專利名稱：激光器照射光檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光器照射光檢測(cè)裝置，特別涉及具備檢測(cè)手段的激光器照射光檢測(cè)裝置、該檢測(cè)手段用于受光來(lái)自具備用于發(fā)生二次諧波的非線性光學(xué)介質(zhì)的激光器照射裝置照射的激光光束的反射光。
以往，有在土木建筑和測(cè)量作業(yè)等中室外使用的儀器、特別在遠(yuǎn)距離的位置上表示基準(zhǔn)的儀器，其中使用可見(jiàn)激光器照射裝置。隨著半導(dǎo)體激光器發(fā)光的技術(shù)進(jìn)展，廣泛地使用半導(dǎo)體激光器、代替氦、氖等的氣體激光器，特別地，一般使用照射能用電池驅(qū)動(dòng)的紅色可見(jiàn)光的激光器照射裝置。此外，也出現(xiàn)了對(duì)激光光束進(jìn)行調(diào)制并照射到配置在遠(yuǎn)距離位置上的靶上、對(duì)其反射光束進(jìn)行檢測(cè)并控制激光器照射方向的裝置。
然而，從確保半導(dǎo)體激光器的能力和安全性的觀點(diǎn)來(lái)看，以往的可見(jiàn)激光器照射裝置在照射輸出上有制約和限制，特別是在明亮的場(chǎng)所使用時(shí)，有難于目視紅色的可見(jiàn)激光的問(wèn)題。
鑒于這種目視性的問(wèn)題，嘗試使用人類的比視感度較紅色高的綠色，并著眼于利用二次諧波的固體綠色激光器。雖然開(kāi)發(fā)了將這種固體綠色激光器裝入激光器振蕩裝置的可見(jiàn)激光器照射裝置，但這種固體綠色激光器自身的消耗電力大、不適于電池驅(qū)動(dòng)。此外，在進(jìn)行激光器的照射方向控制的場(chǎng)合，固體綠色激光器的熒光壽命長(zhǎng)達(dá)數(shù)10μsec，為了控制激光器的照射方向，難于用必要的調(diào)制頻率例如100KHz直接調(diào)制而需要一并采用外部的調(diào)制裝置。為此，裝置整體增大，有事實(shí)上不能實(shí)現(xiàn)電池驅(qū)動(dòng)的嚴(yán)重的問(wèn)題。
與本發(fā)明相關(guān)的激光器照射光檢測(cè)裝置，照射手段對(duì)于靶裝置照射來(lái)自具備用于發(fā)生二次諧波的非線性光學(xué)介質(zhì)的激光器照射裝置的脈沖激光光束，檢測(cè)手段檢測(cè)來(lái)自靶裝置的反射光束，運(yùn)算處理手段基于檢測(cè)手段的檢測(cè)信號(hào)，執(zhí)行規(guī)定的動(dòng)作，檢測(cè)手段與脈沖驅(qū)動(dòng)手段的驅(qū)動(dòng)脈沖周期T同步、檢測(cè)脈沖激光器光束的反射光束。


圖1是說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的激光器照射裝置的反射光檢測(cè)電路的電氣結(jié)構(gòu)圖。
圖2是說(shuō)明本實(shí)施例的激光器照射裝置的反射光檢測(cè)電路的動(dòng)作圖。
圖3是說(shuō)明本實(shí)施例的遙控光信號(hào)的圖。
圖4是說(shuō)明反射光檢測(cè)電路的變形例的圖。
圖5是說(shuō)明實(shí)施例1的激光器照射裝置的立體圖。
圖6是說(shuō)明實(shí)施例1的激光器照射裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖7是說(shuō)明靶的圖。
圖8是表示第二動(dòng)作放大單元的輸出圖。
圖9是說(shuō)明實(shí)施例2的激光器照射裝置的立體圖。
圖10是說(shuō)明實(shí)施例2的激光器照射裝置的立體圖。
圖11是說(shuō)明實(shí)施例2的激光器照射裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖12是說(shuō)明實(shí)施例2的激光器照射裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖13是說(shuō)明實(shí)施例2的激光器照射裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖14是說(shuō)明實(shí)施例2的激光器照射裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖15是說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的激光器振蕩裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖16是表示半導(dǎo)體激光器的弛豫振動(dòng)時(shí)的反轉(zhuǎn)分布與光強(qiáng)度關(guān)系的圖。
圖17(a)是表示增益開(kāi)關(guān)的模式圖，表示時(shí)間和激勵(lì)強(qiáng)度的關(guān)系。
圖17(b)是表示增益開(kāi)關(guān)的模式圖，表示時(shí)間和光強(qiáng)度的關(guān)系。
