(57)【要約】【課題】高温の目標物の特徴を容易に抽出することができ、かつ、小型化、軽量化、信頼性の向上を図ることができる赤外線誘導装置の提供。【解決手段】集光光学系４や検知器５を固定する筐体自体の角度を変えるのではなく、集光光学系４の前段に、視野を拡大するための１又は複数のウェッジプリズム３ａや偏心レンズ３ｃと、高温の目標物からの放射率が大きい特定の波長帯を選択的に透過させる１又は複数のフィルタ３ｂとを含む入射光学系３を配置し、この入射光学系３、又は、入射光学系３及び集光光学系４のみを検知器５の光軸に対して略直交する面内で回転させる。これにより、高温の目標物の特徴を容易に抽出することができ、高温の目標物の検知性能を向上させることができると共に、ジンバル機構を用いる構造に比べて赤外線誘導装置１の小型化及び軽量化、信頼性の向上を実現することができる。【選択図】図１
2006329744.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射赤外線を集光する集光光学系と集光された前記赤外線を電気信号に変換する検知器とを含む検知部を備え、少なくとも前記検知部からの電気信号に基づいて生成される画像を参照して飛翔体を目標物に誘導する赤外線誘導装置において、
前記検知部に、一方の面が他方の面に対して所定の角度で傾斜する１又は複数のウェッジプリズムと、特定の波長帯の赤外線を透過させる１又は複数のフィルタと、前記ウェッジプリズム及び前記フィルタを前記検知器の光軸に略直交する面内で回転させる回転機構とを備え、前記目標物から放射された赤外線を前記ウェッジプリズムで屈折させ、かつ、前記フィルタで前記特定の波長帯の赤外線を透過させて前記集光光学系に入射させることを特徴とする赤外線誘導装置。
【請求項２】
入射赤外線を集光する集光光学系と集光された前記赤外線を電気信号に変換する検知器とを含む検知部を備え、少なくとも前記検知部からの電気信号に基づいて生成される画像を参照して飛翔体を目標物に誘導する赤外線誘導装置において、
前記検知部に、一方の面が他方の面に対して所定の角度で傾斜する１又は複数のウェッジプリズムと、特定の波長帯の赤外線を透過させる１又は複数のフィルタと、前記ウェッジプリズムと前記フィルタと前記集光光学系とを前記検知器の光軸に略直交する面内で回転させる回転機構とを備え、前記目標物から放射された赤外線を前記ウェッジプリズムで屈折させ、かつ、前記フィルタで前記特定の波長帯の赤外線を透過させて前記集光光学系に入射させることを特徴とする赤外線誘導装置。
【請求項３】
一方の面が他方の面に対して所定の角度で傾斜するように構成され、目標物から放射された赤外線を屈折させる１又は複数のウェッジプリズム及び特定の波長帯の赤外線を透過させる１又は複数のフィルタを含む入射光学系と、前記入射光学系からの赤外線を集光する集光光学系と、集光された赤外線を電気信号に変換する検知器と、前記ウェッジプリズム及び前記フィルタを前記検知器の光軸に略直交する面内で回転させる回転機構とを含む検知部と、
少なくとも前記検知器からの電気信号に基づいて画像を生成する演算処理部と、前記回転機構に電力を供給する回転機構制御部とを含む処理部と、
前記演算処理部から送信された前記画像を解析して前記目標物を探索し、前記目標物が検出された場合に、少なくとも前記画像における前記目標物の位置情報に基づいて前記飛翔体の進行方向を制御するオートパイロットと、を少なくとも備えることを特徴とする赤外線誘導装置。
【請求項４】
一方の面が他方の面に対して所定の角度で傾斜するように構成され、目標物から放射された赤外線を屈折させる１又は複数のウェッジプリズム及び特定の波長帯の赤外線を透過させる１又は複数のフィルタを含む入射光学系と、前記入射光学系からの赤外線を集光する集光光学系と、集光された赤外線を電気信号に変換する検知器と、前記ウェッジプリズムと前記フィルタと前記集光光学系とを前記検知器の光軸に略直交する面内で回転させる回転機構とを含む検知部と、
少なくとも前記検知器からの電気信号に基づいて画像を生成する演算処理部と、前記回転機構に電力を供給する回転機構制御部とを含む処理部と、
前記演算処理部から送信された前記画像を解析して前記目標物を探索し、前記目標物が検出された場合に、少なくとも前記画像における前記目標物の位置情報に基づいて前記飛翔体の進行方向を制御するオートパイロットと、を少なくとも備えることを特徴とする赤外線誘導装置。
【請求項５】
