レーザ・ポインティング・システム

专利摘要:
本発明は、レーザビームをポインティングするためのシステムにおいて、−処理レーザビーム（ＦＳ１、ＦＳ２）をターゲット（Ｃ１）に向けて放射するための少なくとも１つの処理レーザ光源（Ｓ１）であって、前記処理ビーム（ＦＳ１）が、第１のミラー（Ｍ１）の非反射性ゾーン（ｚ１）を通って伝達され、前記ミラー（Ｍ１）は、ターゲットから反射した照明ビーム（ＦＲ２）を受光するように画像化システム（ＣＡ）に戻すことを可能にし、第１のミラー（Ｍ１）の前記低反射係数ゾーン（ｚ１）は、画像化システム（ＣＡ）に向かってシャドウゾーン（ＺＡ）を誘起する、処理レーザ光源（Ｓ１）；−前記処理ビームを受光し、かつ前記処理ビームをターゲットに向けて反射させるための第２のミラー（Ｍ２）；−照明ビーム（ＦＥ１）を用いて前記ターゲットを照明するための照明光源（Ｅ１）、−ターゲットに向けて前記ポインティングシステムの向きを制御するための第１の制御回路（ＣＣ）、−定められた角度だけ処理ビーム（ＦＳ１）を変位させる第２の制御回路（ＣＴ）であって、画像化システムによって取得した像に基づいてターゲットのゾーン（Ｐ１）の位置と処理ビームのスポットの位置との間の距離（Ｄ２）を測定し、次いで、前記測定した距離（Ｄ２）に対応する角度だけ照明ビームを反対側に変位させ、処理ビームの角度的な変位が、ターゲットの位置の測定がシャドウゾーンによって乱されないような振幅を有する、第２の制御回路（ＣＴ）を含むことを特徴とするシステムに関する。用途：レーザ画像化システム
公开号:JP2011507044A
申请号:JP2010538554
申请日:2008-12-05
公开日:2011-03-03
发明作者:ザヴィエール ドワトー、フランソワ；ポショル、ジャン−ポール
申请人:テールズ；
IPC主号:G02B23-14

专利说明:

[0001] 本発明は、レーザ、特に、平均出力が高いレーザをポインティングするためのシステムに関する。本発明はまた、レーザ画像化システム、および複数の光源をポインティングするためのシステムにも関する。]
背景技術

[0002] 光学レーザビームによって処理するためのシステムでは、処理レーザビームを正確に被処理ターゲット上に向ける必要があり得る。それゆえ、ターゲット上の処理ビームの照射点を正確に知る必要がある。]
[0003] このために、ターゲットの像と、ターゲット上の処理ビーム照射点とを得ることを可能にする画像化システムを使用することが知られている。次いで、このシステムは、取得した像に応じて処理ビームの向きを修正することができる。]
[0004] この像形成を実行するために、公知のシステムは、一般的にターゲットに向けて照明ビームを伝達させる。画像化システムは、ターゲットからの反射光を受光して、ターゲットの位置を特定する。]
[0005] しかしながら、処理ビームの伝達および照明ビームの伝達には、同じ光回路を使用することが多い。それゆえ、画像化システムによる受光は、特にターゲットの寸法が小さいときに、処理ビームを伝達させるためのシステムによって乱される場合がある。]
発明が解決しようとする課題

[0006] 本発明により、この欠点を克服することができる。]
[0007] 本発明を、特に照準装置において使用することができ、その照準装置においては、反射系によって処理ビームの伝達用と像形成用とに同一の光学系を使用することが可能となる。]
課題を解決するための手段