圖17(c)是表示增益開(kāi)關(guān)的模式圖，表示時(shí)間和反轉(zhuǎn)分布的關(guān)系。
圖18是表示反轉(zhuǎn)分布和光強(qiáng)度關(guān)系的圖。
圖19(a)是說(shuō)明對(duì)于半導(dǎo)體激光器的供給連續(xù)脈沖的周期T為τFL＜T-τ關(guān)系的場(chǎng)合的圖。
圖19(b)是說(shuō)明對(duì)于半導(dǎo)體激光器的供給連續(xù)脈沖的周期T為τFL＞T-τ關(guān)系的場(chǎng)合的圖。
圖20(a)是表示半導(dǎo)體激光器的消耗電流和半導(dǎo)體激光器的輸出關(guān)系的圖。
圖20(b)是表示半導(dǎo)體激光器的輸出和光諧振器內(nèi)的基波的輸出關(guān)系的圖。
圖20(c)是表示插入非線性光學(xué)介質(zhì)400場(chǎng)合的光諧振器內(nèi)的基波的輸出和二次諧波(SHG)輸出關(guān)系的圖。
圖20(d)是表示半導(dǎo)體激光器的消耗電流和二次諧波(SHG)輸出關(guān)系的圖。
圖21是比較連續(xù)驅(qū)動(dòng)激光器振蕩裝置的場(chǎng)合和本發(fā)明的脈沖驅(qū)動(dòng)的場(chǎng)合的圖。
下面，參照附圖對(duì)“反射光檢測(cè)電路”進(jìn)行說(shuō)明。
參照?qǐng)D1對(duì)反射光檢測(cè)電路136進(jìn)行說(shuō)明。反射光檢測(cè)電路136包括第一放大器1361、第二放大器1362、第三放大器1363、第一調(diào)諧電路1364、第二調(diào)諧電路1365、第三調(diào)諧電路1366、第一動(dòng)作放大器1367、同步檢波單元1368、第二動(dòng)作放大器1369、電平判定器1370、振蕩器1400和波形成形電路1900。
此外，第一調(diào)諧電路1364和第二調(diào)諧電路1365的調(diào)諧頻率相同，與此相對(duì)、第三調(diào)諧電路1366的調(diào)諧頻率不同。
第一放大器1361通過(guò)第一調(diào)諧電路1364放大第一光電變換器134的輸出信號(hào)，第二放大器1362通過(guò)第二調(diào)諧電路1365放大第二光電變換器135的輸出信號(hào)。
用第一光電變換器134和第二光電變換器135受光來(lái)自下述的靶2000的反射激光光線、分別用第一放大器1361和第二放大器1362放大、并輸入到第一動(dòng)作放大器1367中。第一動(dòng)作放大器1367的結(jié)構(gòu)為得到第一放大器1361和第二放大器1362的信號(hào)的差。
同步檢波單元1368由第一同步檢波單元1368A和第二同步檢波單元1368B構(gòu)成，利用振蕩器1400發(fā)生的時(shí)鐘1和其反轉(zhuǎn)信號(hào)的時(shí)鐘2、對(duì)應(yīng)于第一動(dòng)作放大器1367的輸出信號(hào)、分別發(fā)生正和負(fù)的電壓。
第二動(dòng)作放大單元1369得到同步檢波單元1368的第一同步檢波單元1368A和第二同步檢波單元1368B的差的信號(hào)，并對(duì)于偏置信號(hào)得到正或者負(fù)的電壓。然后，在用電平判定器1370判定電平后、將第二動(dòng)作放大單元1369的輸出信號(hào)輸入到控制單元45中。
振蕩器1400對(duì)于同步檢波單元1368供給在同步檢波中必要的時(shí)鐘信號(hào)，同時(shí)送到激光器驅(qū)動(dòng)單元119中、并對(duì)后述的激光器振蕩裝置1000的激光器光源100(激勵(lì)用光源)也供給用于脈沖驅(qū)動(dòng)的時(shí)鐘信號(hào)。
反射光檢測(cè)電路136的第一光電變換器134和第二光電變換器135、不僅使用在反射光檢測(cè)中、而且也能使用于檢測(cè)來(lái)自遙控器的光信號(hào)。
用第一光電變換器134和第二光電變換器135受光來(lái)自遙控器的光信號(hào)，用第三調(diào)諧電路1366對(duì)第一光電變換器134和第二光電變換器135的輸出信號(hào)進(jìn)行加法運(yùn)算、并用第三放大器1363放大后輸入到控制單元45中。
在后述的應(yīng)用例中說(shuō)明，來(lái)自激光器照射裝置20000照射的偏光的激光、靠靶2000所在的位置改變其反射光的偏光。在偏光方向選擇反射光、并輸入到第一光電變換器134和第二光電變換器135中，借助于檢測(cè)反射光的比例、能求得中心位置。此外，圖2(a)和圖2(b)表示入射到第一光電變換器134中的光通量比入射到第二光電變換器134中的光通量多的場(chǎng)合的信號(hào)的狀態(tài)。
分別通過(guò)第一調(diào)諧電路1364和第二調(diào)諧電路1365、用第一放大器1361和第二放大器1362放大來(lái)自第一光電變換器134和第二光電變換器135的信號(hào)，在第一動(dòng)作放大器1367取出信號(hào)的差，圖2(c)表示第一動(dòng)作放大器1367的輸出信號(hào)。
