JPS6010285B2 - レ−ザビ−ムの照度増加法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はしーザビームによって生ずる照度を増加せしめ
る方法、ことに目標上にレーザビームにより生ずる照度
を増加せしめる方法に関する。

ここで目標とは受けた光線の一部を拡散することのでき
る任意の光線ェネルギ受容体を意味するものとする。レ
ーザビームの波頭は実際上完全平面から静的または動的
にそれていることは知られているところである。

さらに目標に向って伝播するレーザビームはたとえば大
気擾乱により惹起される位相歪により影響を与えられる
。この欠点は目標により受容される光線の強さを減ずる
こととなる。波頭の変形をリアルタイムで修正すること
によってこのビームの有効強さを増大するいくつもの方
法が工夫されて来た。これらの方法は一般に、変形可能
な反射面を有する鏡にビームを反射させることを利用す
るものである。この鏡は剛性板に固定したピェゾ電気素
子と一体にした複数個の並置反射板を包含する。これら
の素子の制御電極を適宜付勢することにより、鏡の反射
面は変形してこの鏡に反射するビームの波頭を修正する
ものである。第１の既知方法はビームの位相をそれぞれ
ピェゾ電気装置で制御することより成る。

一群の基本ビームにひとつの位相変化を次に他の群の基
本ビームに他の位相変化をと次々に位相変化を与え「各
位相変化後に目標から反射される次々の基本ビームの強
さを測定することにより、位相変化に加えることが必要
な変更を基本ビーム強さの差の関数として計算すること
を可能とし、基本ビーム間の位相差を補償するのである
。この方法は満足な結果が得られるまでこのように変更
した位相変化について反復するのである。この方法は面
倒であること、および計算を行なうのにコンピュータを
必要とすることという欠点を有する。もうひとつの既知
方法は、変形可能な鏡のピェゾ電気素子に様々な周波数
において変調電圧を印加し、目標に向けたピェゾ電気受
信器により反射されたェネルギを検知することから成る
。

様々な変調周波数に同調せしめた同期検出器を包含する
電子システムによれば、変形可能な鏡の反射板のそれぞ
れの上で行なわれるべき修正を決定することを可能とす
る。これらの修正はピェゾ電気素子に関連するサーボ増
幅器により自動的に行なわれる。この方法は、相互変調
現象をさげるには変形可能な鏡の基本反射板の数が利眼
される（約３０）という欠点を有する。本発明の好適な
応用例は上記既知方法の欠点を緩和し、レーザビームに
より目標上に生じた照度を増加せしめる簡単な方法を提
供するにある。

本発明方法は多数の反射板をもつことのできる変形でき
る鏡を用い、レーザ自体から来る位相歪と大気擾乱に由
来する位相歪との両方の修正を可能とするものである。
本発明は１枚の板の上に固定されたｎ個のピェゾ電気素
子とそれぞれ一体にされかつそれぞれふたつの電極をそ
なえた複数個すなわちｎ個の並置反射板により形成され
た反射面上で反射させた後、目標にレーザビームを差し
向け、この目標によって拡散された光線の強さを測定し
、前記電極に付勢電圧を印加し次いで前記目標によって
反射された前記レーザビームの強さの測定値の関数とし
て決まる増分が後続するいずれかの符号の所定増分だけ
前記付勢電圧を変化せしめて前記目標に向って前記ｎ個
の反射板により反射された前記ビーム間の位相差を次々
の段階において減少せしめるようにした、レーザピーム
により目標上に生じた照度を増加せしめる方法において
、前記次々の段階を第１の段階とこれに続く段階とにわ
け、第１の段階においては直線電圧Ｖ，，Ｖ２，…・…
・・……Ｖｎによる前記ｎ個の素子５，６，７の最初の
付勢後電圧ｙ，を、いずれかの符号の所定直流電圧であ
る△Ｖだけ増加せしめ、増分十△Ｖが前記測定したレー
ザビーム強さの増加を生ぜしめる時１番目の前記素子の
付勢をその結果の電圧Ｖ，十△Ｖに維持せしめ、次いで
増分十△Ｖをメモリ内に記憶し「前記増分＋△Ｖが前記
測定レーザビーム強さの減少を生ぜしめる時１番目の前
記素子の付勢をその結果の電圧Ｖ，に維持せしめ、増分
一△Ｖをメモリ内に記憶し、電圧Ｖ：を十△Ｖだけ増加
せしめ、ｉ番目（ここでｉは２、３…………・・・ｎの
ような整数とする）の素子に印加される糟分＋△Ｖが測
定レーザビーム強さに増加を生ぜしめる時１番目の素子
の付勢をＶｉ十△Ｖに維持させ、次いで糟分＋△Ｖを記
憶させ、この素子に印加した増分十△Ｖが前記測定レー
ザピーム強さに減少を生ぜしめる時電圧Ｖｉ＋△Ｖをさ
らに一△Ｖだけ増加させ、次いでｉ番目の素子の付勢を
電圧Ｖ，に維持させ、増分−ＡＶを記憶せしめ、次いで
２、３、……………Ｎ番目の段階においては、それぞれ
ｎ個の素子５，６，７の結果電圧に前記第１の段階の電
圧と同じ変化を次々に生ぜしめてそれぞれの結果電圧に
先行する段階中に記憶せしめた増分と絶対値および符号
が同一である最Ｚ初の増分を次々に生ぜしめ、次いでこ
の電圧に最初の増分が測定レーザビーム強さの減少を生
ぜしめる時絶対値は等しいが符号が反対の余分の増分を
生ぜしめ、メモリ内に前もって記憶した増分の値をこの
最後に述べた増分の値に置き換えることＺを特徴とする
方法にある。

