WO2018029806A1 - 光軸調整機構及びライダ装置 - Google Patents

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WO2018029806A1
WO2018029806A1 PCT/JP2016/073573 JP2016073573W WO2018029806A1 WO 2018029806 A1 WO2018029806 A1 WO 2018029806A1 JP 2016073573 W JP2016073573 W JP 2016073573W WO 2018029806 A1 WO2018029806 A1 WO 2018029806A1
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optical axis
parallel plate
angle
adjustment mechanism
laser beam
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PCT/JP2016/073573
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French (fr)
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成人 鮫島
武司 ▲崎▼村
柳澤　隆行
拓哉 ▲高▼崎
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三菱電機株式会社
菱電湘南エレクトロニクス株式会社
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    • Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation

Definitions

  • the present invention relates to an optical axis adjustment mechanism that adjusts the angle and position of an optical axis in laser light, and a lidar apparatus that includes the optical axis adjustment mechanism.
  • a lidar device using laser light transmits laser light into the atmosphere, receives scattered light from aerosol in the atmosphere, and measures the wind speed, or Laser light is transmitted toward the object to be measured, light reflected by the object to be measured is received, and the distance and speed to the object to be measured are measured.
  • the angle and position on a plane perpendicular to the optical axis between the optical axis of the laser light and the optical axis of the received light. It is desirable to match the position) (coaxial reception method).
  • the optical axis of the laser light and the optical axis of the received light coincide with each other, stable measurement can be performed from a short distance to a long distance.
  • the angles match the laser light propagates in parallel with the optical axis of the received light, so that the influence of the displacement in the distance is small.
  • the angle is shifted the influence of the position shift in the distance increases. For this reason, after the optical axis adjustment, stability against angle deviation is required.
  • the conventional optical axis adjustment when the mirror or the wedge plate is adjusted, both the angle and the position of the optical axis in the laser beam are shifted, so that the position is shifted when the angular shift is corrected.
  • the conventional optical axis adjustment has a problem that the angle and position of the optical axis cannot be adjusted independently.
  • the optical axis in the laser beam is returned to the original position. In order to return it, the optical axis must be adjusted again. However, it is difficult to return the optical axis of the laser light to the original position with the conventional angle adjusting mechanism using the mirror. For this reason, when it is necessary to adjust the optical axis in an environment where the measuring instrument is limited, such as a lidar device used outdoors, the characteristics may be further deteriorated by the optical axis adjustment.
  • the angle adjustment mechanism using the mirror since the angle adjustment mechanism using the mirror has a mechanism for adjusting the angle of the mirror itself, an angle shift tends to occur when the position of the mirror is fixed after the optical axis adjustment.
  • this angle adjustment mechanism the distance between the two mirrors is separated and the mirrors are adjusted independently. Therefore, when an angle deviation occurs in any of the mirrors, the angle deviation of the optical axis in the laser light and Misalignment will occur.
  • Patent Document 1 A mechanism for adjusting the position of the optical axis in laser light using a parallel plate is known (see, for example, Patent Document 1).
  • the mechanism disclosed in Patent Document 1 one or two parallel flat plates can be rotated around an axis perpendicular to a reference optical axis in laser light. Then, by applying this mechanism to the optical axis adjustment mechanism, a configuration in which only the position of the optical axis is adjusted independently of the angle adjustment mechanism is also conceivable.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, has stability and reproducibility of optical axis adjustment, and changes the position of the optical axis without changing the angle of the optical axis in laser light.
  • An object of the present invention is to provide an optical axis adjustment mechanism that can be adjusted.
  • An optical axis adjustment mechanism is disposed on a reference optical axis in laser light, and is disposed on and incident on an angle adjustment mechanism that adjusts an angle of the optical axis in incident laser light.
  • a position adjusting mechanism that adjusts the position of the optical axis in the laser light, and the position adjusting mechanism is arranged on the reference optical axis so that the normal line of the incident surface is inclined with respect to the reference optical axis.
  • a first rotation mechanism that rotates the flat plate, the first parallel flat plate around the reference optical axis, and a second rotation plane on the reference optical axis, the normal of the incident surface being inclined with respect to the reference optical axis. It has a parallel plate and a second rotation mechanism for rotating the second parallel plate around the reference optical axis.
  • the optical axis adjustment since it is configured as described above, the optical axis adjustment has stability and reproducibility, and the optical axis position can be adjusted without changing the angle of the optical axis in the laser light.
  • FIG. 3A is a view for explaining the parallel movement of laser light by the first parallel plate in Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 3B is a view showing the movable range of the laser light by the first parallel plate.
  • FIG. 4A to 4C are diagrams showing the movable range of the laser beam by the first parallel plate and the second parallel plate according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 4B is a diagram illustrating a case where ⁇ d1> ⁇ d2
  • FIG. 4C is a diagram illustrating a case where ⁇ d1 ⁇ d2.
  • FIG. FIG. 5B is a diagram illustrating a case where the amount of parallel movement of light is zero
  • FIG. 5B is a diagram illustrating a case where the amount of parallel movement of laser light is maximized.
  • 6A and 6B are diagrams for explaining the effect of the optical axis adjusting mechanism according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a case where ⁇ d1> ⁇ d2
  • FIG. 4C is a diagram illustrating a case where ⁇ d1 ⁇ d2.
  • FIG. 6A is a view showing a conventional parallel plate
  • FIG. 6B is the view in Embodiment 1. It is a figure which shows a 1st parallel flat plate. It is a figure which shows the structural example of the optical axis adjustment mechanism which concerns on Embodiment 2 of this invention. It is a figure which shows the structural example of the optical system in Embodiment 2 of this invention.
  • 9A and 9B are diagrams showing a hardware configuration example of the position adjustment unit according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of an optical axis adjusting mechanism according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the optical axis adjustment mechanism is a mechanism for adjusting the angle and position of the optical axis of the incident laser beam 101, and is mounted on a lidar apparatus (not shown) using a laser.