此外，使第一調(diào)諧電路1364和第二調(diào)諧電路1365的調(diào)諧頻率與用于脈沖驅(qū)動(dòng)激光器振蕩裝置1000的激光器光源100的脈沖信號(hào)的重復(fù)頻率一致。
于是，第一同步檢波單元1368A，如果用來(lái)自振蕩器1400的時(shí)鐘1同步檢波第一動(dòng)作放大器1367的輸出信號(hào)，則如圖2(d)所示，對(duì)于偏置電壓發(fā)生正的電壓。此外，第二同步檢波單元1368B，如果用來(lái)自振蕩器1400的時(shí)鐘2同步檢波第一動(dòng)作放大器1367的輸出信號(hào)，則如圖2(e)所示，對(duì)于偏置電壓發(fā)生負(fù)的電壓。
此外，如圖2(f)所示，如果第二動(dòng)作放大單元1369取第一同步檢波單元1368A和第二同步檢波單元1368B的輸出信號(hào)的差(d-e)，則對(duì)于偏置電壓能得到正電壓。
接著，圖2的右側(cè)表示在第二光電變換器135受光的反射光大的場(chǎng)合。用相同的過(guò)程，第二動(dòng)作放大單元1369的輸出信號(hào)對(duì)于偏置電壓取負(fù)值。
電平判定器1370對(duì)第二動(dòng)作放大器1369的輸出信號(hào)檢測(cè)或大致為0、或是正還是負(fù)、并傳送到控制單元45中。此外，通過(guò)同步檢波、第二動(dòng)作放大器1369的輸出信號(hào)能得到基于平均效應(yīng)降低噪聲。
如圖3所示，脈沖驅(qū)動(dòng)遙控器用的光信號(hào)。其脈沖寬度不會(huì)影響到第一調(diào)諧電路1364和第二調(diào)諧電路1365。也就是說(shuō)，遙控器脈沖寬度的二倍的時(shí)間與第一調(diào)諧電路1364和第二調(diào)諧電路1365的調(diào)諧頻率不一致。
為此，在第一調(diào)諧電路1364和第二調(diào)諧電路1365中不出現(xiàn)輸出信號(hào)。但是，第三調(diào)諧電路1366以遙控器脈沖寬度的二倍的時(shí)間為周期的頻率調(diào)諧，所以一入射遙控器用的光信號(hào)就從該第三調(diào)諧電路1366出現(xiàn)衰減振蕩波形。如果通過(guò)第三放大器1363、對(duì)來(lái)自該第三調(diào)諧電路1366的衰減振蕩波形、用波形形成電路1900形成波形，則能生成控制信號(hào)并能控制控制單元45。
接著，對(duì)反射光檢測(cè)電路136的變形例進(jìn)行說(shuō)明。本變形例是對(duì)反射光檢測(cè)電路136進(jìn)行數(shù)字化。對(duì)于前述實(shí)施例使用調(diào)諧電路、檢測(cè)脈沖激光器重復(fù)頻率的基波成分的結(jié)構(gòu)，本變形例是以脈沖波形進(jìn)行同步、并對(duì)數(shù)字值進(jìn)行累計(jì)。
下面，參照?qǐng)D4對(duì)本變形例的反射光檢測(cè)電路136A詳細(xì)地進(jìn)行說(shuō)明。
本變形例的反射光檢測(cè)電路136A由第一光電變換器134、第二光電變換器135、第一動(dòng)作放大器1367、振蕩器1400、A/D轉(zhuǎn)換器1500、累計(jì)電路1600和比較器1700組成。
累計(jì)電路1600由加法器1610、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)1620、復(fù)位電路1630和地址計(jì)數(shù)器1640組成。
與前述的反射光檢測(cè)電路136相同，用第一動(dòng)作放大器1367對(duì)來(lái)自第一光電變換器134和第二光電變換器135的信號(hào)取信號(hào)的差，該第一動(dòng)作放大器1367的輸出信號(hào)與驅(qū)動(dòng)激光器振蕩裝置1000的激光器光源100的脈沖周期同步，用較其周期短的周期、利用A/D轉(zhuǎn)換器1500數(shù)字化變換后、送到累計(jì)電路1600中。
在加法器1610中，與用A/D轉(zhuǎn)換器1500數(shù)字化變換后的數(shù)據(jù)一起、通過(guò)復(fù)位電路1630、輸入在隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)1620的各地址中被存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)1620具有將周期分割成多個(gè)(例如100個(gè))存儲(chǔ)的存儲(chǔ)器。
基于振蕩器1400的基準(zhǔn)時(shí)鐘、地址計(jì)數(shù)器1640逐次更新指定隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)1620的地址。此外，在累計(jì)開(kāi)始時(shí)，取存儲(chǔ)于在用隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)1620的各地址指定的存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)的值作為初始化的值。
