JP5888669B2 - 航空機搭載レーザ装置から放射されたレーザ光を所望方向に反射させる方法及びその装置 - Google Patents
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Description
そこで、本願発明者は反射鏡を三脚上の雲台に固定してレーザ光の放射方向を変更することを試みた
なお、反射鏡を雲台に固定する技術は広く知られており、例えば雲台に取り付けられた反射鏡で太陽光を反射させて日陰部を照射するように構成された太陽光照射装置に係る発明が知られている(例えば、特許文献1を参照。)。
先ず、第1の問題として、レーザ光として赤外線を使用しているため目視することが出来ず、レーザ放射方向の中心に反射鏡を正しく設置することが出来なかった。
第2の問題として、レーザ光が反射鏡において反射した結果どの方向に反射されるのか分からないため、レーザ反射方向に対する安全確認が出来なかった。
第3の問題として、エアロゾルの密度は高度によって大きく異なるため、どの程度の高度の風速を観測をしているかを算出するためにはレーザ反射方向の水平方向に対する仰角値が必要であるが、レーザ反射方向が分からないためレーザ反射方向の水平方向に対する仰角値を算出することが出来なかった。
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、駐機した航空機から機外へレーザ光を放射してレーザ装置の機能確認を行う際に、レーザ放射方向に正対させて反射鏡を設置することが出来ると共に、反射鏡において反射したレーザ反射方向の水平方向に対する仰角を正確・簡易的に測定することができ、さらに放射された実レーザ光を安全且つ効率的に所望の方向に反射させることが出来る航空機搭載レーザ装置用レーザ光反射方法および装置を提供することにある。
本願発明者は、反射鏡の面外垂直軸(鏡面の法線)とレーザ放射方向が一致した状態(すなわち鏡面の法線=レーザ放射方向=レーザ反射方向の、いわゆる正対状態)から、反射鏡の仰角をθだけ変化させた時のレーザ放射方向に対するレーザ反射方向の仰角はその2倍の2θになること、逆に上記正対状態からレーザ放射方向に対するレーザ反射方向の仰角を所望値(2θ)に設定したい場合は、反射鏡の仰角をその半分の値(θ)に設定すればよいことに着目し本願発明に想到した。
そこで、本願発明者は、実レーザ光と同じ直進性を有しながら出力が小さく且つ投光点が可視化であるレーザポインタを地上面に対する仰角、方位、水平度または水平度が調節可能である反射鏡に対し上記形態で配設し、尚かつその指向方向が反転可能(面内から面外あるいは面外から面内)に配設し上記方法を実施することにより、航空機から放射される実レーザ光の放射方向と反射鏡の面外垂直軸が一致した状態をレーザポインタによって正確に模擬・形成し、更には実レーザ放射方向に対する実レーザ反射方向をレーザポインタによって正確に模擬・形成することが可能となることを見出した。そして後述する本発明に係る機構を利用することにより、反射鏡において反射した実レーザ反射方向の水平方向に対する仰角を正確・簡易的に測定することができ、さらに放射された実レーザ光を安全且つ効率的に所望の方向に反射させることが出来るようになった。
上記航空機搭載レーザ装置から放射されたレーザ光を所望方向に反射させる装置では、レーザポインタのレーザ光(以下、「ダミーレーザ光」という。)を利用して、航空機から機外へ放射される実レーザ光の放射方向と反射鏡の面外垂直軸(以下、「反射鏡中心線」という。)が一致した正対状態を正確に模擬・形成することが出来るのと同時に、その反射鏡において反射した実レーザ光の反射方向を正確に模擬・形成することが出来るように構成されている。
