニット６で偏向されて受光器７の中心を照射する。照射位置制御装置８は、偏向したレーザー光が自動的に受光器７の中心を照射するようにウェッジプリズム１，２の回転角度を操作している。また、測距儀等の距離測定手段１５は、プリズムユニット６から受光器７までの距離Ｌを測定する。なお、本実施形態では、複数の受光器７の変位（Ｘ０，Ｙ０），（Ｘ０′，Ｙ０′），（Ｘ０″，Ｙ０″）を計測するために、切り替え手段１０を設け、対象となる受光器７を切り替えている。
【００２１】
図２は、プリズムユニット６を示すものである。このプリズムユニット６は、レーザー照準機から発光されるレーザー光を任意の方向に偏向するもので、円筒状のケース１４と、このケース１４内に回転自在に設けられる一対のウェッジプリズム１，２と、このウェッジプリズム１，２それぞれを個別に回転させる駆動部としてのモータ１１ａ，１１ｂと、ウェッジプリズム１，２の回転角をデジタル式に検出する角度検出手段としてのエンコーダ１２ａ，１２ｂとを備える。モータ１１ａ，１１ｂとエンコーダ１２ａ，１２ｂとは一体になっている。塵等が付着するのを防止するために、ウェッジプリズム１，２は保護ガラス１３で覆われている。
【００２２】
図３は、組み合わせたウェッジプリズム１，２の主断面を示すものである。ウェッジプリズム１，２は、頂角（ウェッジ角）ｗの小さな薄い略円筒状のプリズムレンズである。ウェッジプリズム１のみでレーザ光を偏向する場合、ウェッジプリズム１の第１面にレーザ光が垂直に入射するとして、ウェッジプリズム１の偏角δとウェッジ角ｗの関係は以下の一般式で表される。
【００２３】
【式１】
【００２４】
ｗが微少であるとすると
δ≒（ｎ−１）ｗ
ここで、ｎは屈折率である。
【００２５】
組み合わせた２つのウェッジプリズム１，２は同じ材質で、しかも同じウェッジ頂角ｗを有する。一対のウェッジプリズム１，２は中心線の回りをそれぞれ独立に回転し、レーザー光はこの中心線上から入射する。２つのウェッジプリズム１，２を傾斜面７が平行になるように近接配置すると、ウェッジプリズム１，２を通過したレーザ光は、平行なガラスを通過するのと同様に直進する。一方、ウェッジプリズム１，２の中心線の回りに別々に回転することによって、所定の尖った円錐体内部の任意の方向にレーザー光を偏向することができる。
【００２６】
図４は、ウェッジプリズム１，２によるレーザ光の屈折を座標系で示したものである。ここで、入射レーザ光の光路上、すなわちウェッジプリズム１，２の中心線上にＺ軸をとり、ウェッジプリズム１，２の中心線に直交する平面にＸＹ平面をとっている。また、ＸＹ平面においては、水平方向にＸ軸をとり、垂直方向にＹ軸をとっている。この図に示すように、ウェッジプリズム１，２の中心線上にレーザ光を入射すると、ウェッジプリズム１がレーザ光を偏向し、ウェッジプリズム２がさらにレーザ光を偏向する。ここで、ウェッジプリズム１の偏角をδ１，偏光方向をψ１、ウェッジプリズム２の偏角をδ２、偏向方向をψ２とする。ウェッジプリズム１，２の偏光方向ψ１，ψ２は、偏向方向がＸＺ平面上に位置する場合を０度とし、この位置からの角度をψ１，ψ２で表している。この偏向方向ψ１，ψ２は、ウェッジプリズム１，２それぞれの回転角ψ１，ψ２から取得される。各ウェッジプリズム１，２の一番厚いところと一番薄いところを結んだ線が水平となる場合（ＸＺ平面に位置する場合）を０度とし、この位置からの角度がψ１，ψ２で表される。
【００２７】
ウェッジプリズム１，２それぞれの偏角δ１，δ２、エンコーダにより取得されたウェッジプリズム１，２それぞれの回転角ψ１，ψ２、角度測定手段から測定された距離Ｌは、照射位置制御装置８に入力され、組み合わせた場合の合成変位（Ｘ０，Ｙ０）は照射位置制御装置８で算出される。ここで、ウェッジ頂角ｗが微少であることから、計算を簡単にするためにδ１，δ２ともに微少とし、しかも、ウェッジプリズム１とウェッジプリズム２は接近しているものとする。そして、ウェッジプリズム１のみの場合の偏向ベクトル（偏角δ１，偏向方向ψ１）、およびウェッジプリズム２のみの場合の偏向ベクトル（偏角δ２，偏向方向ψ２）をＸＹ座標系でベクトル表示し、両者のベクトルを合算して、合成変位（Ｘ０，Ｙ０）、合成偏角δＴおよび合成偏向方向ψＴを算出する。なお、異なる偏角のウェッジプリズム１，２を使用する場合は、照射位置制御装置８のメモリに複数の偏角が記憶される。
【００２８】
図５（ａ）はウェッジプリズム１による偏向ベクトルを示したもので、図５（ｂ）はウェッジプリズム２による偏向ベクトルを示したものである。この図５（ａ）からウェッジプリズム１に関して以下の計算式が成立する。
【００２９】
【式２】
【００３０】
また、ウェッジプリズム２に関しても同様に以下の計算式が成立する。
【００３１】
【式３】
【００３２】
式２および式３からウェッジプリズム１とウェッジプリズム２を合算した場合の偏向ベクトルのＸ方向の合成成分δＴＸは、以下の式４で表される。
【００３３】
【式４】
同様に、Ｙ方向の合成成分δＴＹは、以下の式５で表される。