[0008] それゆえ、本発明は、レーザビームをポインティングするためのシステムにおいて、
−処理レーザビームをターゲットに向けて放射するための少なくとも１つの処理レーザ光源であって、前記処理ビームが、第１のミラーの非反射性ゾーンを通して伝達され、前記ミラーが、ターゲットからの反射光を画像化システムに戻すことを可能にし、第１のミラーの前記低反射係数ゾーンが、画像化システムに向かってシャドウゾーンを誘起する、処理レーザ光源；
−前記処理ビームを受光し、かつ前記処理ビームをターゲットに向けて反射させるための第２のミラー；
−照明ビームを用いて前記ターゲットを照明するための照明光源、
−ターゲットに向けて前記ポインティングシステムの向きを制御するための第１の制御回路、
−定められた角度だけ処理ビームを変位させ、画像化システムによって取得した像に基づいて、ターゲットのゾーンの位置と処理ビームのスポットの位置との間の距離を測定し、次いで、前記測定した距離に対応する角度だけ照明ビームを反対側に変位させ、処理ビームの角度的な変位が、ターゲットの位置の測定がシャドウゾーンによって乱されないような振幅を有する、第２の制御回路
を含むことを特徴とするシステムに関する。]
[0009] ミラーＭ２は二重の機能を満たす：ＣＴを通りかつＣＡによって出力された信号に基づくポインティングの良好な安定化、およびシャドウゾーンに起因する乱れを回避するための処理ビームの変位。]
[0010] これら２つの機能は、時間を短縮するために、処理ビームをターゲットから離す一方でダイバージョンミラーの慣性を低減させる２つの専用ミラーによって実行され得る（一方は良好な安定化を提供し、および他方はダイバージョンを提供する）。]
[0011] 本発明の一実施形態によれば、前記処理ビームは、第１のミラーの非反射性ゾーンを通って伝達され、前記ミラーは、ターゲットからの反射光を画像化システムに戻すことを可能にする。第１のミラーのこの低反射係数ゾーンは、画像化システムに向かってシャドウゾーンを誘起する。]
[0012] この実施形態によれば、処理ビームが角度的に変位される前記角度は、画像化システムにおいて前記シャドウゾーンの直径に対応する。]
[0013] 別の代替的な実施形態によれば、本発明のシステムは、第２のミラーから受光した光を前記ターゲットに向けて反射させる、または逆に、ターゲットから受光した光を第２のミラーに向けて反射させるための第３のミラーを含み、この第３のミラーによって、第２のミラーから受光したビームのフォーカシングを調整することが可能となる。]
[0014] 別の代替的な実施形態によれば、本発明のシステムは、第１のミラーから受光した光を受光し、かつそれを画像化システムに反射させる第４のミラーを含む。]
[0015] 本発明の有利な実施形態によれば、前記処理ビームは第１の波長または波長帯を有し、前記照明ビームは、第１の波長または波長帯とは異なる第２の波長または波長帯を有する。システムはさらに、第１のミラーと画像化システムとの間に配置された、第２の波長または波長帯のみを画像化システムに伝達させるスペクトルフィルタを含む。]
[0016] 処理レーザ光源は、放射光ファイバーまたは複数の放射光ファイバーの組立体を含み、その一方の端部は前記反射面と同一平面にあるのが好都合である。前記端部の表面は、ほとんどまたは全く反射させない前記ゾーンを構成する。反射面および前記端部の表面は、同じ平面にあり、放射光ファイバーまたは放射光ファイバーの組立体の軸に対して傾斜している。]
[0017] 代替的な実施形態によれば、前記第１のミラーは、体積型回折格子で被覆された面を含み、その面は、前記ゾーンに前記処理ビームを通過させるためのホールを含み、かつ、像形成チャネルから処理チャネルを角度的に離隔するために、照明レーザからの放射線の、ターゲットに反射した後の準単色特徴を保持する。]
[0018] 本発明の様々な主題および特徴が、以下の説明および添付の図面から明らかとなる。]
図面の簡単な説明

[0019] 本発明を適用する光学的画像化システムの例示的な実施形態を示す。
本発明による光学的ポインティング方法の例を示す。
本発明の方法およびシステムにおいて使用され得るミラーの例示的な実施形態を示す。
本発明による方法を用いる光学的ポインティングシステムを示す。]
実施例

