JPH0510637B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野 本発明は移動体に高速移動体の追尾、通信、位
置計測を行う光ビームを利用した移動体の追尾装
置に関する。

(ロ) 従来技術 従来は広範囲にわたつて追尾を行う為には目標
物からの反射ビームを受光する為に大型のミラー
を操作して移動体の方向に追尾しなければなら
ず、可動部分の質量が大きくなり、慣性モーメン
トの増大からレスポンスが悪化し、高速で経路変
更をする移動体に追従できないと言う不具合があ
つた。

(ハ) 目的 本発明は上記の事情にかんがみてなされたもの
で、移動体の高速の経路変更にも追従し得る光ビ
ームを利用した移動体の追尾装置を提供すること
を目的としている。

(ニ) 構成 本発明は固定局と移動体に搭載された移動局か
らなり、固定局は光ビーム発生装置と、発生した
光ビームを所望の信号で変調する変調装置と、変
調した光ビームを直交２軸に高速偏向させる高速
偏向装置と、高速偏向装置の後方に設けられ光ビ
ームを三次元空間に発射するとともに移動局から
帰還する反射ビームを偏向させる低速偏向装置
と、高速偏向装置と低速偏向装置の間に設けられ
高速偏向された光ビームを低速偏向装置に向かつ
て通過させるとともに低速偏向装置で偏向された
反射ビームの光路を変更させるスプリツタと、前
記スプリツタにより光路を変更された反射ビーム
を検知する検知器と、前記検知器の出力によつて
前記高速偏向装置と低速偏向装置を制御する制御
装置とを具備しており、方、移動局は入射した前
記光ビームを該入射ビームと平行な反射ビームと
して反射させる反射手段と、前記入射ビームの一
部を分岐させるスプリツタと、前記分岐した光ビ
ームを検出して搬送されてきた信号を取り出す復
調器とを具備しており、かつ前記高速偏向装置は
回折格子が互いに直交するように配列された二つ
の音響光学素子で構成されるか又は直交２軸で保
持され慣性モーメントの小さい小型ミラーをモー
タで駆動するように構成されており、前記低速偏
向装置は直交２軸で保持されたミラーをモータで
駆動するように構成されており、前記検知器は検
知面が４個の象限に分割されており、前記制御装
置は前記検知器の各象限における反射ビームの入
射量が等しくなるように前記低速偏向装置及び高
速偏向装置を制御することにより固定局から発射
された光ビームが常に移動局の前記反射手段を照
射するようにしたことを特徴としている。

(ホ) 実施例 第１図は本発明の実施例を説明る斜視図であ
り、１００は固定局であり、下記のもので構成さ
れている。

１１０は光ビーム発生装置、１１１は変調装置
であり、所望の信号で変調されたレーザビーム
LB１が矢印で示す如く発射されて、上下偏向素
子１４２と左右偏向素子１４１とで構成される高
速偏向装置１４０を通過して所望の偏向を受け、
スプリツタ１５０を裏面より通過して、Ｘ軸モー
タ１３２及びＹ軸モータ１３３で制御されるミラ
ー１３１とで構成された低速偏向装置１３０で三
次元空間に対し所望の方向に反射される。

三次元空間に発射された前記レーザビームLB
１は後述の如く移動体で反射され上記レーザビー
ムLB１と平行な反射ビームLB２として固定局に
帰還する。反射ビームLB２は低速偏向装置１３
０のミラー１３１で反射されてスプリツタ１５０
の方向に偏向し、さらにスプリツタ１５０で反射
して光路を略直角に変更し、レンズ系１６０で集
光され、４個の象限に分割された検知器１７０の
検知面を照射する。前記反射ビームLB２の一部
は前記スプリツタ１５０を通過して高速偏向装置
１４０によつて偏向されるが、この偏向された反
射ビームはそのまま放置される。

１８０は検知器１７０からの出力信号を処理し
て低速偏向装置１３０及び高速偏向装置１４０を
駆動する信号を発生する制御装置である。

２００は移動体に搭載された移動局であり、前
記固定局１００から入射して来たレーザビーム
LB１を反射手段としてのコーナキユーブ２１０
で、入射した前記レーザビームLB１と平行な反
射ビームLB２として前記固定局１００の方向に
反射させる。

一方、入射してきたレーザビームLB１は前記
コーナキユーブ２１０の前方に置かれたスプリツ
タ２２０によつてその一部が光路を変更し、レン
ズ系２３０で集光された復調装置２４０に入射す
る。