  • the optical axis adjustment mechanism includes an angle adjustment mechanism 1, a position adjustment mechanism 2, and an optical axis alignment unit 3.
  • a dotted arrow in FIG. 1 indicates a movable range of the laser beam 101.
  • the angle adjustment mechanism 1 is disposed on the reference optical axis 102 in the laser beam 101 and adjusts the angle of the optical axis in the incident laser beam 101.
  • This angle adjusting mechanism 1 can use an existing one, and can be realized by combining two wedge plates that can rotate around the reference optical axis 102 by a rotating mechanism, for example. In the angle adjusting mechanism 1, not only the angle of the optical axis but also the position changes.
  • the position adjusting mechanism 2 is disposed on the reference optical axis 102 and adjusts the position of the optical axis in the incident laser beam 101. Details of the position adjusting mechanism 2 will be described later.
  • the optical axis aligning unit 3 is disposed on the reference optical axis 102 and subsequent to the angle adjusting mechanism 1 and the position adjusting mechanism 2, and overlaps the reference optical axis 102 and the reference optical axis 103 in the received light.
  • the optical axis alignment unit 3 can be realized by using, for example, a polarization beam splitter that transmits P-polarized light and reflects S-polarized light.
  • the P-polarized light is polarized light having an electric field in a plane including the normal line of the reflecting surface and the reference optical axis 102 in the polarization beam splitter, and the S-polarized light is normal line of the reflecting surface and the reference optical axis 102.
  • the optical axis aligning unit 3 reflects the laser beam 101 and changes its direction, and transmits the received light.
  • the position adjustment mechanism 2 includes a first parallel plate 21, a first rotation mechanism 22, a second parallel plate 23, and a second rotation mechanism 24.
  • the first parallel plate 21 is a member that is disposed on the reference optical axis 102 so that the normal line of the incident surface is inclined with respect to the reference optical axis 102, and is a medium having a refractive index.
  • the first parallel plate 21 is configured to be rotatable around the reference optical axis 102 by the first rotation mechanism 22.
  • the first rotation mechanism 22 rotates the first parallel plate 21 around the reference optical axis 102.
  • the second parallel plate 23 is a member that is disposed on the reference optical axis 102 so that the normal of the incident surface is inclined with respect to the reference optical axis 102, and is a medium having a refractive index.
  • the second parallel plate 23 is configured to be rotatable around the reference optical axis 102 by the second rotating mechanism 24.
  • the second rotation mechanism 24 rotates the second parallel plate 23 around the reference optical axis 102.
  • the angle adjustment mechanism 1 adjusts the angle of the optical axis in the incident laser beam 101 (step ST21).
  • the angle adjustment mechanism 1 for example, the angle of the optical axis in the laser light 101 is adjusted by rotating two wedge plates around the reference optical axis 102 by a predetermined rotation amount.
  • the angle adjusting mechanism 1 not only the angle of the optical axis but also the position changes.
  • the position adjustment mechanism 2 adjusts the position of the optical axis in the incident laser beam 101 (step ST22).
  • the operation in the position adjusting mechanism 2 will be described.
  • the first parallel plate 21 is arranged such that the normal line of the incident surface is inclined at an angle ⁇ 1 with respect to the reference optical axis 102.
  • the second parallel plate 23 is formed of the incident surface. Is arranged with an angle ⁇ 2 inclined with respect to the reference optical axis 102. 3A indicates the direction of rotation of the first parallel plate 21.
  • the laser beam 101 that has passed through the angle adjusting mechanism 1 is incident on the incident plane of the first parallel plate 21 at an angle of ⁇ 1.
  • the first parallel flat plate 21 has a refractive index of n1 and a thickness of t1.
  • the laser beam 101 incident on the first parallel plate 21 is expressed by the following expression (1) in a plane including the reference optical axis 102 and the normal line of the incident surface of the first parallel plate 21.
  • the light is emitted after being translated by a change amount ⁇ d1.
  • ⁇ d1 (t1 / cos ( ⁇ 1 ′)) ⁇ sin ( ⁇ 1 ⁇ 1 ′) (1)
  • ⁇ 1 ′ is an internal angle of the first parallel plate 21 and is represented by the following equation (2).
  • ⁇ 1 ′ sin ⁇ 1 (sin ( ⁇ 1) / n1) (2)
  • the first parallel plate 21 is configured to be rotatable around the reference optical axis 102 by the first rotation mechanism 22. Therefore, as shown in FIG. 3B, the first parallel plate 21 parallels the laser beam 101 to an arbitrary position on a circle having a change amount ⁇ d1 as a radius about the reference optical axis 102, depending on its rotational position. It is possible to move.
  • the laser beam 101 that has passed through the first parallel plate 21 is incident on the incident surface of the second parallel plate 23 at an angle of ⁇ 2.
  • the second parallel flat plate 23 has a refractive index of n2 and a thickness of t2.
  • the laser beam 101 incident on the second parallel plate 23 is expressed by the following expression (3) in a plane including the reference optical axis 102 and the normal line of the incident surface of the second parallel plate 23.
  • the light is emitted after being translated by a change amount ⁇ d2.
  • ⁇ d2 (t2 / cos ( ⁇ 2 ′)) ⁇ sin ( ⁇ 2 ⁇ 2 ′) (3)
  • ⁇ 2 ′ is an internal angle of the second parallel plate 23 and is represented by the following equation (4).
  • ⁇ 2 ′ sin ⁇ 1 (sin ( ⁇ 2) / n2) (4)
  • the second parallel plate 23 is configured to be rotatable around the reference optical axis 102 by the second rotation mechanism 24. Therefore, the second parallel plate 23 can translate the laser beam 101 to an arbitrary position on a circle whose radius is the amount of change ⁇ d2 with the reference optical axis 102 as the center, according to its rotational position. .
  • the laser beam 101 passes through the first parallel plate 21 and the second parallel plate 23, and as shown in FIG. 4, is positioned at an arbitrary position on a circle (solid line) whose radius is the variation ⁇ d1.
