(57)【要約】      （修正有）【課題】ターゲットを迅速かつ確実にロックオンできるポインティングシステムを提供する。【解決手段】回転可能ハウジング２０、このハウジングに対するボアサイト２８、回転可能ミラー３８、及び光線を発するレーザー３６を有し、この光線をミラーに反射させてポインティングターゲットへの進路変更を行う。回転可能ミラーが回転すると、光線がボアサイトに対して移動する。本システムは、回転可能ミラーによる光線の回転が回転可能ハウジングによるボアサイトの回転よりも大きくなるように動作する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポインティングシステムであって、
ボアサイトを画定する開口を有するハウジングと、
前記ハウジングを少なくとも１つの回転軸を中心に回転させるように回転的に支持する可動マウントと、
前記可動マウントに動作的に結合された、前記ハウジングを前記少なくとも１つの回転軸を中心に回転させる第１のドライバと、
前記ハウジング内に設けられた、光線を発するように構成されたレーザーと、
前記ハウジング内に可動的にマウントされた、前記開口を通るように前記光線を案内するミラーと、
前記ミラーに動作的に結合された、前記ミラーを移動させる第２のドライバと、
を備え、
前記ミラーの移動によって前記光線が前記ボアサイトに対して移動する、ポインティングシステム。
【請求項２】
前記第１のドライバが第１の速度で動作し、前記第２のドライバが前記第１の速度よりも高速の第２の速度で動作する、請求項１に記載のポインティングシステム。
【請求項３】
前記第１の速度が前記第１のドライバの最高速度である、請求項２に記載のポインティングシステム。
【請求項４】
前記ミラーが前記少なくとも１つの回転軸を中心に回転するように可動的にマウントされる、請求項１に記載のポインティングシステム。
【請求項５】
前記第１のドライバが第１の速度で動作し、前記第２のドライバが第２の速度で動作し、前記第１の速度よりも速い前記第２の速度で前記レーザーが回転するようになっている、請求項４に記載のポインティングシステム。
【請求項６】
前記可動マウントが、前記ハウジングが２つの回転軸を中心に回転するように前記ハウジングを回転的に支持する、請求項１に記載のポインティングシステム。
【請求項７】
前記可動マウントが、前記ハウジングが３つの回転軸を中心に回転するように前記ハウジングを回転的に支持する、請求項６に記載のポインティングシステム。
【請求項８】
前記可動マウントが、前記ハウジングを支持するジンバルマウントである、請求項７に記載のポインティングシステム。
【請求項９】
前記ミラーが、ヒンジにマウントされたミラーである、請求項８に記載のポインティングシステム。
【請求項１０】
前記第２のドライバが、前記ヒンジを支持する半導体チップである、請求項９に記載のポインティングシステム。
【請求項１１】
前記ミラーが、ヒンジにマウントされたミラーである、請求項１に記載のポインティングシステム。
【請求項１２】
前記第２のドライバが、前記ヒンジを支持する半導体チップである、請求項１１に記載のポインティングシステム。
【請求項１３】
前記光線が、パルスビーム又は変調ビームの少なくとも１つである、請求項１に記載のポインティングシステム。
【請求項１４】
ポインティングシステムであって、
ボアサイトを画定する開口を有するハウジングと、
前記ハウジングが少なくとも２つの回転軸を中心に回転するように前記ハウジングを回転的に支持する回転可能マウントと、
前記ハウジング内に設けられた、光線を発するように構成されたレーザーと、
前記開口を通るように前記光線を案内するように前記ハウジング内に配置され、且つ、前記少なくとも２つの回転軸を中心に回転可能な回転可能ミラーであって、該ミラーの移動によって前記光線が前記ボアサイトに対して移動する、回転可能ミラーと、
を備えた、ポインティングシステム。
【請求項１５】
前記ハウジングを支持する前記回転可能マウントが第１の速度で動作し、前記第１の速度よりも速い第２の速度で前記回転可能ミラーが動作する、請求項１４に記載のポインティングシステム。
【請求項１６】
前記第１の速度が前記第１のドライバの最高速度である、請求項１５に記載のポインティングシステム。
【請求項１７】