復調装置２４０は後述の如く受光素子及び復調
回路等を具備しており、前述の如く固定局１００
からレーザビームLB１を変調して搬送されてき
た信号を取り出し、出力する。

第２図はブロツク図であり、前述の如く移動体
からの反射ビームLB２はミラー１３１及びスプ
リツタ１５０で反射され、レンズ系１６０で集光
されて検知器１７０に入射する。

検知器１７０は前述の如く、例えば、４象限に
分割された太陽電池よりなる。

しかして、前記制御装置１８０は前記検知器１
７０の各象限における反射ビームLB２の入射量
が等しくなるように前記低速偏向装置１３０及び
高速偏向装置１４０を制御することにより、固定
局から発射された光ビームLB１が常にコーナキ
ユーブ２１０を照射するようになつている。

即ち、検知器１７０の４個の象限の各出力はセ
ンサ回路１８１に入り、それぞれの受光回路１８
１１、フイルタ１８１２、Ａ／Ｄ変換器１８１３
を介してデジタル信号として偏向信号発生回路１
８２に入力する。位置判断回路１８２１は左右及
び上下の検知器象限の信号をそれぞれ比較するこ
とにより、偏向装置を駆動すべき方向を決定する
と共に、前記信号の大きさ等を信号処理装置１８
２２によつて処理決定する。位置判断回路１８２
１の出力である左右方向の信号はパルスカウンタ
１８２３に、上下方向の信号はパルスカウンタ１
８２４に制御信号として入力される。前記パルス
カウンタ１８２３，１８２４はセンサ回路１８１
のデジタル信号をパルス量に変換してデジタル信
号の持続時間を計量する。

しかして、パルスカウンタ１８２３，１８２４
はパルス発生器１８２５の入力パルスを前記制御
信号に基づき計数し、その出力をＤ／Ａ変換器１
８２６及び１８２７に与える。Ｄ／Ａ変換器１８
２６，１８２７は前記パルスカウンタ１８２３，
１８２４のカウンタ量に応じて例えば電圧等のア
ナログ制御信号を出力する。

低速偏向駆動回路１８３では前記左右および上
下方向の信号はそれぞれLPフイルタ１８３１を
介して偏向角度判断回路１８３２に入力され、前
記信号をモータの回転角度信号に変換し、パルス
切換回路１８３３に入る。パルス切換回路１８３
３は前記Ｄ／Ａ変換器１８２７より出力されたア
ナログ制御信号をモータ駆動のためのパルス信号
の持続時間に変換するとともに、前記パルス信号
の正負を切り替えてＹ軸モータ１３３の回転方向
を制御する。前記パルス切換回路１８３３によつ
てパルス発生器１８３４からのパルス列を切換え
デジタル信号として駆動回路１８３５を介してＸ
軸モータ１３２又はＹ軸モータ１３３に印加して
ミラー１３１を所望の方向に向ける。

尚、上記の操作は前述の如く低速偏向駆動回路
１８３への入力信号がLPフイルタ１８３１を通
過し、高速信号が除去されており、且つ、ミラー
の慣性モーメントの影響で低速の追尾のみが行わ
れる。

一方、前記の偏向信号発生回路１８２からの左
右及び上下方向の信号はそれぞれ高速偏向駆動回
路１８４にも入力され、HPフイルタ１８４１を
介して低速信号は除去される。

しかして、高速偏向のための信号は、VCO１
８４２、駆動回路１８４３を経て、高速偏向装置
１４０の左右偏向素子１４１又は上下偏向素子１
４２に印加される。入射してきたレーザビーム
LB１は回折により所望の偏向を与えられ、スプ
リツタ１５０を経て前記ミラー１３１によつて所
望の方向に反射される。

この場合、高速偏向装置１４０でのレーザビー
ムLB１の偏向は、例えば、音響光学素子による
回折によつてなされる。音響光学素子は物体の運
動をともなわないので高速信号にも充分追従する
ことができる。従つて、前記の低速偏向と相俟つ
て移動体の如何なる運動にも追従することができ
る。

更に、光ビーム発生装置１１０からのレーザビ
ームLB１は変調装置１１１の変調器１１１１に
入り、移動体に伝達すべき所望の信号を変調回路
１１１２から受けて変調され、レーザビームLB
１として高速偏向装置１４０へ射出される。

又、移動局２００に於いては入射した前記レー
ザビームLB１、コーナキユーブ２１０によつて
入射ビームと平行な反射ビームLB２として固定
局へ向けて反射される。また、入射したレーザビ
ームLB１の一部は、スプリツタ２２０で光路変
更され、レンズ系２３０で集光され、復調装置２
４０に入射する。