前記回転機構は、前記飛翔体内面に固定されるリング状の外側筐体と、前記ウェッジプリズムと前記フィルタ、又は、前記ウェッジプリズムと前記フィルタと前記集光光学系とが固定され、ベアリング機構によって前記外側筐体に対して回転可能に保持されるリング状の内側筐体と、前記外側筐体の内周面に固定されるモータステータと、前記内側筐体の外周面に固定され、前記モータステータに対向して配置されるモータロータとを少なくとも有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一に記載の赤外線誘導装置。
【請求項６】
前記フィルタは、略５μｍ以下の波長帯を選択的に透過させることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一に記載の赤外線誘導装置。
【請求項７】
１又は複数の前記ウェッジプリズムの一部又は全部に代えて、偏心レンズを備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一に記載の赤外線誘導装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光波誘導装置に関し、特に、赤外線を用いて所定の温度の目標物を捕捉して追尾する赤外線誘導装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ミサイルなどの飛翔体に搭載される赤外線誘導装置として、図１２に示すような装置がある。この赤外線誘導装置１２は、飛翔体先端部のドーム内に設置される２軸の自由度を有するジンバル１３と、ジンバル１３を２軸の各々で駆動する第１駆動機構１４ａ及び第２駆動機構１４ｂと、ジンバル１３の２軸の角度を検出する第１角度検出部１５ａ及び第２角度検出部１５ｂと、飛翔体の角速度（レート）を検出するレート検出部９と、ジンバル１３上に固定される集光光学系４及び検知器５と、検知器５からの信号を処理して赤外線画像を生成し、該赤外線画像をオートパイロット１８に送信すると共に、オートパイロット１８からの角度指令と第１角度検出部１５ａ及び第２角度検出部１５ｂからの角度情報とに基づく角度制御信号と、オートパイロット１８からのレート指令とレート検出部９からのレート情報とに基づくレート制御信号とからなる制御信号を生成し、該制御信号を駆動機構制御部１６に送信する演算処理部１７と、演算処理部１７からの制御信号に基づいて第１駆動機構１４ａ及び第２駆動機構１４ｂを制御する駆動機構制御部１６と、演算処理部１７からの赤外線画像を解析して目標物を検出し、飛翔体の進行方向を制御すると共に、演算処理部１７に角度指令及びレート指令を送るオートパイロット１８とを備えている。
【０００３】
そして、目標物から放射された赤外線は集光光学系４によって検知器５に集光され、集光された赤外線は検知器５で電気信号に変換されて演算処理部１７に送られ、演算処理部１７では該信号からＴＶモニタ等の表示装置に適した形態の赤外線画像を生成してオートパイロット１８に送信し、オートパイロット１８ではその赤外線画像を解析して目標物を検出し、飛翔体の進行方向を制御すると共に、角度の目標値である角度指令とレートの目標値であるレート指令とを演算処理部１７に送る。一方、ジンバル１３の２軸の角度は各々第１角度検出部１５ａ及び第２角度検出部１５ｂで検出されて演算処理部１７に送られ、また、飛翔体の角速度はレート検出部９で検出されて演算処理部１７に送られる。
【０００４】
演算処理部１７では、オートパイロット１８からの角度指令と第１角度検出部１５ａ及び第２角度検出部１５ｂからの角度情報とに基づいて角度制御信号を生成して駆動機構制御部１６に送信すると共に、オートパイロット１８からのレート指令とレート検出部９からのレート情報とに基づいてレート制御信号を生成して駆動機構制御部１６に送信する。そして、これらの制御信号を送信した駆動機構制御部１６では第１駆動機構１４ａ及び第２駆動機構１４ｂを制御し、ジンバル１３を目標物に向けて目標物の追尾を行う。このような制御を行う赤外線誘導装置として、例えば、下記特許文献１に記載された赤外線追尾装置がある。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１４７１２３号公報（第３−６頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように赤外線誘導装置では検知器に入射した赤外線に基づいて飛翔体の進行方向を制御するが、検知器に入射する赤外線の波長帯域は集光光学系の材料の特性に依存するために広帯域となり、数百℃程度の高温域の物体が最も多く放射する近赤外線帯から中赤外線帯（略５μｍ以下）の狭い波長帯域の光を主に透過させることはできず、高温の目標物の特徴を容易に抽出することができない。そのため、高温の目標物の検知を目的とする用途では赤外線誘導装置の検知性能を向上させることが難しいという問題があった。