[0020] 図１を参照して、本発明が適用される、レーザビームをポインティングするためのシステムの例について、まず説明する。] 図１
[0021] この例によれば、光ファイバー２がミラーＭ１を通過する。ミラーＭ１の反射面１は非反射性の（あるいは面全体１と比べてほとんど反射させない）ゾーンｚ１を備え、そこを通して、ファイバー２は、ターゲットＣ１の局所的なゾーンに向かって処理光ビームＦＳ１を放射させることができる。これらの条件下では、光源はこのゾーンｚ１を通して光ビームを放射することができるが、他方では、ミラーＭ１への入射光は、ゾーンｚ１以外の反射面１で反射する。]
[0022] さらに、ターゲットＣ１を像形成光ビームＦＥ１によって照明する。一方、ターゲットＣ１はビームＦＲ１を反射させる。後者は、ミラーＭ１の面１によって、ビームＦＲ２の形態で画像化システムまたは撮影装置３に向かって反射される。それゆえ、表示された像４はターゲットの像である。そのうえ、ゾーンｚ１にあるミラーに到達するビームＦＲ１の部分は、ミラーＭ１によって反射されない（あるいはほとんど反射されない）。それゆえ、ターゲットの像４にはあまり明るくないゾーン５があり、本発明者らはそれを「ブラインドゾーン」と呼ぶ。このゾーンはミラーＭ１のゾーンｚ１に対応する。このゾーンにおいては、撮影装置は、ターゲットの詳細を観測しない。]
[0023] それゆえ、図１の画像化システムによって、光ファイバー２によって放射されたビームＦＳ１のターゲットＣ１上の照射ゾーンを視覚化することが可能になる。撮影装置によって取得した像４を視覚化することによって、オペレータまたは画像処理システムは、ビームＦＳ１の向きおよび／またはフォーカシングを修正することによって、ターゲット上の照射ゾーンを修正することができる。] 図１
[0024] 図２ａは、像形成ビーム（図１のＦＥ１）による照明ゾーンＥＣのカメラのスクリーン（図面の一点鎖線内）上の像を示す。ゾーンＥＣの内部には、光源Ｓ１によって放射された処理スポットＳＰがあり、上述のようなシャドウゾーンまたはブラインドゾーンＺＡ内に位置している。] 図１ 図２ａ
[0025] 図２ｂに示すように大きなターゲットＣ２の場合、ブラインドゾーンＺＡはターゲットよりも小さく、かつスポットＳＰをターゲット上に位置させることができる。] 図２ｂ
[0026] しかしながら、小さなターゲットＣ３の場合（図２）、ターゲットＣ３の像は完全にブラインドゾーンＺＡ内に含まれるので、カメラを用いて見ることができないか、または見ることが困難である。それゆえ、撮影装置が取得した像によって、正確にターゲットの位置、特にターゲット上の処理ビームの照射ゾーンの位置を決定することは不可能である。]
[0027] それゆえ、本発明は、この欠点を克服することが可能な方法に関する。]
[0028] それゆえ、本発明の方法によれば、ターゲットに向けた処理ビームＦＳ１のプレポインティングを実施する。このプレポインティングは、公知の技術に従って実施され、非常に正確である必要はない。]
[0029] 撮影装置における像がブラインドゾーンＺＡに含まれる小さなターゲットの場合、本発明の方法は、撮影装置の像上のターゲットに対してブラインドゾーンを、ブラインドゾーンの直径と少なくとも等しい距離Ｄ１だけオフセットさせるために、処理ビームＦＳ２（図２）を公知の角度だけ変位させることを含む。図２ｄでは、取得された像は、ターゲットＣ３上にブラインドゾーン（図面の一点鎖線）を有する代わりに、ここでは距離Ｄ１だけオフセットされている。] 図２ｄ
[0030] これらの条件下では、カメラによって、図２ｄに示すような像を見ることが可能となり、この像は、一方ではターゲットＣ３を示し、他方ではブラインドゾーンＺＡを示す。] 図２ｄ
[0031] 図２ｄでは、処理ビームのスポットＳＰをブラインドゾーンＺＡの中心に示した。] 図２ｄ
[0032] 図２ｄの像を用いて、ブラインドゾーンの中心（処理ビームのスポットの中心に対応する）と、処理ビームによって処理する予定のターゲットＣ３の決定されたゾーンＰ１との間の距離Ｄ２を測定する。] 図２ｄ
[0033] 次いで、このようにして決定された距離Ｄ２に対応する角度だけ、処理ビームを、逆方向へ角度的に変位させる。そこで、システムはターゲットのゾーンＰ１に向かって処理ビームを放射することができる。]
[0034] 処理レーザに関してカメラのフォトニック分離（ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）を確実にする一方で、全体的な効率を弱めないようにするために、図２ｅに示すように、処理ビームの乱れは、ミリ秒につき１５０μ秒、すなわち処理レーザの放射が中和され得る時間の１５％を超えないようにし得る。] 図２ｅ
[0035] 図１のシステムでは、ミラーＭ１を、ファイバー２が埋め込まれたブロックを用いて構成し得る。ブロックＢ１の一つの面１を、ファイバー２の軸に対して傾斜した平面に沿って機械加工する。次いで、この面１を反射性（例えば金属化）にし、得られた反射面において、ゾーンｚ１を非反射性にする。このために、例えば、ゾーンｚ１の位置にある反射面の品質を低下させるために、十分にエネルギーのある光ビームをファイバー２によって伝達させる。] 図１
