JP3648441B2 - 光軸補正システムとその光軸ずれ測定装置、及び光軸補正機能を備えた光波照準装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、目標に対しレーザ光を照射して目標追尾処理を行なう光波照準装置の光軸ずれの調整を行なうための光軸補正システムとその光軸ずれ測定装置及び光軸補正機能を備えた光波照準装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、野外監視等を行なう監視システムでは、目標に対しレーザ光を照射し、その反射光に基づいて目標追尾処理を行なう図４に示すような光波照準装置が使用されている。図４において、符号１０は光波照準装置で、目標に対してエレベーション（ＥＬ）方向及びアジマス（ＡＺ）方向に回動可能なジンバル機構部１１と、このジンバル機構部１１の第２ジンバル１１２に支持されたレーザ光入出射機構部１２と、ジンバル機構部１１の第１ジンバル１１１に取り付けられ、レーザ光を発生するレーザ光発生器１３と、このレーザ光発生器１３から発生されたレーザ光をレーザ光入出射機構部１２に導くレーザ光導光路１４及び照射用レーザ出射光鏡１５と、目標からの反射光をレーザ光入出射機構部１２を介して受光する追尾用光波センサ１６と、目標追尾時に得られるジンバル機構部１１のＥＬ及びＡＺ方向への傾き角度を追尾用光波センサ１６により得られる目標角度と略一致するように制御するジンバル駆動制御回路１７とを備える。
【０００３】
ところで、上記光波照準装置１０では、ジンバル駆動軸内をレーザ光導光路１４とするため、ジンバル機構部１１の回動に対する傾斜偏差によりレーザ光軸に歪みを生じさせることになる。そこで従来では、光波照準装置１０の運用開始前や保守点検時において光軸調整を行なうようにしている。この光軸調整は、実際にレーザ光を照射し、この照射先にスクリーン２０を設置して、照射されたレーザスポットを撮像器で観測し、レーザスポットの中心と、基準位置からのずれ量を目視で計測し（図５（ａ）参照）、図５（ｂ）に示す如く、ずれ量がなくなるようにジンバル機構部１１内の光学部品の取付位置及び角度を機械的に調整することにより行なっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような従来の光波照準装置には次のような解決すべき課題があった。すなわち、光軸調整を行なう際には、レーザ光照射を必要とするため、作業場所が制限されてしまうことになる。また、機械的調整については、作業者がレーザスポットの中心と、基準位置からのずれ量を目視しながら光学部品の取付位置及び角度を手動で調整しなければならない。このため、調整に多くの時間がかかるとともに作業者の負担が大きくなり、この結果調整の能率低下及び信頼性の低下を招いている。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、光軸調整を場所的制限を受けることなく、しかも人手を要さずに短時間で正確に実行できるようにし、これにより調整の能率向上及び信頼性の向上を図るとともに、作業者の負担を大幅に軽減することが可能な光軸補正システムとその光軸ずれ測定装置、及び光軸補正機能を備えた光波照準装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る光軸補正システムは、目標に対して水平及び垂直方向に回動可能なジンバル機構部と、このジンバル機構部の前記目標に対向する位置に配置されたレーザ光入出射機構と、レーザ光を発生するレーザ光発生器と、このレーザ光発生器から発生されたレーザ光を前記レーザ光入出射機構に導く導光路と、目標からの反射光をレーザ光入出射機構を介して受光する光検出部と、目標追尾時に得られるジンバル機構部の水平及び垂直方向への傾き角度を光検出部により得られる目標角度と略一致するように制御するジンバル機構制御部とを備える光波照準装置と、光軸ずれ測定時に、光波照準装置に対しレーザ光発生器に代わって接続される光軸ずれ測定装置とを具備し、光軸ずれ測定装置は、光波照準装置の導光路を介して目標からの反射光を受光し、この受光結果とジンバル機構制御部による制御結果とに基づいて光軸のずれに対応する補正量を求める光軸ずれ補正量演算手段と、この光軸ずれ補正量演算手段で求められた補正量データにジンバル機構部の水平及び垂直方向への傾き角度データを付与して光波照準装置に送信する補正データ送信手段とを備え、かつ光波照準装置は、光軸ずれ測定装置からの送信データを受信する補正データ受信手段と、この補正データ受信手段で受信された送信データを記憶する補正データ記憶手段と、ジンバル機構部が回動する毎に補正データ記憶手段からジンバル機構部の水平及び垂直方向への傾き角度に対応する補正量を読み出して、導光路の光軸を読み出した補正量で補正する光軸補正制御手段とを備えるようにしたものである。
【０００７】
なお、上記光軸ずれ測定装置の光軸ずれ補正量演算手段は、光波照準装置の導光路を介して目標からの反射光を受光し、この受光結果とジンバル機構制御部による制御結果とを観測する撮像器と、この撮像器の撮像信号を画像処理することにより光軸ずれ量を求め、この光軸ずれ量相当の補正量を求める演算器とを備えることを特徴とする。
【０００８】
また、上記光波照準装置のジンバル機構制御部は、光軸ずれ測定時に、光軸ずれ測定装置からの指令信号に応じてジンバル機構部を稼動して水平及び垂直方向への傾き角度を変化させる指令受信・駆動手段を備え、光軸ずれ測定装置は、光軸ずれ補正量演算手段による演算処理を終了する毎に、指令受信駆動手段に対して指令を送り、ジンバル機構部の水平及び垂直方向への傾き角度を順次変化させて、傾き角度毎の補正量を求める指令送信・補正演算手段をさらに備えることを特徴とする。
【０００９】
さらに、光軸ずれ測定時に、光波照準装置から目標に向けて照射されるレーザ光路上に第１の目標光源を設置し、目標からの反射光路上に第２の目標光源を設置しておくようにし、光軸ずれ測定装置の光軸ずれ補正量演算手段は、光波照準装置の導光路を介して第１の目標光源からの光を受光し、この受光結果とジンバル機構制御部による第２の目標光源からの光を使用した制御結果とに基づいて光軸のずれに対応する補正量を求めることを特徴とする。
【００１０】
従ってこの発明によれば、光波照準装置の光軸調整を行なう場合には、光波照準装置に対しレーザ光発生器に代わって光軸ずれ測定装置を接続し、目標光を光検出部で受光させるとともに、導光路を介して光軸ずれ測定装置に受光させる。そうすると、光軸ずれ測定装置では、導光路からの受光結果とジンバル機構制御部による制御結果とを撮像器で観測し、この撮像器の撮像信号を演算器で画像処理することにより光軸ずれ量相当の補正量が求められる。そして、求められた補正量データは、その際のジンバル機構部の水平及び垂直方向への傾き角度データが付与されて光波照準装置に送信され、光軸ずれ測定装置は光波照準装置のジンバル機構制御部に対して指令を送り、ジンバル機構部の水平及び垂直方向への傾き角度を順次変化させて、傾き角度毎の補正量を求める。一方、光軸ずれ測定装置からの送信データを受信した光波照準装置では、補正量を傾き角度データに対応づけて補正データ記憶手段に記憶する。以後、運用時に、光波照準装置では、ジンバル機構部が回動する毎に補正データ記憶手段からジンバル機構部の水平及び垂直方向への傾き角度に対応する補正量を読み出して、導光路の光軸を読み出した補正量で補正する。すなわち、光軸ずれ測定装置で求められたジンバル機構部の傾き角度毎の補正量に従って、光波照準装置では運用時にジンバル機構部の各傾き角度毎の光軸調整が自動的に行なわれることになる。
【００１１】