前記ハウジングを支持する前記回転可能マウントが第１の速度で動作し、前記回転可能ミラーが第２の速度で動作し、前記第１の速度よりも速い前記第２の速度で前記レーザーが回転するようになっている、請求項１４に記載のポインティングシステム。
【請求項１８】
前記回転可能マウントが、前記ハウジングが３つの回転軸を中心に回転するように前記ハウジングを支持する、請求項１４に記載のポインティングシステム。
【請求項１９】
前記ハウジングマウントが、前記ハウジングを支持するジンバルマウントである、請求項１８に記載のポインティングシステム。
【請求項２０】
前記光線が、パルスビーム又は変調ビームのうち少なくとも１つである、請求項１４に記載のポインティングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザー用ポインティングシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザー等の光線のポインティングシステムは、光線の方向を制御することで光線が照明するものを制御する。こうしたポインティングシステムには様々な用途があり、物体を指し示したりハイライトしたりする、レンジファインディング用途又はターゲッティングシステムに好適である。光線は、光線のポインティングを助けるように回転的に支持されたハウジングにマウントされる。ポインティングシステムとハイライトされる物体はいずれも、静置式であっても移動式であってもよい。航空機において、ポインティングシステムは、通常、レーザーを有するジンバル装置内に格納され、ジンバル装置内では、移動、トラッキング、又は様々なポインティングが、ジンバルの１つ以上の軸を中心としたジンバルの回転によって行われる。
【発明の概要】
【０００３】
ポインティングシステムは、回転可能ハウジング、このハウジングに対するボアサイト、回転可能ミラー、及び光線を発するレーザーを有し、この光線をミラーに反射させてポインティングターゲットへの進路変更を行う。回転可能ミラーが回転すると、光線がボアサイトに対して移動する。本システムは、回転可能ミラーによる光線の回転が回転可能ハウジングによるボアサイトの回転よりも大きくなるように動作する。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】自動車として図示するターゲットにレーザーをポインティングしているレーザーポインティングシステムを備えた、航空機の形態のプラットフォームの斜視図である。
【図２】図１のレーザーポインティングシステムの、対応する移動及びボアサイトの特性を示す斜視図である。
【図３】レーザーサイトの進路を変更するためのミラー及びモーターを含む、レーザーポインティングシステムの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
本発明の実施形態は、ターゲットの照明に使用する、ハウジング内にマウントされたレーザービームのポインティング装置に関する。図１の実施形態では、飛行中の航空機１０がこうしたポインティングシステムを有しており、図示のように、レーザービーム１２が、例えばジンバルマウント１４等の可動マウントから発せられる。レーザービーム１２は、図示において、路上を走行する自動車１８として示すターゲットを照明している（即ち、指し示している）。
【０００６】
図１の実施形態は、空対地の実施形態であるが、別タイプの車両での使用、航空機その他、或いは、地上又は水上ベースの車両を含む、本発明のその他の実施形態も想定可能である。加えて、本システムは、空−空、空−水、陸−空、陸−陸、陸−水、水−空、水−水、及び水−陸でのターゲッティング又はポインティングシステムに使用可能である。
【０００７】
更に、図１の実施形態をジンバルマウント１４の一部として図示しているが、別タイプのマウントも使用可能である。マウントは、１、２、又は３の回転自由度を有し得る。また、このマウントは、１、２、又は３の並進自由度を有し得る。
【０００８】
このポインティングシステムは、方向ベースのターゲッティング又はトラッキングアクティビティ用に構成されたいずれの装置にも使用できるように意図されている。方向ベースのターゲッティング又はトラッキングアクティビティの更なる例としては、通信、イメージング、レンジファインディング、及びその他のセンサ計測又はペイロード機能がある。レーザービーム１２について説明するが、赤外線、レーダー、及びその他の光学装置等の追加の電磁信号及びインジケータも想到される。