【００３４】
【式５】
【００３５】
プリズムユニットから距離Ｌの位置におけるＸＹ平面上でのビーム照射位置（Ｘ０，Ｙ０）は、Ｘ０＝Ｌ×δＴＸ、Ｙ０＝Ｌ×δＴＹによって算出される。
【００３６】
また、合成偏角δＴ、合成偏向方向ψＴは以下の式６で表される。
【００３７】
【式６】
【００３８】
ここで、ウェッジプリズム２個の差角ΔψをΔψ＝ψ１−ψ２とすると、δＴは以下の式７で表される。
【００３９】
【式７】
【００４０】
式７から合成偏角δＴは差角のみの関数であることがわかる。また、これらの計算式を用いることで、２個のウェッジプリズムそれぞれの回転角から、組み合わせた場合の合成変位（Ｘ０，Ｙ０）、合成偏角δＴおよび合成偏向方向ψＴを簡単に算出することができる。
【００４１】
照射位置制御装置８は、上述のように、プリズムユニット６で偏向したレーザー光が自動的に受光器７の中心にくるようにウェッジプリズム１，２の回転角度を操作している。
【００４２】
照射位置制御装置８（ソフトウェアサーボ）のアルゴリズムについて説明する。このソフトウェアサーボは、レーザー光が受光器７の中心を照射するように受光器７の出力値をフィードバックし、ウェッジプリズム１，２の回転角度を操作している。
【００４３】
図６は、アルゴリズムのフローチャートを示したものである。まず、受光器７からの入力レベルがｅ１以上であるか否かを判断する（ステップＳ１）。受光器７が中心から＋Ｘ，−Ｘ，＋Ｙ，−Ｙの４方向に延びる４つの光電センサを組み合わせた２軸光電センサの場合、レーザー光が中心にあれば出力値が０に近くなる。受光器７からの入力レベル＜ｅ１の場合は、レーザー光が受光器７の中心にあるとして、ウェッジプリズム１，２の回転角を操作しない。受光器７からの入力レベル≧ｅ１の場合は、レーザー光が受光器７の中心にないとして、中心にくるように以下のようにウェッジプリズム１，２の回転角を操作する。
【００４４】
図７および図８に示すように、まず、受光器７の中心Ｏを始点とし、照射位置Ｑを終点とする第一の位置ベクトルとしてのｖ１ベクトルを検出する。すなわち、中心Ｏを原点とした受光器座標系で、受光器の出力値から変位（Ｘ１，Ｙ１）を検出する（ステップＳ２）。そして、計算式θ１＝ｔａｎ−１（Ｙ１／Ｘ１）からｖ１ベクトルの方向θ１を算出する。次に、一対のウェッジプリズムの中心線を延長した線と受光器との交点Ｐを始点とし、照射位置Ｑを終点とする第二の位置ベクトルとしてのｖ０ベクトルを一対のウェッジプリズム１，２の回転角から算出する（ステップＳ３）。プリズム座標系のｖ０ベクトルのＸ方向成分、Ｙ方向成分それぞれをＸ０，Ｙ０は、上述の式５から、Ｘ０＝δＴＸ×Ｌ，Ｙ０＝δＴＹ×Ｌと算出される。そして、ｖ０ベクトルの方向ψＴを上述の式６から算出する。ここで、プリズム座標系は、プリズムユニット６からプリズム中心線を延長して受光器７上の平面と交差する交点Ｐを原点とした座標系をいい、受光器座標系は受光器７の中心Ｏを原点とした座標系をいう。
【００４５】
レーザー光が受光器７の中心Ｏを照射するためには、ｖ１ベクトルが０となればよい。受光器７の精度が高く、座標Ｘ１，Ｙ１が高精度に得られると、このＸ１，Ｙ１に基づいて、受光器７の中心Ｏに照射位置がくるようにウェッジプリズム１，２の回転角度を決定すればよいが、一般に受光器７の精度はそれほど高くないので、以下のような段階的に受光器７の中心Ｏに照射位置Ｑを近づける処理が必要になる。近づけ方としては、ｖ０ベクトルとｖ１ベクトルの平面極座標での変位（ｒ，ψ）を比較し、まず方向ψを一致して、次にｖ１ベクトルの絶対値｜ｒ｜を０とする方法が採られる。
【００４６】
まず、ｖ０ベクトルの方向ψＴとｖ１ベクトルの方向θ１を比較し、一致する方向に差角Δψを一定に保ったままウェッジプリズム２枚を同時に回し、ψＴを変える（ステップＳ４）。図９に示すように、２つのウェッジプリズム１，２の差角Δψを一定に保ったまま２枚のウェッジプリズム１，２を同時に回すと、照射位置Ｑは、ｖ０ベクトルの絶対値を一定にしたまま、原点Ｐを中心とした円状の軌跡を描く。ψＴとθ１との象限、および角度が等しくなるまで（図中２点鎖線の位置から実線の位置まで）２枚のウェッジプリズム１，２を同時に回すと、平面極座標での角度ψが一致し、ｖ１ベクトルとｖ０ベクトルとが重なる。ここで、ウェッジプリズム１，２の１回の回転量は振動しないように、差の例えば１／２とされる。
【００４７】
次に、｜ｖ１｜と｜ｖ０｜を比較し、ψＴを一定に保ったまま、｜ｖ１｜が０となるように差角Δψを変化する。図１０に示すように、２枚のウェッジプリズムを相反する方向へ同じ量回転すると、照射位置Ｑは交点Ｐを通る略直線状の軌跡を描き、ｖ０ベクトルはψＴを略一定に保ったまま絶対値を変化する。この図に示すように、２枚のウェッジプリズムの差角Δψを｜ｖ１｜が０となるように変化させると、ｖ０ベクトルの絶対値が図中２点鎖線の位置から実線の位置まで変化し、照射位置Ｑが受光器の中心Ｏに移動する。｜ｖ１｜と｜ｖ０｜を比較することによって、｜ｖ１｜が０となるように、差角Δψを大きくするのか、小さくするのかを知ることができる。ここで、｜ｖ１｜＝√（Ｘ１２＋Ｙ１２），｜ｖ０｜＝Ｌ√（δＴＸ２＋δＴＹ２）で表される。なお、差角Δψの１回の変化量は、振動しないように差の例えば１／２とされる。