以下本発明を添付図面に例示したその好適な実施例につ
いて詳述する。

図面には光学装置１の断面が示されている。

この光学装置１は剛性板８に合体せしめたピェゾ電２気
素子６，６，７にそれぞれ固定した３つの並置反射板２
，３，４を包含する。ピェゾ電気素子はたとえば水晶に
よって構成する。それぞれの素子にはふたつの電極を設
けてある。このようにして素子７はふたつの電極９およ
び１０を包含し、こ２れらの電極は発電機１８の出力１
３のふたつの端子に接続してある。発電機１８はほかに
ふたつの出力１１および１２を包含し、これらの出力の
端子はそれぞれ素子５および６の電極に接続してある。
発電機１８は直流電圧を供給することができ３る。これ
らの直流電圧は調節できるものであって、出力１１，１
２および１３に互いに独立して印加される。レーザビー
ム１４は反射板２，３および４で反射され、目標１５で
集東する。

図面に示されてい３る状態とは異なり、目標は実際には
もっと遠い距離にあり、反射板で反射されるレーザビー
ムは実質的に互いに平行となっている。光電受信器１６
は装置１に近接して配置されており、目標１５によって
拡散されるビームの一部を受けるような方４向を向いて
いる。この光電受信器はそのふたつの出力端子を測定装
置１７に接続してあり「 これによりこの測定装置は目
標１５により拡散されたレーザ光線の強さを示す指示を
与える。測定装置１７および発電器１８に接続した論理
制御システム１９はピェゾ電気素子５，６，７へ発電器
１８により印加される電圧を変化せしめる。

電圧が装置１のピェゾ電気素子のふたつの電極の端子に
印加される時、素子の変形（膨張または収縮）が生じ、
これによりこの素子に固定した反射板の移動を生ぜしめ
る。

この移動はこの反射板で反射されるレーザ光線の光学路
をわずかに変更する。従って装置１の素子を適宜付勢す
ることにより「装置１の反射板で反射されたビーム１４
の部分間に存在する位相差を消去することが可能となる
ことが理解されよう。

これらの位相差はビーム１４のコーヒレンス性の不足に
由来するか、またはレーザ光源と、装置１の反射面と目
標１５との間でビームが通過する媒質の屈折係数の非均
質性に由来するかのいずれかである。装置１の素子の付
勢は次のようにして行なわれる。

まず装置１のピェゾ電気素子５，６および７はそれぞれ
直流電圧ｙ５，Ｖ６およびＶ７によって付勢される。

これらの電圧は実際にはゼロボルトであってもよい。第
１に電圧Ｖ５は基本増分値△Ｖを印加されて変化し、素
子５の偏極電圧をＶ５十ＡＶにもち来たらす。

この時電圧Ｖ６およびＶ？は不変とする。増分△Ｖは正
または負の直流電圧の所定値である。この増分ＡＶを反
射板により目標へ送られるし−ザビームのインターフェ
ース状態における変更を惹起する。