【０００９】
図２を参照すると、ジンバルマウント１４は、レーザーハウジング２０と、開口２４と、ジンバルマウント１４を航空機の胴体１６に取り付けるためのジンバルマウント構造体２６とを有する。レーザーハウジング２０は、透明又は半透明の窓等の開閉可能な開口２４を有する側壁２２を有し、この開口によって、レーザービーム１２を歪曲させずに送ることができる。レーザービーム１２は、通常はレーザーハウジング２０の表面から開口２４を通して投影され、ジンバルマウント１４のボアサイト２８を形成する。
【００１０】
レーザーハウジング２０は、ジンバルマウント１４によって、図示のＸ軸及びＹ軸を中心に回転するように、回転可能に支持されている。各軸（Ｘ軸及びＹ軸のそれぞれ）が、レーザーハウジング２０内に配置され且つマウント構造体２６に取り付けられた連結サーボモータ３０、３２（図示せず）によって回転する。本実施形態を、２つの軸を中心に回転可能に支持されているものとして説明しているが、本発明に係り、回転軸が１つだけであってもよいことを理解されたい。同様に、１つだけのドライバが単一の回転軸を動作させるように結合されていてもよい。また、本発明は、サーボモータ３０、３２の実施形態に限定されることなく、別の駆動装置でレーザーハウジング２０を回転させる同様の機能を行ってもよい。
【００１１】
サーボモータ３０、３２が動作すると、レーザーハウジング２０を既知の最高速度α（毎秒の角度で計測）で回転させる。ボアサイト２８がレーザーハウジング２０及び開口２４に対して一定であることから、既知の最高速度又は回転αは、レーザーハウジング２０とボアサイト２８の両方について同じである。
【００１２】
図３を参照すると、レーザーハウジング２０は、レーザー源３６、作動ミラー３８、及びコントローラ４０を有している。いずれの典型的な、ポインティングに適当なレーザー源３６も意図している。レーザー源は、連続的又はパルスレーザービームを出力し、そのいずれかは変調される。パルシング及び変調を用いて、レーザービームを特定できる。適当なレーザーの一例としてはクラス３Ｂがあり、これは、最大出力１１０ｍＷにおいて、１５５０ｎｍの波長で動作し、０．６ｍｍの円形のビーム径を生成する、端面発光レーザーである。
上記の赤外線、レーダー、または他の光学系等の追加の信号及びインジケータ源も更に想到される。
【００１３】
作動ミラー３８は、例えば、ヒンジ軸を中心に回転可能なようにヒンジにマウントされ且つヒンジによって支持されているミラーを有する、ヒンジ結合された半導体チップと、ヒンジ軸を中心としたミラー動作を制御する作動ドライバとを有するデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）等のいずれの種類の可動ミラーであってもよい。好適な実施形態では、ＤＭＤアクチュエータで、ＤＭＤミラー表面を、第１の回転軸３９及び第２の回転軸４１として図示する、ジンバルマウント１４と同じ２つの回転軸を中心に回転させることができる。或いは、ミラーを１軸の回転だけで作動させても、３軸で回転させてもよい。
【００１４】
また、レーザーハウジング２０にマウントされた、少なくとも１セットのモーター及び作動アームを有する、別の作動ミラーも想到される。なお、ミラーを図示しているが、本発明の実施形態は、説明したように信号又はインジケータの進路変更に適したいずれの反射又は偏向面をも含む。この進路変更面は、ここで説明したものと同様に機能するコーティング又は自然反射特性を有していてもよい。
【００１５】
レーザー源３６及び作動ミラー３８はレーザーハウジング２０内に構成され、レーザー源３６がレーザービーム１２を発し、このレーザービーム１２が作動ミラー３８に反射して進路変更され、開口２４を通り、レーザーハウジング２０から離れるようになっている。
【００１６】
コントローラ４０は、また、レーザーハウジング２０内にマウントされ、ジョイスティックからのターゲッティング入力４２を受け取るように構成される。コントローラ４０は、作動ミラー３８が受けるターゲッティング入力４２に応答して出力電圧を生成する。出力電圧の範囲は、通常は０〜５Ｖである。交番入力信号は、マニュアルオペレータ信号、パイロットヘッドトラッキング信号、或いは、システム又はアルゴリズムに応答する自動化されたトラッキング信号を含む。或いは、作動ミラー３８が、ターゲッティング入力４２に応答して、コントローラ４０からのデジタル出力信号を受け取るように構成される。