【００４８】
次に、ステップＳ５での差角Δψの変化量が例えば１０″以下であるか否かを判断する（ステップＳ６）。１０″以下であれば、レーザー光が受光器７の中心Ｏを照射しているとして、スタートに戻る。１０″以下でなければ、ステップ２〜ステップ５を繰り返し、再びｖ１ベクトルが０になるようにウェッジプリズム１，２の回転角度を操作する。
【００４９】
このように、ウェッジプリズムの回転角度を操作することで、照射位置Ｑを受光器７の中心Ｏにもっていくことができる。また、このときのプリズム座標系での照射位置９の変位（Ｘ０，Ｙ０）を、計算機９を用いてＸ０＝δＴＸ×Ｌ，Ｙ０＝δＴＹ×Ｌから算出すれば受光器７の中心Ｏの変位を知ることができる。
【００５０】
なお、上記実施形態では、受光器として２軸光電センサを用いる場合について説明したが、受光器としてＣＣＤカメラ等の撮影素子を用いてもよい。この場合は、ペンシルライトのような点光源から発光される光をプリズムユニット６で屈折し、目標の視覚情報をＣＣＤカメラでパターン認識し、この認識値から上記第一の位置ベクトルを検出する。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ウェッジプリズムの照射位置制御方法が一対のウェッジプリズムの差角を一定に保ったまま前記一対のウェッジプリズムを回転する工程と、前記差角を変化する工程と、を備える。まず、一対のウェッジプリズムの差角を一定に保ったまま一対のウェッジプリズムを回転すると、照射位置はウェッジプリズムの中心線の延長線と目標が配置される平面との交点を中心にした円状の軌跡を描くので、照射位置および目標の平面極座標の角度を一致することができる。次に、差角を変化することで、目標からの照射位置までの距離を小さくすることができる。したがって、目標に照射位置をもっていくことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるウェッジプリズムの照射位置制御装置を組み込んだシステム構成図。
【図２】プリズムユニットを示す断面図。
【図３】組み合わせたウェッジプリズムを示す断面図。
【図４】ビームの偏向をＸＹＺ座標系で示す図。
【図５】偏向ベクトルを示す図（図中（ａ）はプリズム１を示し、図中（ｂ）はプリズム２を示す。）
【図６】ソフトウェアサーボのアルゴリズムを示すフローチャート。
【図７】受光器上でのレーザー光の照射位置を示す図。
【図８】プリズム座標系と受光器座標系を示す図。
【図９】プリズム座標系と受光器座標系を示す図。
【図１０】プリズム座標系と受光器座標系を示す図。
【図１１】ウェッジプリズムを示す図（図中（ａ）は平面図、図中（ｂ）は主断面図）。
【図１２】組み合わせたウェッジプリズムの偏向を示す斜視図。
【符号の説明】
１，２ ウェッジプリズム
７ 受光器
１２ａ，１２ｂ エンコーダ（角度検出手段）
Δψ 差角
Ｏ 受光器の中心
Ｐ 交点
Ｑ 照射位置
ｖ１ 第一の位置ベクトル
ｖ０ 第二の位置ベクトル
Ｓ３ 検出工程
Ｓ４ 方向角決定工程（角度決定工程）
Ｓ５ 差角決定工程（角度決定工程）
【発明の属する技術分野】
本発明は、一対のウェッジプリズムの回転角度を操作して、偏向された光の照射位置を制御するウェッジプリズムの照射位置制御方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光学システムの中でビームの操作用途に用いられるウェッジプリズムが知られている。図１１は、ウェッジプリズム１を示すものである。図中（ａ）はウェッジプリズム１の平面図を示し、図中（ｂ）はウェッジプリズム１の主断面（稜線Ｓに対して垂直な断面）を示す。このウェッジプリズム１は、頂角（ウェッジ角）ｗの小さな薄いプリズムレンズで、ウェッジプリズム１の第１面にビームが垂直に入射するとビームを偏角δで偏向する。
【０００３】
図１２は、２枚のウェッジプリズム１，２を組み合わせた場合のビームの偏向を示したものである。２枚のウェッジプリズム１，２を近接配置して、中心軸の回りに２枚のウェッジプリズム１，２を別々に回転させた場合、所定の尖った円錐体の内部の任意の方向にビームが偏向し、円錐体の底面となる平面３上の任意の位置を照射することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、照射位置Ｑに受光器を配置し、受光器が移動した場合であっても、受光器の中心に照射位置Ｑをもっていくように制御すると、ウェッジプリズム１，２の回転角から移動した受光器の変位を知ることができる。
【０００５】