復調装置２４０では入射したレーザビームLB
１を受光素子２４０１で受け電器信号に変換し、
更に増幅器２４０２、復調回路２４０３、弁別回
路２４０４、出力回路２４０５を介して、固定局
からの前記伝達信号を取り出す。

以上述べた如く低速及び高速の二つの偏向装置
を併用することによつて、移動局のゆつくりした
振幅の大きい移動に対しても、また、振幅が小さ
く速い移動に対しても固定局から照射されるレー
ザビームを充分追従させ得る。その状況を示す為
に、前記両偏向装置にステツプ入力を印加した場
合の総合的な偏向特性を第３図に示す。

(A)は低速偏向装置の応答特性を示すもので、角
度変化がゆつくりしており、広い角度範囲に対応
することができる。しかし、急激な角度変化に対
しては、ミラー１３１が追従できない。(B)は高速
偏向装置の応答特性を示すもので、角度変化が急
激であつても対応することができる。(C)は両者を
併合した総合応答特性を示すもので、両者の特性
を補完しており、十分短時間に高、低いずれの移
動にも広い範囲にわたつて追従し得ることを示し
ている。

尚、上述の実施例において、高速偏向装置は、
回折格子が互いに直交するように配列された二つ
の音響光学素子からなるとして説明した。

しかし、この発明は、これに限定されず、例え
ば高速偏向装置１４０′は第４図に示すように、
慣性モーメントが充分小さくなるような小型のミ
ラー１４３を直交２軸まわりにモータ１４４，１
４５で駆動するものであつてもよい。

しかして、このミラーは光ビーム発生装置から
照射された光ビームを入射するのみで、前述した
ミラーのように反射ビームの入射範囲を考慮する
必要がないので、その形状を充分小さくすること
が可能である。

(ヘ) 効果 本発明の装置を使用することにより、移動体の
通常の運動は勿論のこと急速なる経路変更運動或
いは悪路等にもとずく移動体の高速振動に対して
も見失うことなく確実に追尾することができ、良
質な位置計測値を得ることができると共に良質の
情報伝達を行い得ると言う効果をあげることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を説明する斜視図、第
２図は第１図に示した実施例のブロツク図、第３
図は偏向装置のステツプ応答図である。第４図は
高速偏向装置の他の実施例を説明する斜視図であ
る。 １００…固定局、１１０…光ビーム発生装置、
１３０…低速偏向装置、１４０…高速偏向装置、
１５０…スプリツタ、１７０…検知器、１８０…
制御装置、２００…移動局、２１０…コーナキユ
ーブ、２２０…スプリツタ、２４０…復調装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 固定局と移動体に搭載された移動局からな
   り、固定局は光ビーム発生装置と、発生した光ビ
   ームを所望の信号で変調する変調装置と、変調し
   た光ビームを直交２軸に高速偏向させる高速偏向
   装置と、高速偏向装置の後方に設けられ光ビーム
   を三次元空間に発射するとともに移動局から帰還
   する反射ビームを偏向させる低速偏向装置と、高
   速偏向装置と低速偏向装置の間に設けられ高速偏
   向された光ビームを低速偏向装置に向かつて通過
   させるとともに低速偏向装置で偏向された反射ビ
   ームの光路を変更させるスプリツタと、前記スプ
   リツタにより光路を変更された反射ビームを検知
   する検知器と、前記検知器の出力によつて前記高
   速偏向装置と低速偏向装置を制御する制御装置と
   を具備しており、方、移動局は入射した前記光ビ
   ームを該入射ビームと平行な反射ビームとして反
   射させる反射手段と、前記入射ビームの一部を分
   岐させるスプリツタと、前記分岐した光ビームを
   検出して搬送されてきた信号を取り出す復調器と
   を具備しており、かつ前記高速偏向装置は回折格
   子が互いに直交するように配列された二つの音響
   光学素子で構成されるか又は直交２軸で保持され
   慣性モーメントの小さい小型ミラーをモータで駆
   動するように構成されており、前記低速偏向装置
   は直交２軸で保持されたミラーをモータで駆動す
   るように構成されており、前記検知器は検知面が
   ４個の象限に分割されており、前記制御装置は前
   記検知器の各象限における反射ビームの入射量が
   等しくなるように前記低速偏向装置及び高速偏向
   装置を制御することにより固定局から発射された
   光ビームが常に移動局の前記反射手段を照射する
   ようにしたことを特徴とする光ビームを利用した
   移動体の追尾装置。