【０００７】
また、従来の赤外線誘導装置は、広範囲な領域を捜索するために、集光光学系と集光した入射光を検知する検知器を搭載するジンバル機構とそれを駆動するジンバル駆動部が必要であるが、このジンバルは、例えば図１３に示すように、筐体を２軸で回転させるための２つの駆動手段（第１駆動機構１４ａ及び第２駆動機構１４ｂ）や筐体の２軸の角度を検出するための２つの角度検出手段（第１角度検出部１５ａ及び第２角度検出部１５ｂ）が必要であり、かつ、２軸の各々を中心にして筐体を回転させたときに、筐体がドームなどの他の構成部材に接触しないようにスペースを確保しなければならないために小型化が難しく、また、サイズの大きい筐体を駆動するためにトルクの大きい駆動手段を用いる必要があることから軽量化が難しく、更に、ジンバル１３は２軸の各々で独立して制御する必要があるために構造が複雑になり、２つの駆動手段を制御するための駆動機構制御部１６や２軸の角度情報やレート情報に基づいて制御信号を生成する演算処理部１７の回路構成も複雑になるために信頼性の向上が難しいという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、高温の目標物の特徴を容易に抽出することができ、かつ、小型化、軽量化、信頼性の向上を図ることができる赤外線誘導装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の赤外線誘導装置は、入射赤外線を集光する集光光学系と集光された前記赤外線を電気信号に変換する検知器とを含む検知部を備え、少なくとも前記検知部からの電気信号に基づいて生成される画像を参照して飛翔体を目標物に誘導する赤外線誘導装置において、前記検知部に、一方の面が他方の面に対して所定の角度で傾斜する１又は複数のウェッジプリズムと、特定の波長帯の赤外線を透過させる１又は複数のフィルタと、前記ウェッジプリズム及び前記フィルタを前記検知器の光軸に略直交する面内で回転させる回転機構とを備え、前記目標物から放射された赤外線を前記ウェッジプリズムで屈折させ、かつ、前記フィルタで前記特定の波長帯の赤外線を透過させて前記集光光学系に入射させるものである。
【００１０】
また、本発明の赤外線誘導装置は、入射赤外線を集光する集光光学系と集光された前記赤外線を電気信号に変換する検知器とを含む検知部を備え、少なくとも前記検知部からの電気信号に基づいて生成される画像を参照して飛翔体を目標物に誘導する赤外線誘導装置において、前記検知部に、一方の面が他方の面に対して所定の角度で傾斜する１又は複数のウェッジプリズムと、特定の波長帯の赤外線を透過させる１又は複数のフィルタと、前記ウェッジプリズムと前記フィルタと前記集光光学系とを前記検知器の光軸に略直交する面内で回転させる回転機構とを備え、前記目標物から放射された赤外線を前記ウェッジプリズムで屈折させ、かつ、前記フィルタで前記特定の波長帯の赤外線を透過させて前記集光光学系に入射させるものである。
【００１１】
また、本発明の赤外線誘導装置は、一方の面が他方の面に対して所定の角度で傾斜するように構成され、目標物から放射された赤外線を屈折させる１又は複数のウェッジプリズム及び特定の波長帯の赤外線を透過させる１又は複数のフィルタを含む入射光学系と、前記入射光学系からの赤外線を集光する集光光学系と、集光された赤外線を電気信号に変換する検知器と、前記ウェッジプリズム及び前記フィルタを前記検知器の光軸に略直交する面内で回転させる回転機構とを含む検知部と、少なくとも前記検知器からの電気信号に基づいて画像を生成する演算処理部と、前記回転機構に電力を供給する回転機構制御部とを含む処理部と、前記演算処理部から送信された前記画像を解析して前記目標物を探索し、前記目標物が検出された場合に、少なくとも前記画像における前記目標物の位置情報に基づいて前記飛翔体の進行方向を制御するオートパイロットと、を少なくとも備えるものである。