そこで、本発明は、ウェッジプリズムの特性を考慮して、ウェッジプリズムによって偏向された光の照射位置を、目標（受光器の中心）に確実にもっていくことができるウェッジプリズムの照射位置制御方法および装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照番号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものでない。
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明者は、一対のウェッジプリズム（１，２）の差角（相対角）を一定に保ったまま回転すると、照射位置はウェッジプリズム（１，２）の中心線の延長線と目標が配置される平面との交点（Ｐ）を中心にした円状の軌跡を描くこと、および一対のウェッジプリズム（１，２）を反対方向に等しい角度回転させて差角を変化すると、照射位置は前記交点（Ｐ）を通る略直線状の軌跡を描くことに着目し、照射位置（Ｑ）と目標（Ｏ）とを比較して、照射位置（Ｑ）が目標（Ｏ）に一致するように、照射位置（Ｑ）を平面極座標のｒ，ψ方向に移動した。
【０００９】
すなわち、請求項１の発明は、受光器（７）で検出した第一の位置ベクトル（ｖ１）と、ウェッジプリズム（１，２）の回転角から算出した第二の位置ベクトル（ｖ０）とに応じて、受光器（７）の中心（Ｏ）に照射位置（Ｑ）をもっていくようにウェッジプリズム（１，２）の回転角を決定した。具体的には、一対のウェッジプリズム（１，２）の回転角度を操作して、この一対のウェッジプリズム（１，２）によって偏向された光の受光器（７）上の照射位置を制御するウェッジプリズムの照射位置制御方法であって、前記受光器（７）の中心（Ｏ）を始点とし、前記照射位置（Ｑ）を終点とする第一の位置ベクトル（ｖ１）を検出する検出工程（Ｓ３）と、前記一対のウェッジプリズム（１，２）の中心線を延長した線と前記受光器（７）との交点（Ｐ）を始点とし、前記照射位置（Ｑ）を終点とする第二の位置ベクトル（ｖ０）を前記一対のウェッジプリズム（１，２）の回転角から算出する算出工程（Ｓ２）と、前記第一の位置ベクトル（ｖ１）および前記第二の位置ベクトル（ｖ０）に応じて、前記受光器（７）の中心（Ｏ）に前記照射位置（Ｑ）がくるように前記一対のウェッジプリズム（１，２）の回転角度を決定する角度決定工程（Ｓ４，Ｓ５）とを備え、さらに、前記ウェッジプリズムの角度決定工程（Ｓ４，Ｓ５）は、前記第一の位置ベクトル（ｖ１）の方向と前記第二の位置ベクトル（ｖ０）の方向とが一致するように、差角（Δψ）を一定に保った前記一対のウェッジプリズム（１，２）の回転角度を決定する方向角決定工程（Ｓ４）と、前記第一の位置ベクトル（ｖ１）の絶対値が小さくなるように、前記一対のウェッジプリズム（１，２）の差角（Δψ）を決定する差角決定工程（Ｓ５）と、を備えることを特徴とする。ここで、受光器（７）には、２軸光電センサ等のフォトセンサ、ＣＣＤカメラ等の撮影素子を用いることができる。
【００１１】
この発明によれば、方向角決定工程（Ｓ４）で、第一の位置ベクトル（ｖ０）と第二の位置ベクトル（ｖ１）との方向（平面極座標での角度ψ）を一致させるウェッジプリズムの回転角度を決定する。そして、差角決定工程（Ｓ４）で第一の位置ベクトル（ｖ０）の絶対値を小さくするウェッジプリズム（１，２）の差角（Δψ）を決定する。したがって、照射位置（Ｑ）を受光器（７）の中心（Ｏ）にもっていくことができる。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１に記載のウェッジプリズムの照射位置制御方法において、前記算出工程は、一対のウェッジプリズム（１，２）それぞれの偏角δ１，δ２、角度検出手段（１２ａ，１２ｂ）により取得された前記一対のウェッジプリズム（１，２）それぞれの回転角ψ１，ψ２、およびウェッジプリズム（１，２）から前記受光器（７）までの距離Ｌを入力し、下記の計算式を用いて前記第二の位置ベクトルの終点の座標（Ｘ，Ｙ）を算出することを特徴とする。
【００１３】
Ｘ＝（δ１ｃｏｓψ１＋δ２ｃｏｓψ２）×Ｌ
Ｙ＝（δ１ｓｉｎψ１＋δ２ｓｉｎψ２）×Ｌ
一般に、ウェッジプリズム（１，２）を組み合わせた場合の照射位置（Ｑ）を厳密に算出するのには困難が伴う。ウェッジプリズム（１）により偏向された光は、ウェッジプリズム（２）に入射する際、主断面内にないビーム（スキュウビーム）として入射し、このスキュウビームの屈折はかなり複雑であるからである。本発明者は、ウェッジプリズム（１，２）が頂角の小さなプリズムで、偏角δ１，δ２が微少であること、また、組み合わされるウェッジプリズム（１，２）は近接して配置されていることから、照射位置（Ｑ）を上述の簡単な計算式を用いて算出した。
【００１４】