もしもこの変形が目標の照度の増加を生ずる（干渉がむ
しろ有利となる）ならば、受信器１６および測定装置１
７は目標により拡散れた光線の強さの増加を検知する。
電圧Ｖ５十△Ｖはその後維持され、増加の値△Ｖはメモ
リ２０内に記憶される。もしこの干渉状態の変更が逆に
目標の照度の減少を生ずると、受信器１６および測定装
置１７はこの目標により拡散される光線の強さの減少を
検出する。従って増加分△Ｖの樋性が変化し、電圧Ｖ５
十△Ｖに前述の符号と反対の符号の増加−△Ｖを印加す
る。従ってこの素子の電圧は次の値となる。Ｖ５十△Ｖ
−△Ｖ＝Ｖ５ そしてこの新しい値−△Ｖはメモリ２０に記憶される。

次いで同じ動作が素子６においても行なわれ、この付勢
電圧をＶ６十△Ｖにする。この電圧は装置１７で読み取
られる強さが増す時にはそのまま維持されるが、読み取
られる強さが減少する時にはＶ６にもち来らされる。同
じことが素子７でも行なわれる。

従ってこの動作は第１の段階ではすべての素子について
連続的に行なわれる。第２の段階においては、装置の各
素子に維持される電圧は第１の段階の場合と同じ変化を
連続的に行なうようにされる。

従って各ピェゾ電気素子には、△Ｖに等しい絶対値でそ
の符号が先行段階において記憶された増分の符号に対応
する電圧増分が印加される。反対の符号を有する特別の
増分は、第１の糟分が目標によって反射される強さの減
少につながる場合に印加される。印加される最後の増分
はその符号と共にメモリ内に記憶され、このようにして
メモリ内に先に記憶した増分を置き換える。必要に応じ
、同様な第３の段階およびこれに続く段階を実行する。

段階の数は、装置１７で測定した強さが最後または最後
のひとつ前の段階の終りで実質的に同じとなるように設
定する。事実、電圧変化のシーケンスは理論的には無限
に続くものである。しかし最適の調節に達するとピェゾ
電気素子に印加される電圧はも早変更されず、各素子は
逆符号で和がゼロとなるふたつの連続する増分を受ける
ようになる。所定の電圧△Ｖは本発明方法のすべての過
程において同一であり、実際上これはしーザ光線の波長
の何分の１かの程度の鏡の運動に対応するように選定す
る。

この電圧△Ｖは、電圧変化が印加されるとピェゾ電気素
子と一対の鏡に反射された波長の位相の変化を生ぜしめ
る。所定の電圧△Ｖに対応するこの位相変化は修正ステ
ップと呼ばれるものである。大きな修正ステップを選定
すると本発明方法の過程数は比較的少なくなるが、目標
を照明するビームの最終強さは実質的に可能最大値より
も小さくできる（この可能最大値は光学装置１の反射板
に反射するビームの部分間におけるゼロ位相シフトに対
応する）。

たとえば、ＩＯＮ固の素子を包含する光学装置ではビー
ムの最大強さの９０パーセントに等しい強さが１．２ラ
ジアンの修正ステップを適用することで得られし これ
は本発明方法においては４段階を行なうことにつながる
。

０．８ラジアンの修正ステップのためには５段階を行な
わなければならない。

最終強さはその最大値の実質的に９．５％に等しく０な
る。最後に０．４ラジアンの修正ステップでは最大強さ
の９９％を８段階で得なければならない。もちろん本発
明方法の各段階の動作の連続は好適には電子装置により
自動的に行なわれるようにすることもできる。もしひと
つの素子に及ぼす上ょ述の動作のひとつが５マイクロ秒
内で行なわれ得るものとすれば、本発明方法を行なう全
所要時間（すなわちコンパージェンス時間〉は上述の例
では２ミリ秒ないし４ミリ秒である。この所要時間は実
際に有効な位相修正を得るのに充分短い時間である。上
述の方法は増分△Ｖの絶対値を段々に減少せしめること
により改善することができる。

このようにして最初から第１の段階のために比較的大き
な増分を選択することが可能であり、これにより目標を
照明する最大可能強さに可成り近い値に向けて急速に収
れんせしめることが可能となる。この結果ひとつの段階
から次の段階へと増分の絶対値を減少せしめて、最大値
に近い照度値を得ることができる。このようにして急速
な収れんを許容する大きな増分の利点を、最適値目標照
度により近くなることを可能とする小さな増分の利点と
組み合わすことを可能とするのである。本発明方法は、
遠距離の目標にレーザビームを集東する必要がある時、
ことにデータ伝送光線のヱネルギを受信アンテナ焦点を
結ばせる遠隔通信の分野において有用である。

以上本発明を添付図面に例示したその好適な１実施例に
ついて詳述したが本発明はこの特定の実施例に限定され
るものではなく本発明の精神を逸脱しないで磯多の変化
変形がなし得ることはもちろんである。