【００１２】
また、本発明の赤外線誘導装置は、一方の面が他方の面に対して所定の角度で傾斜するように構成され、目標物から放射された赤外線を屈折させる１又は複数のウェッジプリズム及び特定の波長帯の赤外線を透過させる１又は複数のフィルタを含む入射光学系と、前記入射光学系からの赤外線を集光する集光光学系と、集光された前記赤外線を電気信号に変換する検知器と、前記ウェッジプリズムと前記フィルタと前記集光光学系とを前記検知器の光軸に略直交する面内で回転させる回転機構とを含む検知部と、少なくとも前記検知器からの電気信号に基づいて画像を生成する演算処理部と、前記回転機構に電力を供給する回転機構制御部とを含む処理部と、前記演算処理部から送信された前記画像を解析して前記目標物を探索し、前記目標物が検出された場合に、少なくとも前記画像における前記目標物の位置情報に基づいて前記飛翔体の進行方向を制御するオートパイロットと、を少なくとも備えるものである。
【００１３】
本発明においては、前記回転機構は、前記飛翔体内面に固定されるリング状の外側筐体と、前記ウェッジプリズムと前記フィルタ、又は、前記ウェッジプリズムと前記フィルタと前記集光光学系とが固定され、ベアリング機構によって前記外側筐体に対して回転可能に保持されるリング状の内側筐体と、前記外側筐体の内周面に固定されるモータステータと、前記内側筐体の外周面に固定され、前記モータステータに対向して配置されるモータロータとを少なくとも有する構成とすることができる。
【００１４】
また、本発明においては、前記フィルタは、略５μｍ以下の波長帯を選択的に透過させることが好ましい。
【００１５】
また、本発明においては、１又は複数の前記ウェッジプリズムの一部又は全部に代えて、偏心レンズを備える構成とすることもできる。
【００１６】
このように、本発明の赤外線誘導装置では、集光光学系の前段に、ウェッジプリズム又は偏心レンズとフィルタとを含む入射光学系を配置し、高温の目標等から放射される赤外線を主に透過させているため、高温の目標物の特徴を容易に抽出することができ、検知性能を向上させることができる。また、検知部全体をジンバル機構で駆動するのではなく、入射光学系、又は、入射光学系及び集光光学系を回転させるという簡単な構造を用いているため、赤外線誘導装置の小型化及び軽量化、信頼性の向上を実現することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の赤外線誘導装置によれば、下記記載の効果を奏する。
【００１８】
本発明の第１の効果は、高温の目標物の検知性能を向上させることできるということである。その理由は、集光光学系の前段に、ウェッジプリズム又は偏心レンズとフィルタとを含む入射光学系を配置し、入射する赤外線の内、高温の目標物の放射強度の大きい近赤外線帯から中赤外線帯を選択的に透過させているため、高温の目標物の特徴を容易に抽出することができるからである。
【００１９】
また、本発明の第２の効果は、赤外線誘導装置の小型化、軽量化、信頼性の向上を図ることができるということである。その理由は、検知部全体をジンバル機構で駆動するのではなく、入射光学系、又は、入射光学系及び集光光学系を回転機構によって検知器の光軸に略直交する面内で回転させることによって視野の拡大を実現しているため、駆動部分自体のサイズを縮小することができ、駆動部分と他の構成部材との干渉を避けるためのスペースを設ける必要がなく、また、駆動部分の構造や回転機構制御部や演算処理部などの回路構成を簡略化することができるからである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
従来技術で示したように、目標を捕捉して追尾する赤外線誘導装置として、特許文献１に示すような装置があるが、従来の赤外線誘導装置は集光光学系の特性によって規定される広帯域の赤外線を利用していたため、高温の目標の特徴を容易に抽出することができず、また、ジンバル機構で検知部全体を２軸で駆動していたため、小型化、軽量化が難しく、機構や回路構成が複雑になるため信頼性の向上が難しいという問題があった。
【００２１】
そこで、本願発明者は、高温の目標物の検知が求められ、かつ、小型、軽量及び高信頼性が求められる特殊な用途でも使用できるようにするために、集光光学系や検知器を固定する筐体自体の角度を変えるのではなく、集光光学系の前段に視野を拡大するためのウェッジプリズムや偏心レンズと、高温の目標物からの放射率が大きい特定の波長帯を選択的に透過させるフィルタとを含む入射光学系を配置し、この入射光学系、又は、入射光学系及び集光光学系のみを検知器の光軸に対して略直交する面内で回転させるという簡単な構造を採用し、これによって上記問題を解決している。