加法器1610對(duì)存儲(chǔ)于隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)1620的各地址中的數(shù)據(jù)和用A/D轉(zhuǎn)換器1500數(shù)字化變換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行加法。然后，加法器1610在其每個(gè)地址將其加法后的數(shù)據(jù)寫入在其地址指定的存儲(chǔ)器中。也就是說(shuō)，加法器1610對(duì)存儲(chǔ)于用初始地址指定的存儲(chǔ)器中的“數(shù)據(jù)”和用A/D轉(zhuǎn)換器1500數(shù)字化變換后的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行加法、重寫其存儲(chǔ)器、順次更新地址并進(jìn)行重復(fù)。這樣，在100個(gè)地址指定的存儲(chǔ)器中寫入數(shù)據(jù)、并進(jìn)行第一次累計(jì)。
地址計(jì)數(shù)器1640一結(jié)束100個(gè)地址的指定，就再次指定來(lái)自最初的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)1620的初始的地址。
當(dāng)一取得發(fā)光單元和受光單元的同步(同相位)時(shí)，第二次累計(jì)的開(kāi)始時(shí)刻就與最初的地址一致。此外第二次以后在隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)1620中順次地對(duì)反射光的脈沖波形同步進(jìn)行加法。此外，用累計(jì)計(jì)數(shù)器1800控制加法次數(shù)。
累計(jì)計(jì)數(shù)器1800一結(jié)束規(guī)定的累計(jì)次數(shù)，就使累計(jì)數(shù)據(jù)從隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)1620傳送到比較器1700中，并且從隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)1620傳送到加法器1610的數(shù)據(jù)由復(fù)位電路1630對(duì)輸入進(jìn)行禁止。
由此，存儲(chǔ)于在隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)1620的各地址指定的存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)、與對(duì)向比較器1700的累計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出的同時(shí)、被初始化并進(jìn)行接著的累計(jì)。
利用這種動(dòng)作，借助于對(duì)來(lái)自與振蕩器1400同步并數(shù)字化了的A/D轉(zhuǎn)換器1500的信號(hào)、在重復(fù)脈沖光的1周期T內(nèi)以固定的間隔進(jìn)行多個(gè)采樣、并且將1周期T內(nèi)的各采樣順序的每個(gè)采樣值變換成脈沖光的多個(gè)周期并進(jìn)行累計(jì)，累計(jì)電路1600能得到基于平均效應(yīng)降低噪聲。
下面，參照附圖對(duì)“激光二極管激勵(lì)型激光器光振蕩裝置”的原理進(jìn)行說(shuō)明。
圖15是表示本實(shí)施例的激光器振蕩裝置1000的圖，激光器振蕩裝置1000由激光器光源100、聚光透鏡200、激光器晶體300、非線性光學(xué)媒質(zhì)400、輸出鏡500和激光器驅(qū)動(dòng)單元119構(gòu)成。
激光器光源100是用于發(fā)生激光，在本實(shí)施例中使用半導(dǎo)體激光器。在本實(shí)施例中，激光器光源100具有作為發(fā)生光基波的激勵(lì)光發(fā)生裝置的功能。
輸出鏡500與形成第一介質(zhì)反射膜310的激光器晶體300相對(duì)，將輸出鏡500的激光器晶體300側(cè)加工成具有合適的半徑的凹面球面鏡的形狀、并形成第二介質(zhì)反射膜510。對(duì)于激光器晶體300的振蕩波長(zhǎng)、這種第二介質(zhì)反射膜510為高反射，對(duì)于二次諧波生成SHG(SECOND HARMONIC GENERATION)為高穿透。
如前所述，組合激光器晶體300的第一介質(zhì)反射膜310和輸出鏡500，當(dāng)通過(guò)聚光透鏡200將來(lái)自激光器光源100的光束激勵(lì)到激光器晶體300上時(shí)，光就在激光器晶體300的第一介質(zhì)反射膜310和輸出鏡500間往復(fù)，因能將光長(zhǎng)時(shí)間關(guān)在里面、所以能使光振蕩并放大。