ことに変形可能な反射面を有する光学装置はピェゾ電気
材料で作った円板のあつまりにより形成したピェゾ電気
素子とすることもできる。この場合各円板にはふたつの
電極を設けて、各素子の電極をたとえば並列に接続する
ものである。さらに、光学装置の変形可能な反射面はこ
れを複数個の反射板で構成する代り‘こ、ひとつだけの
反射板で形成することも可能である。

【図面の簡単な説明】

添付図面は本発明方法を実施する光学装置を断面で示す
と共に関連回路をブロックで示す図である。 １…・・・光学装置、２，３，４・・・・・・反射板、
６，６，７…・〇・ピヱゾ電気素子、８……剛性板、９
，１０・・・・・・電極、１１，１２・・・・・・出力
、１４…・・・レーザビーム、１５・…・・目標、１６
…・・・受信器、１７・・・・・・測定装置「 １８…
…発電器、１９・・・・・・論理制御システム、２０…
・・。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ １枚の板の上に固定されたｎ個のピエゾ電気素子と
   それぞれ一体にされかつそれぞれふたつの電極をそなえ
   た複数個すなわちｎ個の並置反射板により形成された反
   射面上で反射させた後、目標にレーザビームを差し向け
   、この目標によつて拡散された光線の強さを測定し、前
   記電極に付勢電圧を印加し次いで前記目標によつて反射
   された前記レーザビームの強さの測定値の関数として決
   まる増分が後続するいずれかの符号の所定増分だけ前記
   付勢電圧を変化せしめて前記目標に向つて前記ｎ個の反
   射板により反射された前記ビーム間の位相差を次々の段
   階において減少せしめるようにした。 レーザビームにより目標上に生じた照度を増加せしめる
   方法において、前記次々の段階を第１の段階とこれに続
   く段階とにわけ、第１の段階においては直流電圧Ｖ＿１
   ，Ｖ＿２……Ｖ＿ｎによる前記ｎ個の素子５，６，７の
   最初の付勢後電圧Ｖ＿１をいずれかの符号の所定直流電
   圧であるΔＶだけ増加せしめ、増分＋ΔＶが前記測定し
   たレーザビーム強さの増加を生ぜしめる時１番目の前記
   素子の付勢をその結果の電圧Ｖ＿１＋ΔＶに維持せしめ
   、次いで増分＋ΔＶをメモリ内に記憶し、前記増分＋Δ
   Ｖが前記測定レーザビーム強さの減少を生ぜしめる時１
   番目の前記素子の付勢をその結果の電圧Ｖ＿１に維持せ
   しめ、増分−ΔＶをメモリ内に記憶し、電圧Ｖ＿ｉを＋
   ΔＶだけ増加せしめ、ｉ番目（ここでｉは２、３……ｎ
   のような整数とする）の素子に印加される増分＋ΔＶが
   測定レーザビーム強さに増加を生ぜしめる時ｉ番目の素
   子の付勢をＶ＿ｉ＋ΔＶに維持させ、次いで増分＋ΔＶ
   を記憶させ、この素子に印加した増分＋ΔＶが前記測定
   レーザビーム強さに減少を生ぜしめる時電圧Ｖ＿ｉ＋Δ
   Ｖをさらに−ΔＶだけ増加させ、次いでｉ番目の素子の
   付勢を電圧Ｖ＿１に維持させ、増分−ΔＶを記憶せしめ
   、次いで２、３、……Ｎ番目の段階においては、それぞ
   れｎ個の素子５，６，７の結果電圧に前記第１の段階の
   電圧と同じ変化を次々に生ぜしめてそれぞれの結果電圧
   に先行する段階中に記憶せしめた増分と絶対値および符
   号が同一である最初の増分を次々に生ぜしめ、次いでこ
   の電圧に最初の増分が測定レーザビーム強さの減少を生
   ぜしめる時絶対値は等しいが符号の反対の余分の増分の
   生ぜしめ、メモリ内に前もつて記憶した増分の値をこの
   最後に述べた増分の値に置き換えることを特徴とする方
   法。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の方法において、ｎ個の
   素子５，６，７の最初の電圧Ｖ＿１，Ｖ＿２……Ｖ＿ｎ
   をゼロとすることを特徴とする方法。３ 特許請求の範
   囲第１項記載の方法において、前記増分の絶対値をふた
   つの連続する段階の間で減少せしめることを特徴とする
   方法。