そのため、レーザポインタの指向方向を反射鏡の反射鏡中心線上に一致させることが出来るように、レーザポインタが差し込まれるスリーブ管は、例えば反射鏡の面内水平軸および面内垂直軸の回りに回転することができる環状フレームに反射鏡の面内(例えば反射鏡中心点)を指向する形態で取り付けられている一方、その環状フレームが取り付けられる反射鏡は、少なくとも自身の面内水平軸の回りに回転可能であり且つ地上面に対する水平度および高さが調整可能に構成されている。
従って、例えば、スリーブ管が反射鏡の真上に位置するように設定し(つまり、スリーブ管の指向方向を反射鏡の反射鏡中心線に一致するように設定し)且つレーザポインタの指向方向を面外とし、さらにダミーレーザ光が航空機のレーザ放射窓に取り付けられたキャップ上の実レーザ通過部に投光するように反射鏡の仰角、方位角、水平度または高さを調整することにより、実レーザ放射方向と反射鏡中心線が一致した正対状態を模擬・形成することが出来るようになる。
他方、実レーザ放射方向と反射鏡中心線が一致した模擬正対状態において、レーザポインタの指向方向を180°反転した面内とし(単にレーザポインタの差し込み方向を逆にし)、反射鏡の仰角を変えることにより、実レーザ光が反射鏡において反射した場合の実レーザ光の反射方向を正確に模擬した状態を簡易的に形成することが出来るようになる。この場合、予め光軸がレーザポインタの光軸に合わされたガイドスコープをユーザが覗いてダミーレーザ光の投光点を目視にて確認することにより、ダミーレーザ光の反射方向に障害物、人員がいないこと等の、実レーザ光が反射鏡において反射した場合の実レーザ光の反射方向に対する安全性の確認を容易に行うことが出来るようになる。
上記航空機搭載レーザ装置から放射されたレーザ光を所望方向に反射させる装置では、環状フレームが取り付けられる反射鏡を上記構成のU字状フレームに取り付けることにより、反射鏡は少なくとも自身の面内水平軸を中心として回転可能であり且つ地上面に対する水平度および高さが調整可能に構成され、その結果、ダミーレーザ光の指向方向について高い自由度を有するようになる。これにより、航空機から機外へ放射される実レーザ光のレーザ放射方向と反射鏡中心線が一致した正対状態を正確に模擬・形成することが出来るようになると共に、その反射鏡において反射した実レーザ光の反射方向を正確に模擬・形成することが出来るようになる。
上記航空機搭載レーザ装置から放射されたレーザ光を所望方向に反射させる装置では、上記構成とすることにより、環状フレームの機構を簡略化させることが可能となると共に、レーザポインタの仰角および方位を独立に調整することが可能となる。
航空機から機外の反射鏡へ放射される実レーザ光のレーザ放射方向を正確に模擬するためには、レーザ放射部の水平度と反射鏡の水平度が一致していることが必要である。
そこで上記航空機搭載レーザ装置から放射されたレーザ光を所望方向に反射させる装置では、上記キャップをレーザ放射窓に取り付け、レーザ放射部と反射鏡が正対した状態から反射鏡の仰角および方位を変化させた際に、ダミーレーザ光が実レーザ光の通過部(例えば十字線)をトレースすることを以てレーザ放射部の水平度と反射鏡の水平度が一致していることとした。
上記航空機搭載レーザ装置から放射されたレーザ光を所望方向に反射させる装置では、実レーザ放射方向と反射鏡の反射鏡中心線が一致した状態(レーザ放射部と反射鏡が正対した状態)において、反射鏡の仰角をθだけ変化させると、反射鏡における実レーザ反射光の仰角の変化量はその2倍の2θであることに着目して、環状フレームに備わる仰角分度器の目盛を実目盛の2倍に設定しておくことにより、目盛の読み値と初期仰角θ0との加算によって、実レーザ光が反射鏡において反射した場合の実レーザ反射方向の水平面に対する仰角を算出することが出来るようにした。
また、本発明の上記レーザ光反射装置が航空機搭載のレーザ機器確認用に使用されることによって、そのレーザ装置の焦点位置や出力等、各種調整が地上整備で可能となる。その結果、飛行中の不具合や調整不足を未然に防ぐことが可能となる。
この航空機搭載レーザ装置用レーザ光反射装置100は、自身の面内水平軸IN_HAを中心として回転可能な反射鏡1と、反射鏡1の面内水平軸IN_HAおよび面内垂直軸IN_VAの回りにそれぞれ回転可能なリング状の支持環2(環状フレーム)と、ダミーレーザ光を照射するレーザポインタが棒状のスリーブ管に差し込まれる形態で構成されているレーザポインタ部3と、ダミーレーザ光または実レーザ光の投光点を確認するガイドスコープ4と、反射鏡1の面内水平軸IN_VAを受けながら反射鏡1を支持するU字フレーム5と、U字フレーム5が直交して取り付けられる地上面に対する水平度を規定する水平台6と、反射鏡1の基準面・線(例えば水平面、地上面、レーザ放射方向)に対する仰角を測定する仰角分度器7と、反射鏡1の姿勢を固定する仰角固定ネジ8と、全体を支持する三脚9と、支持環2をスライド可能に支持する支持環押さえ10(図2)と、支持環2の姿勢を固定する支持環固定ネジ11(図2)と、支持環2の反射鏡1に対する方位を測定する方位分度器12(図2)とを具備して構成されている。
レーザ放射部110から放射されるレーザの光軸上(レーザ放射方向)に反射鏡の反射面中心(反射鏡中心線)を合致させるために、反射鏡1の仰角(反射鏡中心線と水平面との成す角度)を、レーザ放射方向が水平方向と成す既知の角度θ0に調整し、さらに反射鏡中心線外向きに固定したレーザポインタ部3がウィンドウ140の中心を照射するように反射鏡1または支持環2の位置(反射鏡1に対する仰角または方位)を調整する。機体側のウィンドウ140上には実レーザ光が通過する領域にマーキング(例えば、実レーザ光の水平走査線および垂直走査線から成る十字線)が施されたキャップ150を被せるようにしておく。
図4に示すように、使用に先立ち、ガイドスコープ4を支持環2の適当な位置に取り付け、レーザポインタ部3に対する光軸合わせを行なっておく。光軸合わせはレーザポインタ部3で遠方の物体を照射し、その投光点をガイドスコープ4で目視することにより実行できる。照射点はそれほど遠方でなくとも、レーザポインタ部3とガイドスコープ4との取り付け位置のずれを補正すれば精確な光軸合わせが可能である。
この航空機搭載レーザ装置用レーザ光反射装置200は、上記レーザ光反射装置100と異なり支持環2Aは反射鏡1の面内垂直軸IN_VAの回りのみ回転可能に構成され、その代わりレーザポインタ部3が支持環2Aをスライド可能に構成されている。そのため、ガイドスコープ4に代わり、照門14がレーザポインタ部3に固定されている。
ドップラーライダーは、高高度観測ではエアロゾルが減少して、観測能力が低下するという特徴があるため、実行上は、レーザ放射仰角を10度以下に設定することが多い。このため、図9(a)のように構成を単純化して照星13を反射鏡1に固定する方式でも仰角の目視誤差は無視できる範囲である。本実施例では、支持環2Aを反射鏡1の反射面側のみの半円形(半リング形)とし、照星13が支持環固定ネジを兼ねている。この結果、支持環2Aの回転部の工作が容易となり、方位と仰角とを独立して調整しやすくなっている。基本的は使用手順は上記レーザ光反射装置100と同じであるが、レーザポインタ部3の反射鏡1に対する仰角を調整する方法は、支持環2A自体を回転させるのではなく、図9(b)に示すようにレーザポインタ部3をスライドレール15を介して支持環2Aに沿ってスライドさせ、支持環2Aに記された実角の2倍の角度目盛ωを利用する。レーザ放射方向は、照星13と照門14を合うように目視すれば確認できる。