在本實(shí)施例中，在由激光器晶體300的第一介質(zhì)反射膜310和輸出鏡500構(gòu)成的光共振器內(nèi)插入非線性光學(xué)媒質(zhì)400。
非線性光學(xué)媒質(zhì)400使用KTP(KTiOPO4磷酸鈦酸鉀)、BBO(β-BaB2O4β型硼酸鋇)、LBO(LiB3O5三硼酸鋰)等，主要地從1064nm變換成532nm。
此外，也采用KNbO3(鈮酸鉀)，主要地從946nm變換成473nm。
在圖15中，ω是光基波的角振動(dòng)頻率，2ω是二次諧波(SHG)。
接著，對(duì)激光器振蕩裝置1000的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行若干考察。
圖16表示一般的激光器光源的弛豫振動(dòng)時(shí)的反轉(zhuǎn)分布和光強(qiáng)度的關(guān)系。圖16中所示的ΔN(t)表示反轉(zhuǎn)分布(增益)，φ(t)表示光強(qiáng)度，橫坐標(biāo)軸表示時(shí)間的經(jīng)過(guò)。
考察圖16就能理解在反轉(zhuǎn)分布最大時(shí)最初的尖峰信號(hào)(即第一脈沖)上升、并生成最大的光強(qiáng)度。
圖17(a)、圖17(b)、圖17(c)是表示增益開(kāi)關(guān)的模式圖，圖17(a)是表示時(shí)間和激勵(lì)強(qiáng)度的關(guān)系的圖，圖17(b)是表示時(shí)間和光強(qiáng)度的關(guān)系的圖，圖17(c)是表示時(shí)間和反轉(zhuǎn)分布的關(guān)系的圖。
考察這些圖就可知在一定的激勵(lì)時(shí)間后、生成最大的光強(qiáng)度。
接著，圖18分別分開(kāi)表示圖16的反轉(zhuǎn)分布和光強(qiáng)度的關(guān)系。對(duì)于半導(dǎo)體激光器、如果供給連續(xù)波的驅(qū)動(dòng)電力，則對(duì)應(yīng)于第一脈沖產(chǎn)生最大的光強(qiáng)度、然后光強(qiáng)度減小并收斂于成固定的光強(qiáng)度，所以在僅使用第一脈沖時(shí)、光的取出最有效。
利用圖19(a)和圖19(b)，對(duì)于半導(dǎo)體激光器、對(duì)供給連續(xù)波的驅(qū)動(dòng)電力的場(chǎng)合進(jìn)行說(shuō)明。
圖19(a)是說(shuō)明對(duì)于半導(dǎo)體激光器的供給連續(xù)脈沖的周期T為τFL＜T-τ關(guān)系的場(chǎng)合的圖，這里、τFL是熒光壽命、τ是脈沖寬度。與此相對(duì)，圖19(b)是說(shuō)明對(duì)于半導(dǎo)體激光器的供給連續(xù)脈沖的周期T為τFL＞T-τ關(guān)系的場(chǎng)合的圖。
考察圖19(b)可見(jiàn)，在τFL(熒光壽命)間，借助于在半導(dǎo)體激光器上施加接著的脈沖、在殘留的反轉(zhuǎn)分布上加上新的反轉(zhuǎn)分布，能有效地連續(xù)發(fā)生僅具有最大光強(qiáng)度的光。
接著，基于圖20(a)到圖20(d)，對(duì)半導(dǎo)體激光器的輸出和插入非線性光學(xué)介質(zhì)400場(chǎng)合的輸出的關(guān)系進(jìn)行說(shuō)明。圖20(a)是表示半導(dǎo)體激光器的消耗電流和半導(dǎo)體激光器的輸出關(guān)系的圖，偏置電流以下具有線性關(guān)系。圖20(b)是表示半導(dǎo)體激光器的輸出和光諧振器內(nèi)的基波的輸出關(guān)系的圖，偏置電流以下具有線性關(guān)系。圖20(c)是表示插入非線性光學(xué)介質(zhì)400場(chǎng)合的光諧振器內(nèi)的基波的輸出和二次諧波(SHG)輸出關(guān)系的圖，二次諧波(SHG)輸出在光振蕩器內(nèi)的光基波輸出的偏置電流以下與平方成正比。因此，如圖20(d)所示、半導(dǎo)體激光器的消耗電流和二次諧波(SHG)輸出關(guān)系與平方成正比。
因此，如果在在光振蕩器內(nèi)插入非線性光學(xué)介質(zhì)400、并且激光器驅(qū)動(dòng)手段600在τFL(熒光壽命)內(nèi)施加接著的驅(qū)動(dòng)脈沖地驅(qū)動(dòng)激光器光源的半導(dǎo)體激光器，則如圖21所示、能高效率地使激光器振蕩。
也就是說(shuō)，圖21，如果利用脈沖寬度τ、脈沖峰電流Ip、脈沖周期T，驅(qū)動(dòng)激光器光源100的半導(dǎo)體激光器，則產(chǎn)生光脈沖寬度τ’、光脈沖峰輸出PpSH的激光。
這時(shí)，流入半導(dǎo)體激光器的平均電流是Iav、光脈沖的平均輸出是PavSH。
此外，激光器驅(qū)動(dòng)單元119在連續(xù)驅(qū)動(dòng)激光器光源100的場(chǎng)合(與平均脈沖輸出PavSH相同、產(chǎn)生連續(xù)輸出PcvSH的場(chǎng)合)，因作為連續(xù)動(dòng)作電流Icw的的大小是必需的，所以在利用脈沖驅(qū)動(dòng)發(fā)生與連續(xù)波相同輸出的激光的場(chǎng)合，能節(jié)約Icw-Iav的電流。