従って、作業者は光軸調整時に光波照準装置に対し光軸ずれ測定装置を接続するだけで、光波照準装置内部の光学部品の取付位置及び角度の調整を一切行なう必要がなくなり、これにより光軸調整による作業上の負担は大幅に軽減される。また、作業者が介在しないので調整に要する時間が短縮されて調整能率は向上し、正確で信頼性の高い調整を行なうことが可能となる。さらに、光軸調整時にレーザ光を照射する必要がなく、擬似的に発生する目標光を入射するだけでよいため、場所的制約が緩和される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図１及び図２は、この発明に係る光軸補正システムの一実施形態の構成を示すブロック図である。なお、図１及び図２において、図４と同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。また、図１は光軸調整時のシステム構成を示しており、図２は運用時のシステム構成を示している。
【００１４】
図１に示すシステムでは、光軸調整時に、光波照準装置１０に対しレーザ光発生器に代わって光軸ずれ測定装置３０を接続している。これに対し、光波照準装置１０には光軸調整制御回路１８が設けられている。
【００１５】
光軸ずれ測定装置３０は、撮像器３１と、画像処理器３２と、通信処理器３３とを備えている。撮像器３１は、光波照準装置１０のレーザ光導光路１４を介して目標からの反射光を受光し、この受光結果とジンバル駆動制御回路１７による制御結果とを観測する。画像処理器３２は、撮像器３１の撮像画像から画像処理により図３（ａ）に示すような光軸ずれ量を求め、この光軸ずれ量を補正量データとして通信処理器３３に供給する。通信処理器３３は、画像処理器３２で求められた補正量データにジンバル駆動制御回路１７からのジンバル角度データを付与して光軸調整制御回路１８に送信する。
【００１６】
また、光軸ずれ測定装置３０は、指令送信機能を備えている。指令送信機能は、画像処理器３２による処理が終了する毎に、ジンバル駆動制御回路１７に対して指令を送り、ジンバル機構部１１のＥＬ及びＡＺ方向への傾き角度を順次変化させる。
【００１７】
これに対しジンバル駆動制御回路１７は、上記指令送信機能からの指令信号に応じてジンバル機構部１１を稼動してＥＬ及びＡＺ方向への傾き角度を変化させる指令受信・駆動機能を備えている。
【００１８】
光軸調整制御回路１８は、光軸ずれ測定装置３０からの送信データを受信する受信機能、光軸補正制御機能に加えて、光軸補正データ記憶回路１８１を備えている。
【００１９】
光軸補正データ記憶回路１８１は、光軸調整時に、光軸ずれ測定装置３０からの補正量データを各ジンバル機構部１１のＥＬ及びＡＺ方向への傾き角度に対応付けて記憶する。光軸補正制御機能は、図２に示すように、運用時に、ジンバル機構部１１が回動する毎に光軸補正データ記憶回路１８１からジンバル機構部１１のＥＬ及びＡＺ方向への傾き角度に対応する補正量データを読み出して、この補正量データを制御信号として照射用レーザ出射光鏡１５に供給する。
【００２０】
照射用レーザ出射光鏡１５は、光軸調整制御回路１８からの補正量データに従って、レーザ光導光路１４の光軸を補正量の分だけずらす。
【００２１】
次に、以上のように構成されたシステムの動作を説明する。
光軸調整を行なうに際し、作業者は先ずレーザ光発生器１３を光波照準装置１０から取り外し、代わりに光軸ずれ測定装置３０を接続する。そして光軸ずれ測定装置３０を起動させる。このとき、レーザ光照射位置とレーザ光の反射位置とにそれぞれ目標光源を配置しておくようにする。
【００２２】
そうすると、目標光源からの光が追尾用光波センサ１６で受光されるとともに、照射用レーザ出射光鏡１５及びレーザ光導光路１４を介して光軸ずれ測定装置３０で受光される。
【００２３】
これに対し光軸ずれ測定装置３０では、レーザ光導光路１４からの受光結果とジンバル駆動制御回路１７による制御結果とを撮像器３１で観測し、この撮像器３１の映像信号を画像処理器３２で画像処理することにより図３（ａ）に示すような光軸ずれ量相当の補正量データを求める。そして、求めた補正量データを、通信処理器３３によりジンバル機構部１１のＥＬ及びＡＺ方向への傾き角度データを付与して光軸調整制御回路１８に送信した後、ジンバル駆動制御回路１７に対して指令を送り、ジンバル機構部１１のＥＬ及びＡＺ方向への傾き角度を順次変化させて、撮像器３１及び画像処理器３２により傾き角度毎の補正量データを繰り返し求め、通信処理器３３により繰り返し送信処理を実行する。