  • the translation is made to an arbitrary position on a circle (dotted line) having the radius of change ⁇ d2. Therefore, the position adjustment mechanism 2 can translate the laser beam 101 to an arbitrary position between the maximum radius
  • FIG. 4B shows the case of ⁇ d1> ⁇ d2
  • FIG. 4A shows the case of ⁇ d1 ⁇ d2.
  • the position adjustment mechanism 2 can emit the laser beam 101 with zero parallel movement, that is, without changing the position of the optical axis in the laser beam 101.
  • the optical axis aligning unit 3 superimposes the reference optical axis 102 and the reference optical axis 103 in the received light (step ST23).
  • the optical axis aligning unit 3 reflects the laser beam 101 and changes its direction, and transmits the received light.
  • the position adjusting mechanism 2 only the position of the optical axis in the laser beam 101 is changed by rotating the first parallel plate 21 and the second parallel plate 23 around the reference optical axis 102. Therefore, the position adjustment of the optical axis in the laser beam 101 can be performed independently of the angle adjustment, and an optical axis adjustment mechanism that can obtain stable characteristics during the optical axis adjustment can be realized. Further, after the position adjustment, the position of the optical axis in the laser beam 101 can be easily fixed by fixing the rotational positions of the first parallel plate 21 and the second parallel plate 23.
  • the optical axis is positioned by rotating the first parallel plate 21 and the second parallel plate 23. It is possible to return to the position before adjustment. For this reason, the optical axis is not completely shifted in position adjustment, and the optical axis can be adjusted reliably. Especially for lidar equipment used outdoors, it is often necessary to adjust the optical axis in an environment where the measuring instruments are limited, but even if position adjustment fails, the optical axis must be returned to the position before the position adjustment. Can do.
  • the position adjusting mechanism 2 uses two parallel plates 21 and 23. For this reason, for example, when the position adjustment mechanism 2 itself is tilted due to distortion of the housing or the like, parallel movement of the optical axis depending on the tilt occurs with respect to the laser light 101, but the angle of the optical axis does not change, The performance of the optical axis adjustment mechanism is stabilized. In particular, in a lidar apparatus or the like used outdoors, the housing may be distorted by stress or temperature, but even in this case, the angle of the optical axis does not change.
  • the angle adjusting mechanism 1 that is arranged on the reference optical axis 102 in the laser light 101 and adjusts the angle of the optical axis in the incident laser light 101, and the reference optical axis.
  • a position adjusting mechanism 2 that adjusts the position of the optical axis in the incident laser beam 101.
  • the position adjusting mechanism 2 has a normal line of the incident surface on the reference optical axis 102 and the reference light.
  • a first parallel plate 21 that is inclined with respect to the shaft 102; a first rotation mechanism 22 that rotates the first parallel plate 21 around the reference optical axis 102; and an incident surface on the reference optical axis 102.
  • a second parallel plate 23 that is inclined with respect to the reference optical axis 102
  • a second rotation mechanism 24 that rotates the second parallel plate 23 around the reference optical axis 102.
  • the position of the optical axis in the laser beam 101 is adjusted by rotating the first parallel plate 21 and the second parallel plate 23 around the reference optical axis 102. Therefore, an optical axis adjustment mechanism with high reproducibility and stability can be obtained compared to the conventional configuration in which the parallel plate is rotated around an axis perpendicular to the reference optical axis in the laser light. That is, when the parallel plate is rotated around an axis perpendicular to the reference optical axis in the laser light as in the conventional configuration shown in FIG. 6A, the rotation axis of the parallel plate is rotated to fix the rotation position of the parallel plate. It is necessary to fix or fix the parallel plate itself.
  • the displacement of the rotational position due to fixation is unlikely to occur, it can be strongly fixed, and even if the first parallel plate 21 is displaced in the fixing direction, it is only a parallel movement, which affects the optical axis adjustment. Don't give. Further, the change amount of the optical axis deviation with respect to the rotation is small, and even if the first parallel flat plate 21 is rotated by the above fixing, the optical axis deviation is small, so that the reproducibility is improved. The same applies to the second parallel plate 23.
  • the position adjustment mechanism 2 is arranged on the reference optical axis 102.
  • the position adjustment mechanism 2 is arranged on the reference optical axis 103 in the received light to adjust the position of the reference optical axis 103.
  • the reference optical axis 102 and the reference optical axis 103 can be overlapped, and the same effect as described above can be obtained.
  • Embodiment 2 the configuration in which the position of the optical axis is adjusted without changing the angle of the optical axis in the laser light 101 is shown.
  • the optical axis is not completely displaced by the position adjustment, and can be returned to the position before the position adjustment simply by rotating the first parallel plate 21 and the second parallel plate 23. Therefore, by adding a configuration for detecting the position of the optical axis in the laser beam 101 to the optical axis adjustment mechanism, the position adjustment can be automated.
  • an optical axis adjustment mechanism that automatically performs position adjustment will be described.
  • FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of an optical axis adjusting mechanism according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the optical axis adjustment mechanism according to the second embodiment shown in FIG. 7 is obtained by adding a position detection unit 4, a position adjustment unit 5, and an optical system 6 to the optical axis adjustment mechanism according to the first embodiment shown in FIG. ing.
  • Other configurations are the same, and the same reference numerals are given and description thereof is omitted.
  • reference numeral 7 denotes a partial reflection mirror that reflects main light and transmits part of light.
  • the partial reflection mirror 7 may be any as long as a part of the light is transmitted. For example, since a slight amount of transmitted light is generated even by a total reflection mirror that generally reflects all light, it can be used as the partial reflection mirror 7.
  • the position detector 4 detects the position of the optical axis in the laser beam 101 in which the angle of the optical axis is adjusted by the angle adjusting mechanism 1 and the position of the optical axis is adjusted by the position adjusting mechanism 2.