請求項３の発明は、一対のウェッジプリズム（１，２）の回転角度を操作して、この一対のウェッジプリズム（１，２）によって偏向された光の受光器（７）上の照射位置（Ｑ）を制御するウェッジプリズムの照射位置制御装置であって、前記受光器（７）の中心（Ｏ）を始点とし、前記照射位置（Ｑ）を終点とする第一の位置ベクトル（ｖ１）を検出する検出手段と、前記一対のウェッジプリズム（１，２）の中心線を延長した線と受光器（７）との交点（Ｐ）を始点とし、前記照射位置（Ｑ）を終点とする第二の位置ベクトル（ｖ０）を算出する演算手段と、第一の位置ベクトル（ｖ１）および第二の位置ベクトル（ｖ０）に応じて、前記受光器（７）の中心（Ｏ）に前記照射位置（Ｑ）がくるように前記一対のウェッジプリズムの回転角度を決定する回転角度決定手段とを備え、さらに、前記回転角度決定手段は、前記第一の位置ベクトル（ｖ１）の方向と前記第二の位置ベクトル（ｖ０）の方向とが一致するように、差角（Δψ）を一定に保った前記一対のウェッジプリズム（１，２）の回転角度を決定する方向角決定手段と、第一の位置ベクトル（ｖ１）の絶対値が小さくなるように前記一対のウェッジプリズム（１，２）の差角（Δψ）を決定する差角決定手段を備えることを特徴とするウェッジプリズムの照射位置制御装置により、上述した課題を解決した。
【００１５】
この発明によれば、検出した第一の位置ベクトル（ｖ１）およびウェッジプリズム（１，２）の回転角から算出した第二の位置ベクトル（ｖ０）に応じて、受光器（７）の中心に照射位置をもっていくようにウェッジプリズム（１，２）の回転角を決定するので、ウェッジプリズム（１，２）の回転角を操作して照射位置（Ｑ）を受光器（７）の中心（Ｏ）にもっていくことができる。また、この発明によれば、方向角決定手段で第一の位置ベクトル（ｖ１）と第二の位置ベクトル（ｖ１）との方向（平面極座標での回転角ψ）を一致させるウェッジプリズム（１，２）の回転角度を決定し、そして、差角決定手段で第一の位置ベクトル（ｖ１）の絶対値を小さくするウェッジプリズム（１，２）の差角（Δψ）を決定するので、照射位置（Ｑ）を受光器（７）の中心（Ｏ）にもっていくウェッジプリズム（１，２）の回転角を決定することができる。
【００１８】
請求項４の発明は、請求項３に記載のウェッジプリズムの制御装置において、前記演算手段は、一対のウェッジプリズム（１，２）それぞれの偏角δ１，δ２、角度検出手段（１２ａ，１２ｂ）により取得された前記一対のウェッジプリズム（１，２）それぞれの回転角ψ１，ψ２、およびウェッジプリズム（１，２）から前記受光器（７）までの距離Ｌを入力し、下記の計算式を用いて前記第二の位置ベクトルの終点の座標（Ｘ０，Ｙ０）を算出することを特徴とする。
【００１９】
Ｘ０＝（δ１ｃｏｓψ１＋δ２ｃｏｓψ２）×Ｌ
Ｙ０＝（δ１ｓｉｎψ１＋δ２ｓｉｎψ２）×Ｌ
ウェッジプリズムが頂角の小さなプリズムで、偏角δ１，δ２…が微少であること、また、組み合わされるウェッジプリズムは近接して配置されていることから、照射位置を上述の簡単な計算式を用いて算出することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施形態におけるウェッジプリズムの照射位置制御装置を組み込んだシステム構成図を示すものである。このシステムは、レーザー光を発光するレーザー照準機５と、このレーザー光を偏向するプリズムユニット６と、偏向したレーザー光が照射される受光器７と、照射位置が受光器７の中心にくるようにプリズムユニット６を操作する照射位置制御装置８（ソフトウェアサーボ）と、受光器７の変位をウェッジプリズム１，２の回転角から演算するパーソナルコンピュータ等の計算機９とで構成されている。レーザー照準機５から発光されたレーザー光は、プリズムユニット６で偏向されて受光器７の中心を照射する。照射位置制御装置８は、偏向したレーザー光が自動的に受光器７の中心を照射するようにウェッジプリズム１，２の回転角度を操作している。また、測距儀等の距離測定手段１５は、プリズムユニット６から受光器７までの距離Ｌを測定する。なお、本実施形態では、複数の受光器７の変位（Ｘ０，Ｙ０），（Ｘ０′，Ｙ０′），（Ｘ０″，Ｙ０″）を計測するために、切り替え手段１０を設け、対象となる受光器７を切り替えている。
【００２１】
図２は、プリズムユニット６を示すものである。このプリズムユニット６は、レーザー照準機から発光されるレーザー光を任意の方向に偏向するもので、円筒状のケース１４と、このケース１４内に回転自在に設けられる一対のウェッジプリズム１，２と、このウェッジプリズム１，２それぞれを個別に回転させる駆動部としてのモータ１１ａ，１１ｂと、ウェッジプリズム１，２の回転角をデジタル式に検出する角度検出手段としてのエンコーダ１２ａ，１２ｂとを備える。モータ１１ａ，１１ｂとエンコーダ１２ａ，１２ｂとは一体になっている。塵等が付着するのを防止するために、ウェッジプリズム１，２は保護ガラス１３で覆われている。
【００２２】
図３は、組み合わせたウェッジプリズム１，２の主断面を示すものである。ウェッジプリズム１，２は、頂角（ウェッジ角）ｗの小さな薄い略円筒状のプリズムレンズである。ウェッジプリズム１のみでレーザ光を偏向する場合、ウェッジプリズム１の第１面にレーザ光が垂直に入射するとして、ウェッジプリズム１の偏角δとウェッジ角ｗの関係は以下の一般式で表される。
【００２３】
【式１】
ｗが微少であるとすると
δ≒（ｎ−１）ｗ