此外，因激光器元件和激光器二極管激勵(lì)型激光振蕩裝置1000在發(fā)光驅(qū)動(dòng)時(shí)，有在峰值發(fā)光后經(jīng)過(guò)弛豫振動(dòng)穩(wěn)定成固定的發(fā)光的特性，所以在利用這種特性進(jìn)行脈沖驅(qū)動(dòng)時(shí)，則與目視的光強(qiáng)度進(jìn)行連續(xù)發(fā)光相同的場(chǎng)合、與連續(xù)發(fā)光相比能進(jìn)行低耗費(fèi)電力的發(fā)光驅(qū)動(dòng)。
也就是說(shuō)，如前述的“激光二極管激勵(lì)型激光器光振蕩裝置”的原理說(shuō)明的那樣，脈沖驅(qū)動(dòng)手段的驅(qū)動(dòng)脈沖的周期T，如果對(duì)于τFL(熒光壽命)為τFL＞T-τ，則能實(shí)現(xiàn)低耗費(fèi)電力的發(fā)光驅(qū)動(dòng)。
參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明。
下面，說(shuō)明應(yīng)用上述激光振蕩裝置為激光照射裝置的例。
實(shí)施例1圖5是表示激光器照射裝置10000和靶2000的立體圖。
下面，對(duì)激光器照射裝置10000的光學(xué)結(jié)構(gòu)極其電氣結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。
如圖6所示，激光器照射裝置10000由發(fā)光單元115、旋轉(zhuǎn)單元116、反射光檢測(cè)單元117、控制單元(CPU)118、激光器驅(qū)動(dòng)單元119、電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元120和顯示單元121構(gòu)成。
控制單元(CPU)118，相當(dāng)于運(yùn)算處理手段。
這里，對(duì)發(fā)光單元115進(jìn)行說(shuō)明。
在射出直線偏振光的偏振光照射光束的激光器振蕩裝置1000的光軸上，從激光器振蕩裝置1000的一側(cè)、順次配置準(zhǔn)直透鏡126、第一λ/4雙折射構(gòu)件127、開(kāi)孔鏡128，利用準(zhǔn)直透鏡126、將從前述激光器振蕩裝置1000射出的直線偏振光的偏振光照射光束準(zhǔn)直成平行光、并用第一λ/4雙折射構(gòu)件127變換成圓偏振光。圓偏振光的偏振光照射光束通過(guò)開(kāi)孔鏡128、射出到旋轉(zhuǎn)單元116中。
旋轉(zhuǎn)單元116、對(duì)來(lái)自發(fā)光單元115入射的偏振光照射光束的光軸進(jìn)行90度偏轉(zhuǎn)并進(jìn)行射出掃描，對(duì)來(lái)自發(fā)光單元115入射的偏振光照射光束的光軸進(jìn)行90度偏向的五棱鏡114、在中心旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)支承體13上設(shè)置偏振光照射光軸，利用編碼器129檢測(cè)旋轉(zhuǎn)支承體13的支承狀態(tài)，并將編碼器129的檢測(cè)信號(hào)輸入到控制單元118中。
在旋轉(zhuǎn)單元116中，入射來(lái)自靶2000的偏振光反射光束，朝著開(kāi)孔鏡128、對(duì)射入五棱鏡114中的偏振光反射光束進(jìn)行偏傳，開(kāi)孔鏡128使偏振光反射光束入射到反射光檢測(cè)單元117中。
接著，基于圖7對(duì)在靶2000上形成的組合反射構(gòu)件2150進(jìn)行說(shuō)明。
在基板2130上積層遞歸反射構(gòu)件2110，在圖中左半部分貼設(shè)λ/4雙折射構(gòu)件2120構(gòu)成組合反射構(gòu)件2150。組合反射構(gòu)件2150由遞歸反射構(gòu)件2110露出、保存入射光束的偏振光方向并進(jìn)行反射的反射單元A、和由λ/4雙折射構(gòu)件2120覆蓋遞歸反射構(gòu)件2110、用于對(duì)于入射光束變換偏振光方向并進(jìn)行反射的偏振光方向變換反射單元C構(gòu)成。
激光掃描構(gòu)成靶2000的組合反射構(gòu)件2150、并選別其反射光，當(dāng)?shù)谝还怆娮儞Q器134和第二光電變換器135受光時(shí)，第二動(dòng)作放大單元1369就如圖8所示。并且借助于檢測(cè)反轉(zhuǎn)信號(hào)，所定位置的檢測(cè)成為容易。
接著，對(duì)反射光檢測(cè)單元117進(jìn)行說(shuō)明。
在開(kāi)孔鏡128的反射光軸上，從開(kāi)孔鏡128的一側(cè)、順次配設(shè)會(huì)聚透鏡130、第二λ/4雙折射構(gòu)件131、針孔132、偏振光光束分裂器133、第一光電變換器134，在偏振光光束分裂器133的反射光軸上，配設(shè)第二光電變換器135。來(lái)自第一光電變換器134、第二光電變換器135的輸出被輸入到反射光檢測(cè)電路136中。