  • the position adjustment unit 5 adjusts the amount of rotation by the first rotation mechanism 22 and the second rotation mechanism 24 based on the position detected by the position detection unit 4. Thereby, the position adjustment unit 5 adjusts the position of the optical axis in the laser light 101 to a desired position. For example, the position adjustment unit 5 stores the position of the reference optical axis 103 in the received light in advance. Then, the position adjustment unit 5 detects the difference between the position of the optical axis in the laser beam 101 detected by the position detection unit 4 and the position of the reference optical axis 103 in the stored received light, and eliminates the difference. The amount of rotation by the first rotation mechanism 22 and the second rotation mechanism 24 is adjusted.
  • a partial reflection mirror 7 is disposed at the subsequent stage of the optical axis alignment unit 3, and the directions of the laser beam 101 and the reception light are changed by the partial reflection mirror 7. Then, the position detection unit 4 detects the position of the optical axis using the laser light 101 leaked from the back surface of the partial reflecting mirror 7. Thereby, the optical axis adjustment mechanism having the position detection unit 4 can be mounted on the lidar apparatus, and the optical axis adjustment mechanism can automatically adjust the optical axis during observation by the lidar apparatus.
  • the optical system 6 receives a laser beam 101 whose angle is adjusted by the angle adjusting mechanism 1 and whose position is adjusted by the position adjusting mechanism 2, and transfers the laser beam.
  • the optical system 6 is arranged at the rear stage of the partial reflection mirror 7.
  • the optical system 6 is not an essential configuration and is provided as necessary.
  • the position detection unit 4 is disposed at a position where the laser light 101 is transferred by the optical system 6.
  • the optical system 6 allows the position detection unit 4 to detect the position of the optical axis in the laser light 101 at an arbitrary location.
  • the arbitrary location is a location where the optical axes of the laser beam 101 and the received light are to be aligned, for example, the exit surface of the optical axis aligning unit 3.
  • a lens having a focal length f as shown in FIG. 8 or a transfer optical system equivalent to the lens realized by a combination of a plurality of optical components can be used.
  • the position detection unit 4 detects the position of the optical axis in the laser beam 101 on the emission surface of the optical axis alignment unit 3, the distance s1 between the optical axis alignment unit 3 and the optical system 6, the optical system 6 and the position.
  • the position of the optical axis detected by the position detection unit 4 is determined by the optical axis alignment unit 3. It shifts with respect to the position of the optical axis on the exit surface. Therefore, it is necessary to repeat angle adjustment and position adjustment.
  • the positional relationship between the optical axis in the laser beam 101 and the reference optical axis 103 in the received light on the emission surface of the optical axis aligning unit 3 can be transferred to the position detecting unit 4 and reproduced. .
  • the positional deviation of the optical axis in the optical axis aligning unit 3 can be reproduced in the position detecting unit 4, so that only the position is independent. Can be adjusted. Therefore, the optical axis can be adjusted in a short time.
  • the position adjustment mechanism 2 only the position of the optical axis in the laser beam 101 is changed by rotating the first parallel plate 21 and the second parallel plate 23 around the reference optical axis 102. Therefore, in the position adjustment mechanism 2, even if the amount of parallel movement of the optical axis becomes too large in the position adjustment, the position of the optical axis is adjusted by rotating the first parallel plate 21 and the second parallel plate 23. It can be returned to the previous position. Therefore, the optical axis does not completely shift in position adjustment, and the optical axis can be adjusted reliably. Further, the position adjustment unit 5 stores the initial rotation positions of the first parallel plate 21 and the second parallel plate 23 in advance, so that even if the position adjustment fails, the optical axis can be easily set to the initial position. Can be returned.
  • the processing circuit 51 is a CPU (Central Processing Unit, a central processing unit, a processing unit that executes a program stored in the memory 53, as shown in FIG. 9B, even if it is dedicated hardware.
  • the processing circuit 51 may be, for example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), or an FPGA (Field Programmable Gate). Array) or a combination thereof.
  • ASIC Application Specific Integrated Circuit
  • FPGA Field Programmable Gate
  • the function of the position adjustment unit 5 is realized by software, firmware, or a combination of software and firmware.
  • Software and firmware are described as programs and stored in the memory 53.
  • the processing circuit 51 implements the function of the position adjustment unit 5 by reading and executing a program stored in the memory 53. That is, the position adjustment unit 5 adjusts the rotation amount by the first rotation mechanism 22 and the second rotation mechanism 24 based on the position detected by the position detection unit 4 when executed by the processing circuit 51.
  • a memory 53 is provided for storing a program whose operation is to be executed as a result. These programs can also be said to cause the computer to execute the procedure and method of the position adjustment unit 5.
  • the memory 53 is, for example, a non-volatile or volatile semiconductor memory such as a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), a flash memory, an EPROM (Erasable Programmable ROM), an EEPROM (Electrically EPROM), or the like. And a magnetic disk, a flexible disk, an optical disk, a compact disk, a mini disk, a DVD (Digital Versatile Disc), and the like.
  • a RAM Random Access Memory
  • ROM Read Only Memory
  • flash memory an EPROM (Erasable Programmable ROM), an EEPROM (Electrically EPROM), or the like.
  • EEPROM Electrically EPROM
  • a magnetic disk a flexible disk, an optical disk, a compact disk, a mini disk, a DVD (Digital Versatile Disc), and the like.
  • the processing circuit 51 can realize the above-described functions by hardware, software, firmware, or a combination thereof.
  • the optical axis adjustment mechanism according to the present invention has stability and reproducibility of optical axis adjustment, can adjust the position of the optical axis without changing the angle of the optical axis in the laser light, and can adjust the optical axis in the laser light. It is suitable for use in an optical axis adjustment mechanism for adjusting the angle and position.