[0036] 図４に、ミラーＭ１の代替的な実施形態を示す。このミラーは支持板Ｓ１を備え、支持板Ｓ１の１つの面は、ポリマー材料の層で被覆されており、そこで体積型回折格子が記録されている（ブラッグ格子）。さらに、支持板および回折格子にはホールＴ１が貫通していて、ファイバー（または一連のファイバー）を取付けることを可能にしており、その放射端部によって、ゾーンｚ１を通して光を放射することができる。] 図４
[0037] 図５を参照して、上述の発明によるポインティング方法を実施する、より完全なポインティングシステムを説明する。] 図５
[0038] 光源Ｓ１が、第１のミラーＭ１を通して光ビームＦＳ１を放射する。このミラーは、図３および図４を参照して説明したようなものである。それゆえ、ミラーを通るこの光ビームの放射ゾーンｚ１は非反射性であるか、または弱い反射性である。] 図３ 図４
[0039] ビームを指向させるための第２のミラーＭ２が、第３のミラーＭ３の方へビームを反射させ、それにより、ゾーンＺ１に向かってフォーカスされるべきビームを、ターゲットＣ１において処理できるようになる。]
[0040] ポインティング調整光源Ｅ１が光ビームＦＥ１を放射し、この光ビームＦＥ１が、照明ゾーンＺ２においてターゲットＣ１を照明する。このゾーンＺ２は、ゾーンＺ１よりも遙かに大きい領域を有し、ゾーンＺ１を取り囲んでいる。]
[0041] ビームＦＥ１の光の少なくとも一部はターゲットによってミラーＭ３の方へ反射され、ミラーＭ３はその光をミラーＭ２の方へ反射させる。次いで、この光はミラーＭ１によって反射され、その後ミラーＭ４によってカメラＣＡの方へ反射される。]
[0042] しかしながら、上述のように、ビームＦＳ１が放射されたミラーＭ１のゾーンｚ１は、あまり反射性ではない。それゆえ、カメラＣＡは、ターゲットの像を受光し、そこでは、ブラインドゾーンＺＡが、ターゲットの像の残りの部分より明るくないかまたはそれとは異なる色であるように見える。それゆえ、カメラによって取得された像は、ブラインドゾーンＺＡを局在化させることを可能にする。]
[0043] 処理レーザビームＦＳ２のポインティングの制御に関して、システムは、図５のポインティングシステム全体のプレポインティングを制御する中央制御回路ＣＣを含み、ビームＦＳ２およびＦＥ１を、処理されるべきターゲットＣ１に実質的に向けるようにする。] 図５
[0044] このプレポインティングは、標準偏差３σで約５００μラジアンの精度で１〜３度のフィールドを網羅するＩＲ画像化システムによって提供されたデータに基づいて行われる。]
[0045] 次いで、図５のポインティングシステムを作動させる。照明光源がビームＦＥ１を放射し、このビームがターゲットＣ１で反射される。上述のように、撮影装置はターゲットの像を受光する。] 図５
[0046] この像は、ブラインドゾーンＺＡのサイズおよびターゲット上のその位置を確認する処理回路ＣＴに伝達される。]
[0047] ブラインドゾーンのサイズが、ターゲットのサイズよりも大きい（あるいは任意にそれと等しい）場合、処理回路は、ミラーＭ２の角度を変えて、それにより、ブラインドゾーンＺＡが、ブラインドゾーンの直径と少なくとも等しい距離だけ撮影装置においてオフセットされるような値だけ、ビームＦＳ２を角度を有して変位させる。]
[0048] 撮影装置が取得した像は、ブラインドゾーンの中心と、処理されるべきターゲットＣ１の選択されたゾーンとの間の距離を測定する処理回路ＣＴに伝達される。]
[0049] 次いで、リンクｃｔ１を介して、処理回路ＣＴはミラーＭ２の向きを制御して、ちょうど行われた測定の結果に応じてビームＦＳ２の向きを調整するようにする。リンクｃｔ２を介してミラーＭ３も制御して、フォーカシングを調整するようにしてもよい。]
[0050] 撮影装置はカメラを使用し、そのカメラは、１．５μｍのスペクトルレンジで作動し、かつ、シャッターシステムを、昼夜を問わず、０．１５〜０．３ｍのターゲット上での解像度を有する像を提供する照明レーザによって生成された短パルス（約０．５μ秒）の戻りに同期させて、１ｋＨｚの速度で動作する。この場合、サンプリング速度は、放射光学系とターゲットとの間に配置された大気チャネルの変動を補正するために必要な通過帯域に適合される。]
[0051] 図５のシステムでは、光源Ｓ１およびＥ１によって放射された波長は、好都合にも異なる値を有する。特に、光源Ｅ１によって放射された波長は、光源Ｓ１の波長帯には含まれない。そこで、本発明は、光源Ｅ１によって放射された波長（または波長帯）を、カメラの方へ伝達させることができるスペクトルフィルタＦ１を提供する。これにより、カメラによって取得された像の低下を避けるために、ターゲットによって反射されたビームＦＳ２の波長が戻される危険性を低減する。] 図５
[0052] 例えば、光源Ｅ１の放射波長を、１．５マイクロメートルとし、および光源Ｓ１は約１．０８マイクロメートルで放射し得る。]