ここで、ｎは屈折率である。
【００２５】
組み合わせた２つのウェッジプリズム１，２は同じ材質で、しかも同じウェッジ頂角ｗを有する。一対のウェッジプリズム１，２は中心線の回りをそれぞれ独立に回転し、レーザー光はこの中心線上から入射する。２つのウェッジプリズム１，２を傾斜面７が平行になるように近接配置すると、ウェッジプリズム１，２を通過したレーザ光は、平行なガラスを通過するのと同様に直進する。一方、ウェッジプリズム１，２の中心線の回りに別々に回転することによって、所定の尖った円錐体内部の任意の方向にレーザー光を偏向することができる。
【００２６】
図４は、ウェッジプリズム１，２によるレーザ光の屈折を座標系で示したものである。ここで、入射レーザ光の光路上、すなわちウェッジプリズム１，２の中心線上にＺ軸をとり、ウェッジプリズム１，２の中心線に直交する平面にＸＹ平面をとっている。また、ＸＹ平面においては、水平方向にＸ軸をとり、垂直方向にＹ軸をとっている。この図に示すように、ウェッジプリズム１，２の中心線上にレーザ光を入射すると、ウェッジプリズム１がレーザ光を偏向し、ウェッジプリズム２がさらにレーザ光を偏向する。ここで、ウェッジプリズム１の偏角をδ１，偏光方向をψ１、ウェッジプリズム２の偏角をδ２、偏向方向をψ２とする。ウェッジプリズム１，２の偏光方向ψ１，ψ２は、偏向方向がＸＺ平面上に位置する場合を０度とし、この位置からの角度をψ１，ψ２で表している。この偏向方向ψ１，ψ２は、ウェッジプリズム１，２それぞれの回転角ψ１，ψ２から取得される。各ウェッジプリズム１，２の一番厚いところと一番薄いところを結んだ線が水平となる場合（ＸＺ平面に位置する場合）を０度とし、この位置からの角度がψ１，ψ２で表される。
【００２７】
ウェッジプリズム１，２それぞれの偏角δ１，δ２、エンコーダにより取得されたウェッジプリズム１，２それぞれの回転角ψ１，ψ２、角度測定手段から測定された距離Ｌは、照射位置制御装置８に入力され、組み合わせた場合の合成変位（Ｘ０，Ｙ０）は照射位置制御装置８で算出される。ここで、ウェッジ頂角ｗが微少であることから、計算を簡単にするためにδ１，δ２ともに微少とし、しかも、ウェッジプリズム１とウェッジプリズム２は接近しているものとする。そして、ウェッジプリズム１のみの場合の偏向ベクトル（偏角δ１，偏向方向ψ１）、およびウェッジプリズム２のみの場合の偏向ベクトル（偏角δ２，偏向方向ψ２）をＸＹ座標系でベクトル表示し、両者のベクトルを合算して、合成変位（Ｘ０，Ｙ０）、合成偏角δＴおよび合成偏向方向ψＴを算出する。なお、異なる偏角のウェッジプリズム１，２を使用する場合は、照射位置制御装置８のメモリに複数の偏角が記憶される。
【００２８】
図５（ａ）はウェッジプリズム１による偏向ベクトルを示したもので、図５（ｂ）はウェッジプリズム２による偏向ベクトルを示したものである。この図５（ａ）からウェッジプリズム１に関して以下の計算式が成立する。
【００２９】
【式２】
また、ウェッジプリズム２に関しても同様に以下の計算式が成立する。
【００３１】
【式３】
式２および式３からウェッジプリズム１とウェッジプリズム２を合算した場合の偏向ベクトルのＸ方向の合成成分δＴＸは、以下の式４で表される。
【００３３】
【式４】
【００３４】
【式５】
プリズムユニットから距離Ｌの位置におけるＸＹ平面上でのビーム照射位置（Ｘ０，Ｙ０）は、Ｘ０＝Ｌ×δＴＸ、Ｙ０＝Ｌ×δＴＹによって算出される。
【００３６】
また、合成偏角δＴ、合成偏向方向ψＴは以下の式６で表される。
【００３７】
【式６】
ここで、ウェッジプリズム２個の差角ΔψをΔψ＝ψ１−ψ２とすると、δＴは以下の式７で表される。
【００３９】
【式７】
式７から合成偏角δＴは差角のみの関数であることがわかる。また、これらの計算式を用いることで、２個のウェッジプリズムそれぞれの回転角から、組み合わせた場合の合成変位（Ｘ０，Ｙ０）、合成偏角δＴおよび合成偏向方向ψＴを簡単に算出することができる。
【００４１】
照射位置制御装置８は、上述のように、プリズムユニット６で偏向したレーザー光が自動的に受光器７の中心にくるようにウェッジプリズム１，２の回転角度を操作している。
【００４２】
照射位置制御装置８（ソフトウェアサーボ）のアルゴリズムについて説明する。このソフトウェアサーボは、レーザー光が受光器７の中心を照射するように受光器７の出力値をフィードバックし、ウェッジプリズム１，２の回転角度を操作している。
【００４３】
図６は、アルゴリズムのフローチャートを示したものである。まず、受光器７からの入力レベルがｅ１以上であるか否かを判断する（ステップＳ１）。受光器７が中心から＋Ｘ，−Ｘ，＋Ｙ，−Ｙの４方向に延びる４つの光電センサを組み合わせた２軸光電センサの場合、レーザー光が中心にあれば出力値が０に近くなる。受光器７からの入力レベル＜ｅ１の場合は、レーザー光が受光器７の中心にあるとして、ウェッジプリズム１，２の回転角を操作しない。受光器７からの入力レベル≧ｅ１の場合は、レーザー光が受光器７の中心にないとして、中心にくるように以下のようにウェッジプリズム１，２の回転角を操作する。