この機構は、実レーザ放射方向を指向する第1指向片16と、反射鏡中心線を指向する第2指向片17と、レーザポインタ部3を指向する第3指向片18と、第1指向片16と第2指向片17をリンクする第1リンク片19と、第2指向片17と第3指向片18をリンクする第2リンク片20と、固定ピンA,B,B',Cとから成る。なお、AB=AB'、BC=CB'となるように設定されている。
従って、例えば実レーザ放射方向と反射鏡中心線が一致した正対状態(図4)において、実レーザ放射方向に第1指向片16を固定して、反射鏡1の仰角と「第2指向片17と第1指向片16との成す角」をリンクさせることによって、第3指向片18の指向方向によって、実レーザが反射鏡1で反射した時の実レーザのレーザ反射方向を予測することができる。
2 支持環
3 レーザポインタ部
4 ガイドスコープ
5 U字フレーム
6 水平台
7 仰角分度器
8 仰角固定ネジ
9 三脚
10 支持環押さえ
11 支持環固定ネジ
12 方位分度器
13 照星
14 照門
15 スライドレール
16 第1指向片
17 第2指向片
18 第3指向片
19 第1リンク片
20 第2リンク片
110 レーザ放射部
120 制御部
130 フェアリング
140 ウィンドウ
150 キャップ
160 機体
100,200 航空機搭載レーザ装置用レーザ光反射装置
Claims (6)
- レーザポインタ部を、反射鏡の反射鏡中心線上に外向きで固定するステップと、前記レーザポインタ部の光軸が航空機搭載レーザの光軸と一致するように前記反射鏡の高さと方位を調節するステップと、前記レーザポインタ部を反転させ該レーザポインタ部を内向きにセットするステップと、前記レーザポインタ部の前記反射鏡に対する固定を解除し、該レーザポインタを障害物や人員の存在しない「予定仰角」に向けるステップと、前記反射鏡の水平面に対する仰角を調節して、前記レーザポインタ部の投光点が前記航空機搭載レーザの放射部の中心に合うようにするステップと、前記航空機搭載レーザ装置から放射されたレーザ光を前記反射鏡に放射し、該レーザ光を該反射鏡において反射させるステップを踏むことを特徴とする航空機搭載レーザ装置から放射されたレーザ光を所望方向に反射させる方法。
- 少なくとも自身の面内水平軸を中心として回転可能であり尚かつ地上面に対する水平度が調整可能に構成されている反射鏡を利用したレーザ光反射装置であって、前記反射鏡の面内水平軸または面内垂直軸または両軸の回りに回転可能であり該反射鏡に交差して設けられるリング状もしくは半リング状の環状フレームと、前記反射鏡の面の方向を常時指向する形態で該環状フレームに設けられるスリーブ管と、該スリーブ管に差し込まれるレーザポインタと、光軸が前記レーザポインタの光軸と一致するように前記環状フレームに設けられるガイドスコープとを備えたことを特徴とする航空機搭載レーザ装置から放射されたレーザ光を所望方向に反射させる装置。
- 前記反射鏡は、地上面に対する水平度及び高さが調整可能な水平台上に直交して取り付けられたU字状フレームの間に前記面内水平軸を中心として回転可能に取り付けられている請求項2に記載の航空機搭載レーザ装置から放射されたレーザ光を所望方向に反射させる装置。
- 前記スリーブ管は前記環状フレームに沿ってスライド可能に構成されている請求項2に記載の航空機搭載レーザ装置用レーザ光反射装置。
- 航空機のレーザ放射窓に取り付けられる航空機搭載レーザ装置から放射されたレーザ光の実際の通過部がマーキングされたキャップを備える請求項2に記載の航空機搭載レーザ装置から放射されたレーザ光を所望方向に反射させる装置。
- 前記環状フレームに備わる仰角分度器の目盛は、実目盛の2倍に設定されている請求項2に記載の航空機搭載レーザ装置から放射されたレーザ光を所望方向に反射させる装置。
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