【００１７】
コントローラ４０及び作動ミラー３８の構成は、入力４２が全く無い状態又は中立ターゲッティング入力信号４２をコントローラ４０が受け取ると、作動ミラー３８がレーザービーム１２を通常は開口２４からボアサイト２８と完全に一致するように反射するようになっている。或いは、作動ミラー３８が出力アナログ電圧信号に応答して動作し、作動ミラー３８の表面の角度が変化し、これに伴って反射するレーザービーム１２の角度も変化する。
【００１８】
反射するレーザービーム１２の最大回転可能範囲を、図３にθで示す。好適な実施形態では、最大回転範囲θが、ボアサイト２８に対していずれの次元においても±５°までであることがわかっている。レーザービーム１２及び開口２４は、ボアサイト２８に対する最大回転範囲θの半径が開口２４の半径よりも小さくなるように構成される。ＤＭＤミラーの回転は、いずれの次元においても最大で±１２°までであるが、別の最大回転範囲θも想到され、この範囲は作動ミラーアセンブリと開口２４のサイズによってのみ限定される。
【００１９】
更に、レーザービーム１２の作動は、既知の最高速度β（毎秒の角度で計測）で動作する。作動ミラー３８又はレーザーハウジング２０のいずれかが独立的に動作すると、レーザービーム１２の最高回転速度βが、ボアサイト２８の最高回転速度αよりも速くなる。同様に、同時に動作するときは、レーザービーム１２の最高回転速度βは、ボアサイト２８を有するレーザーハウジング２０の最高回転速度αよりも速くなる。
【００２０】
動作時、ポインティングシステムを用いてターゲットに光を当てると、コントローラ４０は、ボアサイト２８がターゲットの照明を補助するべき場所を示すターゲット入力４２を受け取る。航空機１０の実装時、ターゲッティング入力４２がパイロットのヘルメットに取り付けられた補助装置から来るようにしてもよい。場合によっては、ターゲッティング入力４２によって、ポインティングシステムの速度をα未満（ジンバルマウント１４だけが、レーザービームをターゲッティング入力４２に同調させるだけの十分な迅速さで移動可能であることを意味する）にできる。しかし、ターゲッティング入力４２の移動速度がαよりも速い場合、コントローラ４０が作動ミラー３８を移動させて、ターゲッティング入力４２に対するポインティングシステムの取得スピードが速くなる。
【００２１】
更に、場合によっては、ターゲットがポインティングシステムに対してαを下回る速度で移動する（ジンバルマウント１４だけが、レーザービーム１２をターゲットにロックオンするだけの十分な迅速さで移動可能であることを意味する）ことがある。しかし、ターゲットの移動速度がαよりも速い場合は、コントローラ４０が作動ミラー３８を移動させてレーザービーム１２をターゲットにロックオンする。
【００２２】
本明細書では、最良の態様を含む例を用いて本発明を開示し、更に、あらゆる装置又はシステムの作製及び使用、並びにあらゆる付随の方法の実施を含め、当業者が本発明を実施できるように本発明を開示している。本発明の特許請求の範囲は、請求項によって定義されるが、当業者に想到可能なその他の例もこれに含まれる。かかるその他の例は、請求項の文言と相違ない構成要素を有する場合、又は請求項の文言と実質的に相違ない等価の構成要素を有する場合、特許請求の範囲内であることを意図している。
【符号の説明】
【００２３】
１０  航空機
１２  レーザービーム
１４  ジンバルマウント
１６  航空機胴体
１８  自動車
２０  ジンバルレーザーハウジング
２２  ジンバル側壁
２４  ジンバル開口
２６  ジンバルマウント構造体
２８  レーザーボアサイト
３０  Ｘ軸サーボモータ
３２  Ｙ軸サーボモータ
３６  レーザー源
３８  デジタルマイクロミラー装置
３９  第１のミラー回転軸
４０  コントローラ
４１  第２のミラー回転軸
４２  ターゲッティング入力信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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