JP6293367B1 - 光軸調整機構 - Google Patents
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Abstract
Description
また、航空機に搭載されるライダ装置のように、光軸調整において耐震性が要求される用途では、角度調整機構として上記2枚のミラーに代えて2枚のウェッジ板を使用する。そして、ウェッジ板をレーザ光における基準光軸周りに回転させることで、レーザ光における光軸の位置及び角度を調整している。
ことを特徴とする。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1に係る光軸調整機構の構成例を示す図である。
光軸調整機構は、入射されたレーザ光101における光軸の角度及び位置を調整する機構であり、レーザを用いたライダ装置(不図示)に搭載される。この光軸調整機構は、図1に示すように、角度調整機構1、位置調整機構2及び光軸合わせ部3を備えている。なお図1における点線の矢印は、レーザ光101の移動可能範囲を示している。
位置調整機構2は、図1に示すように、第1の平行平板21、第1の回転機構22、第2の平行平板23及び第2の回転機構24を有している。
第1の回転機構22は、第1の平行平板21を基準光軸102周りに回転させる。
第2の回転機構24は、第2の平行平板23を基準光軸102周りに回転させる。
光軸調整機構による光軸調整例では、図2に示すように、まず、角度調整機構1は、入射されたレーザ光101における光軸の角度を調整する(ステップST21)。この角度調整機構1では、例えば2枚のウェッジ板を基準光軸102周りに所定の回転量だけ回転させることで、レーザ光101における光軸の角度を調整する。なお、この角度調整機構1では、光軸の角度だけではなく位置も変化する。
Δd1=(t1/cos(θ1’))×sin(θ1−θ1’) (1)
なお、式(1)におけるθ1’は、第1の平行平板21の内部角度であり、下式(2)で表される。
θ1’=sin−1(sin(θ1)/n1) (2)
Δd2=(t2/cos(θ2’))×sin(θ2−θ2’) (3)
なお、式(3)におけるθ2’は、第2の平行平板23の内部角度であり、下式(4)で表される。
θ2’=sin−1(sin(θ2)/n2) (4)
また、位置調整機構2では、位置調整において、光軸の平行移動量が大きくなり過ぎてたとしても、第1の平行平板21及び第2の平行平板23を回転させることで、光軸を位置調整前の位置に復帰させることができる。そのため、位置調整において光軸が完全にずれることはなく、確実に光軸を調整できる。特に野外で使用されるライダ装置等では、計測器が限られた環境での光軸調整が必要となる場合が多いが、位置調整に失敗したとしても光軸を位置調整前の位置に戻すことができる。
すなわち、図6Aに示す従来構成のように、平行平板をレーザ光における基準光軸に垂直な軸周りに回転させる場合、平行平板の回転位置を固定するために、平行平板を回転させる回転軸の固定又は平行平板自体の固定を行う必要がある。しかしながら、この際に、レーザ光を遮らないように固定する必要があるため、構成が複雑になる。また、平行平板自体の固定を行う場合には、平行平板に対して力をかける方向(図6Aの符号601)が平行平板の回転方向(図6Aの符号602)となるため、光軸調整後に平行平板の回転位置を固定する際に回転位置がずれてしまう。更に、平行平板の回転位置を固定する固定部による平行平板の固定箇所が回転軸から遠くなるため、テコの原理により回転軸に大きな力がかかり、回転軸を歪ませてしまう等の恐れがある。外部からの擾乱の影響も同様で、回転軸のみで平行平板を支持している場合には、固定部に強い衝撃が加わると、回転軸にかかる応力が強くなるため、回転位置がずれやすい。
一方、図6Bに示す実施の形態1のように第1の平行平板21を基準光軸102周りに回転させる場合、第1の平行平板21の回転位置を固定するために第1の平行平板21に力をかける方向(図6Bの符号603)が、第1の平行平板21の回転方向(図6Bの符号604)に対して垂直となる。そのため、固定による回転位置のずれが発生しにくく、強く固定することが可能であり、且つ、固定方向に第1の平行平板21がずれた場合でも平行移動のみであるので光軸調整に影響を与えない。更に、回転に対する光軸ずれの変化量が小さく、上記固定により第1の平行平板21に回転が発生しても光軸ずれは小さいため、再現性も高くなる。第2の平行平板23についても同様である。
実施の形態1に係る光軸調整機構では、レーザ光101における光軸の角度を変化させずに、光軸の位置を調整する構成を示した。この光軸調整機構では、位置調整により光軸が完全にずれることはなく、第1の平行平板21及び第2の平行平板23を回転させるだけで位置調整前の位置に戻すことができる。そのため、この光軸調整機構にレーザ光101における光軸の位置を検出する構成を追加することで、位置調整の自動化が可能となる。そこで、実施の形態2では、位置調整を自動で行う光軸調整機構について説明する。
例えば、位置調整部5は、予め、受信光における基準光軸103の位置を記憶する。そして、位置調整部5は、位置検出部4により検出されたレーザ光101における光軸の位置と記憶した受信光における基準光軸103の位置との差を検出し、当該差が無くなるように、第1の回転機構22及び第2の回転機構24による回転量を調整する。
1/f=1/s1+1/s2 (5)
一方、光学系6を設けた場合、光軸合わせ部3の出射面でのレーザ光101における光軸と受信光における基準光軸103との位置関係を、位置検出部4に転写して再現できる。その結果、レーザ光101が受信光における基準光軸103に対して角度を有する場合でも、光軸合わせ部3での光軸の位置ずれを位置検出部4に再現できるため、位置のみを独立して調整できる。よって、短時間で光軸調整が可能となる。
位置調整部5の機能は、処理回路51により実現される。処理回路51は、図9Aに示すように、専用のハードウェアであっても、図9Bに示すように、メモリ53に格納されるプログラムを実行するCPU(Central Processing Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、DSP(Digital Signal Processor)ともいう)52であってもよい。
Claims (1)
- レーザ光における基準光軸上に配置され、入射されたレーザ光における光軸の角度を調整する角度調整機構と、
前記基準光軸上に配置され、入射されたレーザ光における光軸の位置を調整する位置調整機構と、
前記基準光軸上に配置され、前記角度調整機構及び前記位置調整機構の後段に配置される光軸合わせ部とを備えたライダ装置の光軸調整機構において、
前記位置調整機構は、
前記基準光軸上に、入射面の法線が当該基準光軸に対して傾いて配置された第1の平行平板と、
前記第1の平行平板を前記基準光軸周りに回転させる第1の回転機構と、
前記基準光軸上に、入射面の法線が当該基準光軸に対して傾いて配置された第2の平行平板と、
前記第2の平行平板を前記基準光軸周りに回転させる第2の回転機構とを有し、
前記角度調整機構により光軸の角度が調整され、前記位置調整機構により光軸の位置が調整されたレーザ光における光軸の位置を検出する位置検出部と、
前記位置検出部により検出された位置に基づいて、前記第1の回転機構及び前記第2の回転機構による回転量を調整する位置調整部と、
前記角度調整機構により光軸の角度が調整され前記位置調整機構により光軸の位置が調整されたレーザ光が入射され、当該レーザ光を転写する光学系とを備え、
前記位置検出部は、前記光学系との距離s2が、前記光学系の焦点距離をf、前記光軸合わせ部と前記光学系の距離をs1とすると、1/(s2)={1/f}―{1/(s1)}とした、前記光学系によりレーザ光が転写される位置に配置された
ことを特徴とする光軸調整機構。
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