利用五棱鏡114、使在靶2000反射的偏振光反射光束進(jìn)行90度偏轉(zhuǎn)、并射入到開(kāi)孔鏡128中，開(kāi)孔鏡128朝著會(huì)聚透鏡130反射反射光束。會(huì)聚透鏡130以反射光束為集束光、入射到第二λ/4雙折射構(gòu)件131中。利用第二λ/4雙折射構(gòu)件131、將用圓偏振返回的偏振反射光束變換成直線偏振，并入射到針孔132中。如前所述，因?qū)υ诜瓷鋯卧狝反射的偏振光反射光束、相位有λ/2的不同，所以利用第二λ/4雙折射構(gòu)件131、變換成直線偏振光的二個(gè)偏振光反射光束，偏振光面有90度的不同。
針孔132對(duì)于從主體射出的偏振光照射光束、沒(méi)有光軸偏移的正體的反射光束，即具有使來(lái)自靶2000以外的不要的反射體的反射光束，不射入第一光電變換器134、第二光電變換器135中的作用，通過(guò)針孔132的偏振光反射光束射入到偏振光光束分裂器133中。
偏振光光束分裂器133具有將光束分光成正交的偏振光成分的作用，穿過(guò)與從前述激光器振蕩裝置1000射出的偏振光照射光束相同的(180度偏振光方向不同)偏振光反射光束，反射與從激光器振蕩裝置1000射出的偏振光照射光束成90度偏振光方向不同的偏振光反射光束。然后，第一光電變換器134、第二光電變換器135分別受光分光的偏振光反射光束。
第一光電變換器134、第二光電變換器135的受光狀態(tài)，當(dāng)在靶2000的偏振光變換反射單元反射的偏振光反射光束射入到反射光檢測(cè)單元117中時(shí)，根據(jù)第二λ/4雙折射構(gòu)件131和偏振光光束分裂器133的關(guān)系，射入到第一光電變換器134的光通量比射入到第二光電變換器135的光通量要多，當(dāng)在靶2000的反射單元或者不要反射體反射的偏振光反射光束射入到反射光檢測(cè)單元117中時(shí)，射入到第二光電變換器135的光通量比射入到第一光電變換器134的光通量要多。
因此，在反射光檢測(cè)電路136、利用取出來(lái)自第一光電變換器134和第二光電變換器135的信號(hào)的差，能識(shí)別入射的偏振光反射光束是由靶2000的反射單元A反射的光、還是由偏振光方向變換反射單元C反射的光。
由此，控制單元121能進(jìn)行控制使激光向靶方向上照射、并且掃描等。
實(shí)施例2接著，對(duì)實(shí)施例2的激光器照射裝置20000進(jìn)行說(shuō)明。
圖9和圖10是激光器照射裝置20000，主體做成圓筒狀、并利用4根支承腳支承主體。在激光器照射裝置20000的筒狀的主體的內(nèi)部、在上下方向、水平方向兩個(gè)方向上搖動(dòng)自在地安裝激光器振蕩系統(tǒng)1100，并能對(duì)來(lái)自激光器振蕩裝置1000的激光器光線在水平方向和上下方向上照射激光。
在主體的整個(gè)面上設(shè)置用玻璃覆蓋的投光窗103、并通過(guò)投光窗103照射來(lái)自激光器振蕩系統(tǒng)1100的激光。
此外，在激光器照射裝置20000的投光窗103的相對(duì)側(cè)上設(shè)置操作板125。
在投光窗103的上部設(shè)置受光窗104，通過(guò)受光窗104、受光來(lái)自靶2000的反射激光，并受光遙控用的操作信號(hào)光。
圖11和圖12表示激光器照射裝置20000，借助于通過(guò)設(shè)置在主體內(nèi)的能傾斜移動(dòng)的搖動(dòng)框13、將激光器振蕩系統(tǒng)1100設(shè)置成能上下左右轉(zhuǎn)動(dòng)。
在激光器振蕩系統(tǒng)1100中，設(shè)置用于檢測(cè)這種激光器振蕩系統(tǒng)1100傾斜的編碼器43和表示水平狀態(tài)的傾斜傳感器16。
此外，將激光器振蕩裝置固定在激光器照射裝置20000的主體上，激光由光纖傳送到激光器振蕩系統(tǒng)1100、并照射激光。
而且，借助于將激光器振蕩裝置的主要振蕩單元固定在主體上，所以能夠散熱。
圖13表示控制方框圖，水平調(diào)整控制器46驅(qū)動(dòng)控制調(diào)整水平角的水平角調(diào)整機(jī)構(gòu)17的電機(jī)26，垂直調(diào)整控制器47驅(qū)動(dòng)控制調(diào)整垂直角的垂直角調(diào)整機(jī)構(gòu)18的電機(jī)32，傾斜控制器48按設(shè)定單元49、利用來(lái)自基于編碼器43的輸出和傾斜傳感器16的控制單元45的信號(hào)，控制驅(qū)動(dòng)設(shè)定傾斜的傾斜傳感器傾斜移動(dòng)機(jī)構(gòu)19的電機(jī)38。
利用基于反射光檢測(cè)電路136的控制單元45的信號(hào)，驅(qū)動(dòng)調(diào)整水平角的電機(jī)26和調(diào)整垂直角的電機(jī)32，調(diào)整靶2000的位置。
如圖14所示，來(lái)自激光器振蕩系統(tǒng)1100的直線偏振光激光，用準(zhǔn)直透鏡57做成平行激光58、并由激光器照射裝置20000向靶2000照射。
在靶2000反射的反射光58’入射到激光器照射裝置20000中，并利用聚焦透鏡104、偏光鏡132選擇后、分別聚焦在第一光電變換器134和第二光電變換器135上。