【００４４】
図７および図８に示すように、まず、受光器７の中心Ｏを始点とし、照射位置Ｑを終点とする第一の位置ベクトルとしてのｖ１ベクトルを検出する。すなわち、中心Ｏを原点とした受光器座標系で、受光器の出力値から変位（Ｘ１，Ｙ１）を検出する（ステップＳ２）。そして、計算式θ１＝ｔａｎ−１（Ｙ１／Ｘ１）からｖ１ベクトルの方向θ１を算出する。次に、一対のウェッジプリズムの中心線を延長した線と受光器との交点Ｐを始点とし、照射位置Ｑを終点とする第二の位置ベクトルとしてのｖ０ベクトルを一対のウェッジプリズム１，２の回転角から算出する（ステップＳ３）。プリズム座標系のｖ０ベクトルのＸ方向成分、Ｙ方向成分それぞれをＸ０，Ｙ０は、上述の式５から、Ｘ０＝δＴＸ×Ｌ，Ｙ０＝δＴＹ×Ｌと算出される。そして、ｖ０ベクトルの方向ψＴを上述の式６から算出する。ここで、プリズム座標系は、プリズムユニット６からプリズム中心線を延長して受光器７上の平面と交差する交点Ｐを原点とした座標系をいい、受光器座標系は受光器７の中心Ｏを原点とした座標系をいう。
【００４５】
レーザー光が受光器７の中心Ｏを照射するためには、ｖ１ベクトルが０となればよい。受光器７の精度が高く、座標Ｘ１，Ｙ１が高精度に得られると、このＸ１，Ｙ１に基づいて、受光器７の中心Ｏに照射位置がくるようにウェッジプリズム１，２の回転角度を決定すればよいが、一般に受光器７の精度はそれほど高くないので、以下のような段階的に受光器７の中心Ｏに照射位置Ｑを近づける処理が必要になる。近づけ方としては、ｖ０ベクトルとｖ１ベクトルの平面極座標での変位（ｒ，ψ）を比較し、まず方向ψを一致して、次にｖ１ベクトルの絶対値｜ｒ｜を０とする方法が採られる。
【００４６】
まず、ｖ０ベクトルの方向ψＴとｖ１ベクトルの方向θ１を比較し、一致する方向に差角Δψを一定に保ったままウェッジプリズム２枚を同時に回し、ψＴを変える（ステップＳ４）。図９に示すように、２つのウェッジプリズム１，２の差角Δψを一定に保ったまま２枚のウェッジプリズム１，２を同時に回すと、照射位置Ｑは、ｖ０ベクトルの絶対値を一定にしたまま、原点Ｐを中心とした円状の軌跡を描く。ψＴとθ１との象限、および角度が等しくなるまで（図中２点鎖線の位置から実線の位置まで）２枚のウェッジプリズム１，２を同時に回すと、平面極座標での角度ψが一致し、ｖ１ベクトルとｖ０ベクトルとが重なる。ここで、ウェッジプリズム１，２の１回の回転量は振動しないように、差の例えば１／２とされる。
【００４７】
次に、｜ｖ１｜と｜ｖ０｜を比較し、ψＴを一定に保ったまま、｜ｖ１｜が０となるように差角Δψを変化する。図１０に示すように、２枚のウェッジプリズムを相反する方向へ同じ量回転すると、照射位置Ｑは交点Ｐを通る略直線状の軌跡を描き、ｖ０ベクトルはψＴを略一定に保ったまま絶対値を変化する。この図に示すように、２枚のウェッジプリズムの差角Δψを｜ｖ１｜が０となるように変化させると、ｖ０ベクトルの絶対値が図中２点鎖線の位置から実線の位置まで変化し、照射位置Ｑが受光器の中心Ｏに移動する。｜ｖ１｜と｜ｖ０｜を比較することによって、｜ｖ１｜が０となるように、差角Δψを大きくするのか、小さくするのかを知ることができる。ここで、｜ｖ１｜＝√（Ｘ１２＋Ｙ１２），｜ｖ０｜＝Ｌ√（δＴＸ２＋δＴＹ２）で表される。なお、差角Δψの１回の変化量は、振動しないように差の例えば１／２とされる。
【００４８】
次に、ステップＳ５での差角Δψの変化量が例えば１０″以下であるか否かを判断する（ステップＳ６）。１０″以下であれば、レーザー光が受光器７の中心Ｏを照射しているとして、スタートに戻る。１０″以下でなければ、ステップ２〜ステップ５を繰り返し、再びｖ１ベクトルが０になるようにウェッジプリズム１，２の回転角度を操作する。
【００４９】
このように、ウェッジプリズムの回転角度を操作することで、照射位置Ｑを受光器７の中心Ｏにもっていくことができる。また、このときのプリズム座標系での照射位置９の変位（Ｘ０，Ｙ０）を、計算機９を用いてＸ０＝δＴＸ×Ｌ，Ｙ０＝δＴＹ×Ｌから算出すれば受光器７の中心Ｏの変位を知ることができる。
【００５０】
なお、上記実施形態では、受光器として２軸光電センサを用いる場合について説明したが、受光器としてＣＣＤカメラ等の撮影素子を用いてもよい。この場合は、ペンシルライトのような点光源から発光される光をプリズムユニット６で屈折し、目標の視覚情報をＣＣＤカメラでパターン認識し、この認識値から上記第一の位置ベクトルを検出する。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ウェッジプリズムの照射位置制御方法が一対のウェッジプリズムの差角を一定に保ったまま前記一対のウェッジプリズムを回転する工程と、前記差角を変化する工程と、を備える。まず、一対のウェッジプリズムの差角を一定に保ったまま一対のウェッジプリズムを回転すると、照射位置はウェッジプリズムの中心線の延長線と目標が配置される平面との交点を中心にした円状の軌跡を描くので、照射位置および目標の平面極座標の角度を一致することができる。次に、差角を変化することで、目標からの照射位置までの距離を小さくすることができる。したがって、目標に照射位置をもっていくことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるウェッジプリズムの照射位置制御装置を組み込んだシステム構成図。