【００２４】
また、光軸ずれ測定装置３０では、補正量データの演算処理の終了監視を行ない。動作開始時におけるジンバル機構部１１のＥＬ及びＡＺ方向への傾き角度とジンバル駆動制御回路１７から通知される傾き角度とが一致した時点で、処理を終了する。
【００２５】
一方、光軸調整制御回路１８では、光軸ずれ測定装置３０から送信された補正量データをジンバル機構部１１の傾き角度データに対応付けて光軸補正データ記憶回路１８１に記憶するとともに、補正量データを照射用レーザ出射光鏡１５に与えてレーザ光導光路１４の光軸を補正量の分だけずらし、図３（ｂ）に示す状態にする。この光軸ずれの状態は、常に光軸ずれ測定装置３０の撮像器３１により監視される。
【００２６】
以後、運用時に、光波照準装置１０では、ジンバル機構部１１が回動する毎に光軸補正データ記憶回路１８１からジンバル機構部１１のＥＬ及びＡＺ方向への傾き角度に対応する補正量データを読み出して、レーザ光導光路１４の光軸を読み出した補正量で補正する。
【００２７】
以上のように上記実施形態では、光波照準装置１０の光軸調整を行なう場合に、光波照準装置１０に対しレーザ光発生器１３に代わって光軸ずれ測定装置３０を接続して、擬似的に設置した目標光源からの光を追尾用光波センサ１６で受光させるとともに、照射用レーザ出射光鏡１５及びレーザ光導光路１４を介して光軸ずれ測定装置３０に受光させるようにし、これにより光軸ずれ測定装置３０にて、レーザ光導光路１４からの受光結果とジンバル駆動制御回路１７による制御結果とから光軸ずれ量相当の補正量演算処理をジンバル機構部１１の傾き角度を順次変化させながら繰り返し実行させ、この傾き角度毎の補正量データを光軸調整制御回路１８の光軸補正データ記憶回路１８１に記憶しておくようにし、運用時に、光軸調整制御回路１８にて、ジンバル機構部１１が回動する毎に光軸補正データ記憶回路１８１から傾き角度に対応する補正量データを読み出して、この補正量データを照射用レーザ出射光鏡１５に与えてレーザ光導光路１４の光軸を補正量の分だけずらすようにしている。
【００２８】
従って上記実施形態によれば、光軸ずれ測定装置３０で求められたジンバル機構部１１の傾き角度毎の補正量に応じて、光波照準装置１０において、運用時にジンバル機構部１１の各傾き角度毎の光軸調整が自動的に行なわれることになる。このため、作業者は光軸調整時に光波照準装置１０に対し光軸ずれ測定装置３０を接続するだけで、光波照準装置１０内部の光学部品の取付位置及び角度の調整を一切行なう必要がなくなり、これにより光軸調整による作業上の負担を大幅に軽減することができる。また、作業者が介在しないので調整に要する時間が短縮されて調整能率は向上し、正確で信頼性の高い調整を行なうことが可能となる。さらに、光軸調整時にレーザ光を照射する必要がなく、擬似的に発生する目標光源からの光を入射するだけでよいため、場所的制約が緩和される。
【００２９】
なお、この発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では光軸ずれに対する補正量の演算処理を撮像器及び画像処理器を用いて行なう例について説明したが、光波照準装置のレーザ光導光路を介して目標からの反射光を受光し、この受光結果とジンバル機構制御回路による制御結果とに基づいて光軸のずれに対応する補正量を求めるようなものであればどのような手段を用いてもよい。また、光軸調整時に、光波照準装置１０から目標に向けて照射されるレーザ光路上に目標光源を設置し、目標からの反射光路上にも目標光源を設置しておく例について説明したが、ある地点に設置された１つの目標光源から発生される光を追尾用光波センサ１６に受光させるとともに、レーザ光導光路１４に導くようにしてもよい。
【００３０】