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Abstract

レーザ光（１０１）における基準光軸（１０２）上に配置され、入射されたレーザ光（１０１）における光軸の角度を調整する角度調整機構（１）と、基準光軸（１０２）上に配置され、入射されたレーザ光（１０１）における光軸の位置を調整する位置調整機構（２）とを備え、位置調整機構（２）は、基準光軸（１０２）上に、入射面の法線が当該基準光軸（１０２）に対して傾いて配置された第１の平行平板（２１）と、第１の平行平板（２１）を基準光軸（１０２）周りに回転させる第１の回転機構（２２）と、基準光軸（１０２）上に、入射面の法線が当該基準光軸（１０２）に対して傾いて配置された第２の平行平板（２３）と、第２の平行平板（２３）を基準光軸（１０２）周りに回転させる第２の回転機構（２４）とを有する。

Description

光軸調整機構及びライダ装置
　この発明は、レーザ光における光軸の角度及び位置を調整する光軸調整機構、及び当該光軸調整機構を備えたライダ装置に関する。
　レーザ光を用いたライダ装置（レーザレーダ装置、光波レーダ装置とも呼ばれる）では、大気中に向けてレーザ光を送信し、大気中のエアロゾルによる散乱光を受信して、風速を計測する、又は、被測定対象物に向けてレーザ光を送信し、被測定対象物による反射光を受信して、被測定対象物までの距離及び速度を計測する。ここで、送信したレーザ光に対する受信光（散乱光、反射光）を効率よく受信するためには、レーザ光における光軸と受信光における光軸との角度及び位置（光軸に垂直な面における位置）を一致させることが望ましい（同軸受信方式）。特に、コヒーレントドップラーライダ装置では、高い精度でレーザ光における光軸と受信光における光軸との角度及び位置を一致させる必要がある。
　従来、同軸受信方式を実現する方法として、２枚のミラーを有する市販又は専用の角度調整機構により、レーザ光における光軸の角度及び位置を同時に調整する方法が用いられている。
　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。
　同軸受信方式では、レーザ光における光軸と受信光における光軸とが一致しているため、距離が近いところから遠いところまで、安定した計測が可能となる。ここで、角度が一致していれば、レーザ光は受信光における光軸に平行に伝搬するため、遠方における位置ずれの影響は小さい。一方、角度がずれている場合、遠方における位置ずれの影響が大きくなる。そのため、光軸調整後は、特に角度ずれに対する安定性が要求される。
　一方、従来の光軸調整では、ミラー又はウェッジ板を調整すると、レーザ光における光軸の角度及び位置の両方がずれてしまうため、角度ずれを補正すると位置がずれてしまう。このように、従来の光軸調整では、光軸の角度と位置とを独立して調整できないという課題があった。
　また、ミラーを用いた角度調整機構では、光軸調整の際にミラーの角度が大きくずれてレーザ光が受信光における光軸から大きくずれてしまった場合、レーザ光における光軸を元の位置に戻すために再度光軸調整が必要となる。しかしながら、従来のミラーを用いた角度調整機構では、レーザ光における光軸を元の位置に戻すことは困難である。そのため、例えば野外で使用されるライダ装置のように測定器が限られた環境で光軸を調整する必要がある場合では、光軸調整により更に特性が悪化してしまう恐れがある。
　また、ミラーを用いた角度調整機構では、ミラー自体の角度を調整する機構を有するため、光軸調整後にミラーの位置を固定する際に角度ずれが生じやすい。また、この角度調整機構では、２枚のミラーの距離が離れており、ミラーが独立して調整されるため、何れかのミラーに角度ずれが生じた場合、レーザ光における光軸の角度ずれ及び位置ずれが生じてしまう。
　なお、平行平板を用いてレーザ光における光軸の位置を調整する機構が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１に開示された機構では、１枚又は２枚の平行平板を、レーザ光における基準光軸に垂直な軸周りに回転可能としている。そして、この機構を光軸調整機構に適用することで、角度調整機構とは別に、光軸の位置のみを独立して調整する構成も考えられる。
特開２００７－０３５９６０号公報
　しかしながら、特許文献１に開示された機構では、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ており、この機構を光軸調整機構に適用しても光軸調整の安定性及び再現性は低い。
　この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、光軸調整の安定性及び再現性を有し、レーザ光における光軸の角度は変化させずに、光軸の位置を調整できる光軸調整機構を提供することを目的としている。
　この発明に係る光軸調整機構は、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、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を備え、位置調整機構は、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、第１の平行平板を基準光軸周りに回転させる第１の回転機構と、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、第２の平行平板を基準光軸周りに回転させる第２の回転機構とを有することを特徴とする。
　この発明によれば、上記のように構成したので、光軸調整の安定性及び再現性を有し、レーザ光における光軸の角度は変化させずに、光軸の位置を調整できる。
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。 この発明の実施の形態１に係る光軸調整機構による光軸調整例を示すフローチャートである。 図３Ａは、この発明の実施の形態１における第１の平行平板によるレーザ光の平行移動を説明する図であり、図３Ｂは、第１の平行平板によるレーザ光の移動可能範囲を示す図である。 図４Ａ～図４Ｃは、この発明の実施の形態１における第１の平行平板及び第２の平行平板によるレーザ光の移動可能範囲を示す図であり、図４ＡはΔｄ１＝Δｄ２の場合を示す図であり、図４ＢはΔｄ１＞Δｄ２の場合を示す図であり、図４ＣはΔｄ１＜Δｄ２の場合を示す図である。 図５Ａ，図５Ｂは、この発明の実施の形態１における第１の平行平板及び第２の平行平板によるレーザ光の位置調整（Δｄ１＝Δｄ２の場合）を説明する図であり、図５Ａはレーザ光の平行移動量をゼロとした場合を示す図であり、図５Ｂはレーザ光の平行移動量を最大とした場合を示す図である。 図６Ａ、図６Ｂは、この発明の実施の形態１に係る光軸調整機構の効果を説明する図であり、図６Ａは従来の平行平板を示す図であり、図６Ｂは実施の形態１における第１の平行平板を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る光軸調整機構の構成例を示す図である。 この発明の実施の形態２における光学系の構成例を示す図である。 図９Ａ、図９Ｂは、この発明の実施の形態２における位置調整部のハードウェア構成例を示す図である。
　以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
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。