反射光58’對(duì)應(yīng)于直線偏振光的偏振光方向、利用偏光鏡向第一光電變換器134反射或者向第二光電變換器135穿透。
而且，第一光電變換器134和第二光電變換器135構(gòu)成反射光檢測(cè)電路136的一部分，在反射光檢測(cè)電路136檢測(cè)的受光信號(hào)送出到控制單元45中。
對(duì)應(yīng)于第一光電變換器134和第二光電變換器135的受光狀態(tài)，利用反射光檢測(cè)電路136的受光信號(hào)，控制單元45通過(guò)通過(guò)水平調(diào)整控制器46驅(qū)動(dòng)控制調(diào)整水平角的電機(jī)26、通過(guò)垂直調(diào)整控制器47驅(qū)動(dòng)控制調(diào)整垂直角的電機(jī)32、決定來(lái)自激光器振蕩裝置1000的激光58的照射方向。
采用前述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明，因至少由激光器晶體和輸出鏡組形成光共振器，激光器光源對(duì)于光共振器進(jìn)行激勵(lì)，脈沖驅(qū)動(dòng)手段驅(qū)動(dòng)激光器光源，照射手段對(duì)于靶裝置、照射來(lái)自激光器振蕩裝置的脈沖激光器光束，檢測(cè)手段檢測(cè)來(lái)自靶裝置的反射光束，運(yùn)算處理手段基于檢測(cè)手段的檢測(cè)信號(hào)、執(zhí)行規(guī)定的動(dòng)作，檢測(cè)手段與脈沖驅(qū)動(dòng)手段的驅(qū)動(dòng)脈沖周期T同步、檢測(cè)脈沖激光器光束的反射光束，所以與連續(xù)發(fā)光相比、能以低消耗電力的脈沖驅(qū)動(dòng)作為調(diào)諧信號(hào)的代用進(jìn)行活用、并能與電力減少的同時(shí)檢測(cè)反射光。因此，有不要外部調(diào)諧裝置并且機(jī)構(gòu)上也簡(jiǎn)化的效果。
而且，本發(fā)明有能去除外來(lái)雜光、并進(jìn)行穩(wěn)定的信號(hào)光的檢測(cè)的效果。
此外，本發(fā)明對(duì)于τFL(熒光壽命)、還能將脈沖驅(qū)動(dòng)手段的驅(qū)動(dòng)脈沖的周期T做成τFL＞T-τ，所以利用基于第一脈沖的最大光強(qiáng)度的激光、有能對(duì)光振蕩器進(jìn)行激勵(lì)、并能高效率地使激光振蕩的效果。
權(quán)利要求
1.一種激光器照射光檢測(cè)裝置，其特征在于，包括至少由激光器晶體和輸出鏡組成的光共振器、由用于對(duì)于所述光共振器進(jìn)行激勵(lì)的激光器光源和用于驅(qū)動(dòng)所述激光器光源的脈沖驅(qū)動(dòng)手段組成的激光器振蕩裝置，用于對(duì)于靶裝置、照射來(lái)自所述激光器振蕩裝置的脈沖激光器光束的照射手段，用于檢測(cè)來(lái)自所述靶裝置的反射光束的檢測(cè)手段，和基于所述檢測(cè)手段的檢測(cè)信號(hào)、執(zhí)行規(guī)定的動(dòng)作的運(yùn)算處理手段；所述檢測(cè)手段與所述脈沖驅(qū)動(dòng)手段的驅(qū)動(dòng)脈沖周期T同步、檢測(cè)所述脈沖激光器光束的反射光束。
2.如權(quán)利要求1所述的激光器照射光檢測(cè)裝置，其特征還在于，對(duì)于熒光壽命τFL、脈沖寬度τ，所述脈沖驅(qū)動(dòng)手段的驅(qū)動(dòng)脈沖周期T為τFL＞T-τ。
3.如權(quán)利要求1或2所述的激光器照射光檢測(cè)裝置，其特征還在于，在所述光共振器中插入用于發(fā)生二次諧波的非線性光學(xué)介質(zhì)。
4.如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的激光器照射光檢測(cè)裝置，其特征還在于，在所述檢測(cè)手段中，包括用于檢測(cè)所述脈沖驅(qū)動(dòng)手段的驅(qū)動(dòng)脈沖頻率的基波成分的手段。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種激光器照射光檢測(cè)裝置，包括用于受光來(lái)自具備用于發(fā)生二次諧波的非線性光學(xué)介質(zhì)的激光器照射裝置照射的激光光束的反射光的檢測(cè)手段；激光器光源對(duì)于光共振器進(jìn)行激勵(lì)，脈沖驅(qū)動(dòng)手段驅(qū)動(dòng)激光器光源，照射手段對(duì)于靶裝置、照射來(lái)自激光器振蕩裝置的脈沖激光器光束，檢測(cè)手段檢測(cè)來(lái)自靶裝置的反射光束，運(yùn)算處理手段基于檢測(cè)信號(hào)、執(zhí)行規(guī)定的動(dòng)作，檢測(cè)手段與驅(qū)動(dòng)脈沖周期T同步、檢測(cè)脈沖激光器光束的反射光束。
文檔編號(hào)G01C15/00GK1167250SQ9711086
公開(kāi)日1997年12月10日 申請(qǐng)日期1997年4月30日 優(yōu)先權(quán)日1996年5月2日
發(fā)明者大友文夫, 小泉浩, 內(nèi)正幸, 大石政裕, 阿出川俊和 申請(qǐng)人:株式會(huì)社拓普康