【図２】プリズムユニットを示す断面図。
【図３】組み合わせたウェッジプリズムを示す断面図。
【図４】ビームの偏向をＸＹＺ座標系で示す図。
【図５】偏向ベクトルを示す図（図中（ａ）はプリズム１を示し、図中（ｂ）はプリズム２を示す。）
【図６】ソフトウェアサーボのアルゴリズムを示すフローチャート。
【図７】受光器上でのレーザー光の照射位置を示す図。
【図８】プリズム座標系と受光器座標系を示す図。
【図９】プリズム座標系と受光器座標系を示す図。
【図１０】プリズム座標系と受光器座標系を示す図。
【図１１】ウェッジプリズムを示す図（図中（ａ）は平面図、図中（ｂ）は主断面図）。
【図１２】組み合わせたウェッジプリズムの偏向を示す斜視図。
【符号の説明】
１，２ ウェッジプリズム
７ 受光器
１２ａ，１２ｂ エンコーダ（角度検出手段）
Δψ 差角
Ｏ 受光器の中心
Ｐ 交点
Ｑ 照射位置
ｖ１ 第一の位置ベクトル
ｖ０ 第二の位置ベクトル
Ｓ３ 検出工程
Ｓ４ 方向角決定工程（角度決定工程）
Ｓ５ 差角決定工程（角度決定工程）
Claims (4)
- 一対のウェッジプリズムの回転角度を操作して、この一対のウェッジプリズムによって偏向された光の受光器上の照射位置を制御するウェッジプリズムの照射位置制御方法であって、
前記受光器の中心を始点とし、前記照射位置を終点とする第一の位置ベクトルを検出する検出工程と、
前記一対のウェッジプリズムの中心線を延長した線と前記受光器との交点を始点とし、前記照射位置を終点とする第二の位置ベクトルを前記一対のウェッジプリズムの回転角から算出する算出工程と、
前記第一の位置ベクトルおよび前記第二の位置ベクトルに応じて、前記受光器の中心に前記照射位置がくるように前記一対のウェッジプリズムの回転角度を決定する角度決定工程と、
を備え、
前記角度決定工程は、
前記第一の位置ベクトルの方向と前記第二の位置ベクトルの方向とが一致するように、差角を一定に保った前記一対のウェッジプリズムの回転角度を決定する方向角決定工程と、
前記第一の位置ベクトルの絶対値が小さくなるように、前記一対のウェッジプリズムの前記差角を決定する差角決定工程と、
を備えることを特徴とするウェッジプリズムの照射位置制御方法。 - 請求項１に記載のウェッジプリズムの照射位置制御方法において、
前記算出工程は、前記一対のウェッジプリズムそれぞれの偏角δ１，δ２、角度検出手段により取得された前記一対のウェッジプリズムそれぞれの回転角ψ１，ψ２、および前記一対のウェッジプリズムから前記受光器までの距離Ｌを入力し、下記の計算式を用いて前記第二の位置ベクトルの終点の座標（Ｘ０，Ｙ０）を算出することを特徴とするウェッジプリズムの照射位置制御方法。
Ｘ０＝（δ１ｃｏｓψ１＋δ２ｃｏｓψ２）×Ｌ
Ｙ０＝（δ１ｓｉｎψ１＋δ２ｓｉｎψ２）×Ｌ - 一対のウェッジプリズムの回転角度を操作して、この一対のウェッジプリズムによって偏向された光の受光器上の照射位置を制御するウェッジプリズムの照射位置制御装置であって、
前記受光器の中心を始点とし、前記照射位置を終点とする第一の位置ベクトルを検出する検出手段と、
前記一対のウェッジプリズムの中心線を延長した線と受光器との交点を始点とし、前記照射位置を終点とする第二の位置ベクトルを算出する演算手段と、
前記第一の位置ベクトルおよび前記第二の位置ベクトルに応じて、前記受光器の中心に前記照射位置がくるように前記一対のウェッジプリズムの回転角度を決定する回転角度決定手段と、
を備え、
前記回転角度決定手段は、
前記第一の位置ベクトルの方向と前記第二の位置ベクトルの方向とが一致するように、差角を一定に保った前記一対のウェッジプリズムの回転角度を決定する方向角決定手段と、
前記第一の位置ベクトルの絶対値が小さくなるように、前記一対のウェッジプリズムの前記差角を決定する差角決定手段と、
を備えることを特徴とするウェッジプリズムの照射位置制御装置。 - 請求項３に記載のウェッジプリズムの制御装置において、
前記演算手段は、前記一対のウェッジプリズムそれぞれの偏角δ１，δ２、角度検出手段により取得された前記一対のウェッジプリズムそれぞれの回転角ψ１，ψ２、および前記一対のウェッジプリズムから前記受光器までの距離Ｌを入力し、下記の計算式を用いて前記第二の位置ベクトルの終点の座標（Ｘ０，Ｙ０）を算出することを特徴とするウェッジプリズムの制御装置。
Ｘ０＝（δ１ｃｏｓψ１＋δ２ｃｏｓψ２）×Ｌ
Ｙ０＝（δ１ｓｉｎψ１＋δ２ｓｉｎψ２）×Ｌ
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