　角度調整機構１は、レーザ光１０１における基準光軸１０２上に配置され、入射されたレーザ光１０１における光軸の角度を調整する。この角度調整機構１は、既存のものを使用でき、例えば回転機構により基準光軸１０２周りに回転可能な２枚のウェッジ板を組合わせることで実現可能である。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。
　位置調整機構２は、基準光軸１０２上に配置され、入射されたレーザ光１０１における光軸の位置を調整する。この位置調整機構２の詳細については後述する。
　光軸合わせ部３は、基準光軸１０２上であって角度調整機構１及び位置調整機構２の後段に配置され、基準光軸１０２と受信光における基準光軸１０３とを重ね合わせる。この光軸合わせ部３は、例えば、Ｐ偏光を透過し、Ｓ偏光を反射する偏光ビームスプリッタを用いることで実現可能である。なお、Ｐ偏光とは、偏光ビームスプリッタにおける反射面の法線と基準光軸１０２とを含む面内に電界を持つ偏光であり、Ｓ偏光とは、上記反射面の法線と基準光軸１０２とを含む面に垂直な面内に電界を持つ偏光である。図１の例では、光軸合わせ部３は、レーザ光１０１は反射して向きを変え、受信光は透過させる。
　次に、位置調整機構２の詳細について説明する。
　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の平行平板２１は、基準光軸１０２上に、入射面の法線が当該基準光軸１０２に対して傾いて配置された部材であり、屈折率を有する媒質である。この第１の平行平板２１は、第１の回転機構２２により、基準光軸１０２周りに回転可能に構成されている。
　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の平行平板２３は、基準光軸１０２上に、入射面の法線が当該基準光軸１０２に対して傾いて配置された部材であり、屈折率を有する媒質である。この第２の平行平板２３は、第２の回転機構２４により、基準光軸１０２周りに回転可能に構成されている。
　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。
　次に、実施の形態１に係る光軸調整機構による光軸調整例について、図１～５を参照しながら説明する。
　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。
　次いで、位置調整機構２は、入射されたレーザ光１０１における光軸の位置を調整する（ステップＳＴ２２）。以下、位置調整機構２内の動作について説明する。なお、図３Ａに示すように、第１の平行平板２１は、入射面の法線が基準光軸１０２に対して角度θ１傾いて配置され、同様に、第２の平行平板２３は、入射面の法線が基準光軸１０２に対して角度θ２傾いて配置されているとする。なお図３Ａにおける破線の矢印は、第１の平行平板２１の回転方向を示している。
　角度調整機構１を通過したレーザ光１０１は、図３Ａに示すように、第１の平行平板２１における入射面に対してθ１の角度で入射する。ここで、第１の平行平板２１は、屈折率がｎ１であり、厚さがｔ１であるとする。この場合、第１の平行平板２１に入射したレーザ光１０１は、基準光軸１０２と第１の平行平板２１における入射面の法線とを含む面内で、下式（１）で表される変化量Δｄ１だけ平行移動して出射する。
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）
　また、第１の平行平板２１は、第１の回転機構２２により基準光軸１０２周りに回転可能に構成されている。そのため、図３Ｂに示すように、第１の平行平板２１は、自身の回転位置により、レーザ光１０１を、基準光軸１０２を中心として変化量Δｄ１を半径とする円上の任意の位置に平行移動させることが可能である。
　同様に、第１の平行平板２１を通過したレーザ光１０１は、第２の平行平板２３における入射面に対してθ２の角度で入射する。ここで、第２の平行平板２３は、屈折率がｎ２であり、厚さがｔ２であるとする。この場合、第２の平行平板２３に入射したレーザ光１０１は、基準光軸１０２と第２の平行平板２３における入射面の法線とを含む面内で、下式（３）で表される変化量Δｄ２だけ平行移動して出射する。
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、第２の平行平板２３は、第２の回転機構２４により基準光軸１０２周りに回転可能に構成されている。そのため、第２の平行平板２３は、自身の回転位置により、レーザ光１０１を、基準光軸１０２を中心として変化量Δｄ２を半径とする円上の任意の位置に平行移動させることが可能である。
　したがって、レーザ光１０１は、第１の平行平板２１及び第２の平行平板２３を通過することで、図４に示すように、変化量Δｄ１を半径とする円（実線）上の任意の位置に平行移動した後に、変化量Δｄ２を半径とする円（点線）上の任意の位置に平行移動する。そのため、位置調整機構２は、レーザ光１０１を、最大半径｜Δｄ１＋Δｄ２｜から最小半径｜Δｄ１―Δｄ２｜の間の任意の位置に平行移動させることが可能となる。なお、図４ＡはΔｄ１＝Δｄ２の場合を示し、図４ＢはΔｄ１＞Δｄ２の場合を示し、図４ＡはΔｄ１＜Δｄ２の場合を示している。
　また、図４Ａに示すように、変化量Δｄ１と変化量Δｄ２が同じ値となるように第１の平行平板２１及び第２の平行平板２３の配置角度及び回転位置を調整すれば、位置調整機構２は、レーザ光１０１を平行移動量ゼロで、すなわちレーザ光１０１における光軸の位置を変えずに、出射させることも可能である。なお図５Ａは、Δｄ１＝Δｄ２の場合において、レーザ光１０１の平行移動量をゼロとした場合での第１の平行平板２１及び第２の平行平板２３の回転位置を示す図であり、図５Ｂは、Δｄ１＝Δｄ２の場合において、レーザ光１０１の平行移動量を最大とした場合での第１の平行平板２１及び第２の平行平板２３の回転位置を示す図である。
　次いで、光軸合わせ部３は、基準光軸１０２と受信光における基準光軸１０３とを重ね合わせる（ステップＳＴ２３）。図１の例では、光軸合わせ部３は、レーザ光１０１は反射して向きを変え、受信光は透過させる。
　このように、位置調整機構２では、第１の平行平板２１及び第２の平行平板２３を基準光軸１０２周りに回転させることで、レーザ光１０１における光軸の位置のみを変化させている。そのため、レーザ光１０１における光軸の位置調整を角度調整から独立して行うことが可能となり、光軸調整の際に安定した特性が得られる光軸調整機構を実現できる。また、位置調整の後、第１の平行平板２１及び第２の平行平板２３の回転位置を固定することで、容易に、レーザ光１０１における光軸の位置を固定できる。
　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。
　また、位置調整機構２では、２枚の平行平板２１，２３を用いている。そのため、例えば筐体の歪み等により位置調整機構２自体に傾きが生じた場合、レーザ光１０１に対して当該傾きに依存した光軸の平行移動が生じるが、光軸の角度は変化せず、光軸調整機構の性能が安定する。特に野外で使用されるライダ装置等では、応力又は温度により筐体が歪むことがあるが、この場合であっても、光軸の角度が変化することはない。
　なお上記では、角度調整機構１の後段に位置調整機構２を配置した場合を示したが、これに限らず、角度調整機構１の前段に位置調整機構２を配置してもよい。なおこの場合にも、図２に示すフローチャートの通り、角度調整機構１による角度調整の後に、位置調整機構２による位置調整を行う。