その他、光軸ずれ測定装置及び光波照準装置における光軸調整のための機能や構成、光軸ずれの測定手順や補正手順等についても、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。
【００３１】
【発明の効果】
以上詳述したようにこの発明によれば、光軸調整を場所的制限を受けることなく、しかも人手を要さずに短時間で正確に実行でき、これにより調整の能率向上及び信頼性の向上を図れるとともに、作業者の負担を大幅に軽減することが可能な光軸補正システムとその光軸ずれ測定装置、及び光軸補正機能を備えた光波照準装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る光軸補正システムの光軸調整時における一実施形態の構成を示すブロック図。
【図２】同実施形態のシステムの運用時における構成を示すブロック図。
【図３】同実施形態における光軸ずれ計測データを示す図。
【図４】従来の光波照準装置の構成を示すブロック図。
【図５】従来装置における光軸調整の様子を説明するために示す図。
【符号の説明】
１０…光波照準装置、
１１…ジンバル機構部、
１２…レーザ光入出射機構部、
１３…レーザ光発生器、
１４…レーザ光導光路、
１５…照射用レーザ出射光鏡、
１６…追尾用光波センサ、
１７…ジンバル駆動制御回路、
１８…光軸調整制御回路、
２０…スクリーン、
３０…光軸ずれ測定装置、
３１…撮像器、
３２…画像処理器、
３３…通信処理器、
１８１…光軸補正データ記憶回路。

Claims (8)

1. 目標に対して水平及び垂直方向に回動可能なジンバル機構部と、このジンバル機構部の前記目標に対向する位置に配置されたレーザ光入出射機構と、レーザ光を発生するレーザ光発生器と、このレーザ光発生器から発生されたレーザ光を前記レーザ光入出射機構に導く導光路と、前記目標からの反射光を前記レーザ光入出射機構を介して受光する光検出部と、目標追尾時に得られる前記ジンバル機構部の水平及び垂直方向への傾き角度を前記光検出部により得られる目標角度と略一致するように制御するジンバル機構制御部とを備える光波照準装置と、
   光軸ずれ測定時に、前記光波照準装置に対しレーザ光発生器に代わって接続される光軸ずれ測定装置とを具備し、
   前記光軸ずれ測定装置は、
   前記光波照準装置の導光路を介して目標からの反射光を受光し、この受光結果と前記ジンバル機構制御部による制御結果とに基づいて光軸のずれに対応する補正量を求める光軸ずれ補正量演算手段と、
   この光軸ずれ補正量演算手段で求められた補正量データに前記ジンバル機構部の水平及び垂直方向への傾き角度データを付与して前記光波照準装置に送信する補正データ送信手段とを備え、
   かつ前記光波照準装置は、
   前記光軸ずれ測定装置からの送信データを受信する補正データ受信手段と、この補正データ受信手段で受信された送信データを記憶する補正データ記憶手段と、
   前記ジンバル機構部が回動する毎に前記補正データ記憶手段から前記ジンバル機構部の水平及び垂直方向への傾き角度に対応する補正量を読み出して、前記導光路の光軸を読み出した補正量で補正する光軸補正制御手段とを備えることを特徴とする光軸補正システム。
2. 前記光軸ずれ測定装置の光軸ずれ補正量演算手段は、前記光波照準装置の導光路を介して目標からの反射光を受光し、この受光結果と前記ジンバル機構制御部による制御結果とを観測する撮像器と、この撮像器の撮像画像から画像処理により光軸ずれ量を求め、この光軸ずれ量相当の補正量を求める演算器とを備えることを特徴とする請求項１記載の光軸補正システム。
3. 前記光波照準装置のジンバル機構制御部は、光軸ずれ測定時に、前記光軸ずれ測定装置からの指令信号に応じて前記ジンバル機構部を稼動して水平及び垂直方向への傾き角度を変化させる指令受信・駆動手段を備え、
   前記光軸ずれ測定装置は、前記光軸ずれ補正量演算手段による演算処理を終了する毎に、前記指令受信駆動手段に対して指令を送り、前記ジンバル機構部の水平及び垂直方向への傾き角度を順次変化させる指令送信手段を備え、前記光軸ずれ補正量演算手段に対し傾き角度毎の補正量を求めさせることを特徴とする請求項１記載の光軸補正システム。