权利要求:

請求項1
レーザビームをポインティングするためのシステムにおいて、−処理レーザビーム（ＦＳ１、ＦＳ２）をターゲット（Ｃ１）に向けて放射するための少なくとも１つの処理レーザ光源（Ｓ１）であって、前記処理ビーム（ＦＳ１）は第１のミラー（Ｍ１）の非反射性ゾーン（ｚ１）を通って伝達され、前記ミラー（Ｍ１）は、ターゲットから反射した照明ビーム（ＦＲ２）を受光するように画像化システム（ＣＡ）に戻すことを可能にし、第１のミラー（Ｍ１）の前記低反射係数ゾーン（ｚ１）は、画像化システム（ＣＡ）に向かってシャドウゾーン（ＺＡ）を誘起する、処理レーザ光源（Ｓ１）；−前記処理ビームを受光し、かつ前記処理ビームをターゲットに向けて反射させるための第２のミラー（Ｍ２）；−照明ビーム（ＦＥ１）によって前記ターゲットを照明するための照明光源（Ｅ１）、−ターゲットに向けて前記ポインティングシステムの向きを制御するための第１の制御回路（ＣＣ）、−定められた角度だけ処理ビーム（ＦＳ１）を変位させ、画像化システムによって取得した像に基づいて、ターゲットのゾーン（Ｐ１）の位置と処理ビームのスポットの位置との間の距離（Ｄ２）を測定し、次いで、前記測定した距離（Ｄ２）に対応する角度だけ照明ビームを反対側に変位させ、処理ビームの角度的な変位は、ターゲットの位置の測定がシャドウゾーンによって乱されないような振幅を有する、第２の制御回路（ＣＴ）を含むことを特徴とするシステム。
請求項2
処理ビーム（ＦＳ１）が変位される前記角度が、画像化システム（ＣＡ）において前記シャドウゾーン（ＺＡ）の直径に対応していることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
請求項3
第２のミラー（Ｍ２）から受光した光を前記ターゲット（Ｃ１）に向けて反射させる、または逆に、ターゲットから受光した光を第２のミラーに向けて反射させるための第３のミラー（Ｍ３）を含み、この第３のミラー（Ｍ３）によって、第２のミラー（Ｍ２）から受光したビームのフォーカシングを調整することが可能となることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
請求項4
第１のミラー（Ｍ１）から受光した光を受光し、かつそれを画像化システム（ＣＡ）に向けて反射させる第４のミラー（Ｍ４）を含むことを特徴とする請求項３に記載のシステム。
請求項5
前記処理ビーム（ＦＳ１）が第１の波長または波長帯を有し、前記照明ビーム（ＦＥ１）が、第１の波長または波長帯とは異なる第２の波長または波長帯を有し、システムが、第１のミラー（Ｍ１）と画像化システム（ＣＡ）との間に配置された、第２の波長または波長帯のみを画像化システムに伝達するスペクトルフィルタ（Ｆ１）をさらに含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のシステム。
請求項6
処理レーザ光源（Ｓ１）が、放射光ファイバーまたは複数の放射光ファイバーの組立体を含み、その一方の端部が前記反射面（１）と同一平面にあり、前記端部の表面は、ほとんどまたは全く反射させない前記ゾーン（ｚ１）を構成し、反射面および前記端部の表面は同じ平面にあって、放射光ファイバーまたは放射光ファイバーの組立体の軸に対して傾斜していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のシステム。
請求項7
前記第１のミラー（Ｍ１）が、体積型回折格子で被覆された面を含み、その面は、前記ゾーン（ｚ１）内に、前記処理ビーム（ＦＳ１）を通過させるホールを含んでいて、その回折効率は、ターゲットから反射した照明レーザの準単色放射を偏向させるために決定されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。