　以上のように、この実施の形態１によれば、レーザ光１０１における基準光軸１０２上に配置され、入射されたレーザ光１０１における光軸の角度を調整する角度調整機構１と、基準光軸１０２上に配置され、入射されたレーザ光１０１における光軸の位置を調整する位置調整機構２とを備え、位置調整機構２は、基準光軸１０２上に、入射面の法線が当該基準光軸１０２に対して傾いて配置された第１の平行平板２１と、第１の平行平板２１を基準光軸１０２周りに回転させる第１の回転機構２２と、基準光軸１０２上に、入射面の法線が当該基準光軸１０２に対して傾いて配置された第２の平行平板２３と、第２の平行平板２３を基準光軸１０２周りに回転させる第２の回転機構２４とを有するので、光軸調整の安定性及び再現性を有し、レーザ光１０１における光軸の角度は変化させずに、光軸の位置を調整できる。
　なお、位置調整機構２では、第１の平行平板２１及び第２の平行平板２３を基準光軸１０２周りに回転させることで、レーザ光１０１における光軸の位置を調整している。そのため、平行平板をレーザ光における基準光軸に対して垂直な軸周りに回転させる従来構成に対し、再現性及び安定性の高い光軸調整機構を得ることができる。
　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。
　なお、実施の形態１では位置調整機構２を基準光軸１０２上に配置したが、位置調整機構２は受信光における基準光軸１０３上に配置して、基準光軸１０３の位置を調整しても基準光軸１０２と基準光軸１０３を重ね合わせることができ、上記と同様の効果が得られる。
実施の形態２．
　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。
　図７はこの発明の実施の形態２に係る光軸調整機構の構成例を示す図である。この図７に示す実施の形態２に係る光軸調整機構は、図１に示す実施の形態１に係る光軸調整機構に対し、位置検出部４、位置調整部５及び光学系６を追加している。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。なお図７において、符号７は、主たる光を反射し、一部の光を透過する部分反射鏡である。この部分反射鏡７は、光の一部分が透過するものであればよい。例えば一般的に全ての光を反射するとされる全反射ミラーでもわずかな透過光が発生するため、部分反射鏡７として用いることが可能である。
　位置検出部４は、角度調整機構１により光軸の角度が調整され位置調整機構２により光軸の位置が調整されたレーザ光１０１における光軸の位置を検出する。
　位置調整部５は、位置検出部４により検出された位置に基づいて、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。これにより、位置調整部５は、レーザ光１０１における光軸の位置が所望の位置となるように調整する。
　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。
　図７の例では、光軸合わせ部３の後段に部分反射鏡７が配置され、この部分反射鏡７によりレーザ光１０１及び受信光の向きが変えられる。そして、位置検出部４は、この部分反射鏡７の裏面から漏れたレーザ光１０１を用いて光軸の位置を検出する。これにより、位置検出部４を有する光軸調整機構をライダ装置に搭載でき、光軸調整機構はライダ装置による観測中に自動で光軸調整が可能となる。
　光学系６は、角度調整機構１により光軸の角度が調整され位置調整機構２により光軸の位置が調整されたレーザ光１０１が入射され、当該レーザ光を転写する。図７の例では、光学系６は部分反射鏡７の後段に配置されている。この光学系６は、必須の構成ではなく、必要に応じて設けられる。そして、光学系６を設ける場合には、位置検出部４は、光学系６によりレーザ光１０１が転写される位置に配置される。この光学系６は、位置検出部４に、任意の箇所でのレーザ光１０１における光軸の位置を検出可能とさせる。上記任意の箇所とは、レーザ光１０１と受信光との光軸を合わせたい箇所であり、例えば光軸合わせ部３の出射面である。
　なお、光学系６としては、図８に示すような焦点距離ｆを有するレンズ、又は、複数の光学部品の組合わせで実現された当該レンズと等価である転写光学系を用いることができる。ここで、光軸合わせ部３の出射面でのレーザ光１０１における光軸の位置を位置検出部４で検出する場合、光軸合わせ部３と光学系６の距離ｓ１と、光学系６と位置検出部４の距離ｓ２との関係は、下式（５）で表される。
１／ｆ＝１／ｓ１＋１／ｓ２　　　（５）
　ここで、光学系６を設けない場合、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と、位置検出部４で検出される光軸の位置は、光軸合わせ部３の出射面での当該光軸の位置に対してずれる。よって、角度調整と位置調整を繰り返し行う必要がある。
　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。
　なお、位置調整機構２では、第１の平行平板２１及び第２の平行平板２３を基準光軸１０２周りに回転させることで、レーザ光１０１における光軸の位置のみを変化させている。そのため、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。よって、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。更に、位置調整部５は、第１の平行平板２１及び第２の平行平板２３の初期回転位置を予め記憶しておくことで、位置調整に失敗した場合でも、容易に光軸を初期位置に戻すことができる。
　最後に、図９を参照して、実施の形態２における位置調整部５のハードウェア構成例を説明する。
　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。
　処理回路５１が専用のハードウェアである場合、処理回路５１は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）、又はこれらを組み合わせたものが該当する。
　処理回路５１がＣＰＵの場合、位置調整部５の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアやファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ５３に格納される。処理回路５１は、メモリ５３に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、位置調整部５の機能を実現する。すなわち、位置調整部５は、処理回路５１により実行されるときに、位置検出部４により検出された位置に基づいて、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動作が結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ５３を備える。また、これらのプログラムは、位置調整部５の手順や方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。ここで、メモリ５３とは、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ　ＥＰＲＯＭ）等の、不揮発性又は揮発性の半導体メモリや、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｃ）等が該当する。