4. 光軸ずれ測定時に、前記光波照準装置から目標に向けて照射されるレーザ光路上に第１の目標光源を設置し、目標からの反射光路上に第２の目標光源を設置しておくようにし、
   前記光軸ずれ測定装置の光軸ずれ補正量演算手段は、前記光波照準装置の導光路を介して前記第１の目標光源からの光を受光し、この受光結果と前記ジンバル機構制御部による前記第２の目標光源からの光を使用した制御結果とに基づいて光軸のずれに対応する補正量を求めることを特徴とする請求項１記載の光軸補正システム。
5. 目標に対して水平及び垂直方向に回動可能なジンバル機構部と、このジンバル機構部の前記目標に対向する位置に配置されたレーザ光入出射機構と、レーザ光を発生するレーザ光発生器と、このレーザ光発生器から発生されたレーザ光を前記レーザ光入出射機構に導く導光路と、前記目標からの反射光を前記レーザ光入出射機構を介して受光する光検出部と、この光検出部による検出結果と、目標追尾時に得られる前記ジンバル機構部の水平及び垂直方向への傾き角度を前記光検出部により得られる目標角度と略一致するように制御するジンバル機構制御部とを備える光波照準装置に対し、光軸ずれ測定時に、前記レーザ光発生器に代わって接続される光軸ずれ測定装置において、
   前記光波照準装置の導光路を介して目標からの反射光を受光し、この受光結果と前記ジンバル機構制御部による制御結果とに基づいて光軸のずれに対応する補正量を求める光軸ずれ補正量演算手段と、
   この光軸ずれ補正量演算手段で求められた補正量データに前記ジンバル機構部の水平及び垂直方向への傾き角度データを付与して前記光波照準装置に送信する補正データ送信手段とを備えることを特徴とする光軸ずれ測定装置。
6. 前記光軸ずれ補正量演算手段は、前記光波照準装置の導光路を介して目標からの反射光を受光し、この受光結果と前記ジンバル機構制御部による制御結果とを観測する撮像器と、この撮像器の撮像画像から画像処理により光軸ずれ量を求め、この光軸ずれ量相当の補正量を求める演算器とを備えることを特徴とする請求項５記載の光軸ずれ測定装置。
7. 前記光波照準装置のジンバル機構制御部が与えられる指令に応じて前記ジンバル機構部を稼動して水平及び垂直方向への傾き角度を変化させる場合に、前記光軸ずれ補正量演算手段による演算処理を終了する毎に、前記光波照準装置のジンバル機構制御部に対して指令を送り、前記ジンバル機構部の水平及び垂直方向への傾き角度を順次変化させる指令送信手段を備え、前記光軸ずれ補正量演算手段に対し傾き角度毎の補正量を求めさせることを特徴とする請求項５記載の光軸ずれ測定装置。
8. 目標に対して水平及び垂直方向に回動可能なジンバル機構部と、このジンバル機構部の前記目標に対向する位置に配置されたレーザ光入出射機構と、レーザ光を発生するレーザ光発生器と、このレーザ光発生器から発生されたレーザ光を前記レーザ光入出射機構に導く導光路と、前記目標からの反射光を前記レーザ光入出射機構を介して受光する光検出部と、この光検出部による検出結果と、目標追尾時に得られる前記ジンバル機構部の水平及び垂直方向への傾き角度を前記光検出部により得られる目標角度と略一致するように制御するジンバル機構制御部とを備える光波照準装置において、
   光軸ずれ測定時に、レーザ光発生器に代わって光軸ずれ測定装置を接続するとき、
   光軸ずれ測定時に、光軸ずれ測定装置で求められた前記ジンバル機構部の傾き角度毎の補正量データを受信する補正データ受信手段と、
   この補正データ受信手段で受信された補正量データを記憶する補正データ記憶手段と、
   運用時に、前記ジンバル機構部が回動する毎に前記補正データ記憶手段から前記ジンバル機構部の水平及び垂直方向への傾き角度に対応する補正量を読み出して、前記導光路の光軸を読み出した補正量で補正する光軸補正制御手段とを備えることを特徴とする光軸補正機能を備えた光波照準装置。

Images