　このように、処理回路５１は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの組み合わせによって、上述の機能を実現することができる。
　なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
　この発明に係る光軸調整機構は、光軸調整の安定性及び再現性を有し、レーザ光における光軸の角度は変化させずに、光軸の位置を調整でき、レーザ光における光軸の角度及び位置を調整する光軸調整機構等に用いるのに適している。
　１　角度調整機構、２　位置調整機構、３　光軸合わせ部、４　位置検出部、５　位置調整部、６　光学系、７　部分反射鏡、２１　第１の平行平板、２２　第１の回転機構、２３　第２の平行平板、２４　第２の回転機構、５１　処理回路、５２　ＣＰＵ、５３　メモリ、１０１　レーザ光、１０２　基準光軸、１０３　基準光軸。

Claims (4)

  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を備え、
    　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の回転機構とを有する
    　ことを特徴とする光軸調整機構。
  2. 　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を備えた
    　ことを特徴とする請求項１記載の光軸調整機構。
  3. 　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を備え、
    　前記位置検出部は、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
    　ことを特徴とする請求項２記載の光軸調整機構。
  4. 　請求項１記載の光軸調整機構を備えた
    　ことを特徴とするライダ装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109581336A (zh) * 2019-01-02 2019-04-05 宁波傲视智绘光电科技有限公司 一种激光雷达发射准直调节装置及方法

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7285694B2 (ja) * 2019-05-23 2023-06-02 株式会社ディスコ レーザー加工装置の光軸調整方法
KR102673029B1 (ko) * 2019-06-05 2024-06-10 주식회사 라이드로 라이다 광학 장치
CN112711031B (zh) * 2019-07-08 2023-10-10 中国科学院合肥物质科学研究院 改进的准无盲区多普勒相干激光雷达风速测量系统及方法
CN112230239B (zh) * 2020-07-31 2022-07-05 同济大学 一种基于光轴折反射的监测装置
CN111880282B (zh) * 2020-07-31 2021-10-08 同济大学 一种大范围光轴粗精调整装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05100181A (ja) * 1991-10-04 1993-04-23 Minolta Camera Co Ltd 走査方式
JPH1073661A (ja) * 1996-08-30 1998-03-17 Mitsubishi Electric Corp レーザレーダ装置
JP2000278614A (ja) * 1999-03-19 2000-10-06 Seiko Epson Corp 画像入力装置及びプレゼンテーションシステム
JP2010014837A (ja) * 2008-07-02 2010-01-21 Nikon Corp 光走査顕微鏡

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2568688B1 (fr) * 1984-08-03 1986-09-05 Thomson Csf Systeme emetteur-recepteur pour imagerie laser
JPH06331924A (ja) * 1993-05-21 1994-12-02 Fujitsu Ltd 光学式偏向装置及びその調整方法
JPH07307026A (ja) * 1994-05-10 1995-11-21 Canon Inc 光学的情報記録再生装置
JP2947110B2 (ja) * 1995-01-23 1999-09-13 キヤノン株式会社 情報処理装置
JPH08293461A (ja) * 1995-04-21 1996-11-05 Nikon Corp 照明装置および該装置を備えた投影露光装置
JP4799502B2 (ja) * 2001-08-06 2011-10-26 株式会社ニコン・トリンブル 合焦式距離測定装置
JP2007035960A (ja) * 2005-07-27 2007-02-08 Toshiba Corp レーザ装置
JP5281923B2 (ja) * 2009-02-26 2013-09-04 株式会社日立製作所 投射型表示装置
JP2014102074A (ja) * 2011-03-16 2014-06-05 Sanyo Electric Co Ltd 発光装置、物体検出装置および情報取得装置
CN102353950B (zh) * 2011-10-18 2013-08-28 中国工程物理研究院应用电子学研究所 一种具有光轴校准功能的激光雷达光学系统及光轴校准方法
JP5931537B2 (ja) * 2012-03-28 2016-06-08 東レエンジニアリング株式会社 レーザの光軸アライメント方法およびそれを用いたレーザ加工装置
US9074869B2 (en) * 2013-12-11 2015-07-07 Faro Technologies, Inc. Method for measuring 3D coordinates of a spherically mounted retroreflector from multiple stations
WO2016117159A1 (ja) * 2015-01-21 2016-07-28 三菱電機株式会社 レーザレーダ装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05100181A (ja) * 1991-10-04 1993-04-23 Minolta Camera Co Ltd 走査方式
JPH1073661A (ja) * 1996-08-30 1998-03-17 Mitsubishi Electric Corp レーザレーダ装置
JP2000278614A (ja) * 1999-03-19 2000-10-06 Seiko Epson Corp 画像入力装置及びプレゼンテーションシステム
JP2010014837A (ja) * 2008-07-02 2010-01-21 Nikon Corp 光走査顕微鏡

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3462209A4 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109581336A (zh) * 2019-01-02 2019-04-05 宁波傲视智绘光电科技有限公司 一种激光雷达发射准直调节装置及方法

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