【実施例】
【００２２】
上記した本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明すべく、本発明の一実施例に係る赤外線誘導装置について、図１乃至図１１を参照して説明する。図１は、本発明の一実施例に係る赤外線誘導装置の構成を模式的に示す図であり、図２は、検知部の構造の具体例を示す断面図である。また、図３乃至図６は、入射光学系のバリエーションを示す図であり、図７は、検知部のバリエーションを示す図である。また、図８乃至図１０は、ウェッジプリズムを用いた視野拡大の様子を模式的に示す図であり、図１１は、本実施例の赤外線誘導装置を用いた目標物の追尾手順を示すフローチャート図である。
【００２３】
図１に示すように、本実施例の赤外線誘導装置１は、くさび形の屈折光学部材（以下、ウェッジプリズム３ａと呼ぶ。）及び高温の目標物からの放射率が大きい特定の波長帯の赤外線を透過させるフィルタ３ｂを含む入射光学系３と、入射光学系３を検知器５の光軸に略直交する面内で回転させるための回転機構６と、ウェッジプリズム３ａの回転角度を検出する角度検出部８と、飛翔体の角速度（レート）を検出するレート検出部９と、ウェッジプリズム３ａで屈折しフィルタ３ｂで波長帯が狭められた赤外光を検知器５に集光する集光光学系４と、入射光を電気信号に変換する赤外線検出素子がアレイ状に配列された検知器５と、検知器５からの信号を増幅しＴＶモニタなどの表示手段に適した形態の赤外線画像を生成して該赤外線画像をオートパイロット１８に送信すると共に、必要に応じて、オートパイロット１８から送信された角度指令と角度検出部８から送信された角度情報とに基づいて角度制御信号を生成し、オートパイロット１８から送信されたレート指令とレート検出部９から送信されたレート情報とに基づいてレート制御信号を生成する演算処理部７と、回転機構６を駆動させるための電力を供給する回転機構制御部１０と、演算処理部７から送信された赤外線画像を解析して高温の目標物を検出し、飛翔体の進行方向を制御すると共に、赤外線画像における高温の目標物の位置情報に基づいて角度指令及びレート指令を生成して演算処理部７に送信するオートパイロット１８とを少なくとも備えている。
【００２４】
なお、ここでは演算処理部１７で、赤外線画像を生成する処理と角度制御信号を生成する処理とレート制御信号を生成する処理の全てを行う構成としているが、各々の処理を独立した手段（例えば、画像信号処理部と捜索処理部と追尾処理部など）で個別に行う構成としてもよい。また、本実施例の赤外線誘導装置１では、回転機構制御部１０はウェッジプリズム３ａを一定方向に回転させるだけでよいため、必ずしも角度制御信号やレート制御信号を生成する必要はない。
【００２５】
また、ウェッジプリズム３ａは検知器５の視野を所定の方向にずらす機能を備えたものであればよく、その断面形状は、図３に示すように一方の面が所定のビーム偏角で傾斜した形状としてもよいし、両方の面が所定のビーム偏角（各々の面のビーム偏角は同じでもよいし異なっていてもよい。）で傾斜した台形形状としてもよい。また、図３では、２つのウェッジプリズム３ａの間にフィルタ３ｂを配置しているが、図４（ａ）に示すようにウェッジプリズム３ａの外側（入射面側であっても出射面側であってもよい。）にフィルタ３ｂを配置してもよし、図４（ｂ）に示すように２つのウェッジプリズム３ａの回転位置をずらして配置してもよいし、図４（ｃ）に示すように異なるビーム偏角のウェッジプリズム３ａを組み合わせてもよいし、図４（ｄ）に示すように３つ以上のウェッジプリズム３ａを組み合わせてもよい。
【００２６】
また、ウェッジプリズム３ａを正面から見た形状も特に限定されず、図３に示すように円形にしてもよいし、楕円形や多角形などにしてもよい。また、ウェッジプリズム３ａを構成する材料も特に限定されず、使用する波長帯に適した材料で形成されていればよく、例えばＧｅやＺｎＳｅ、ＺｎＳなどを用いることができ、複数のウェッジプリズム３ａの各々を異なる材料で形成してもよい。
【００２７】
また、フィルタ３ｂは高温の目標物が放射する赤外線を効果的に透過させる機能を備えたものであればよく、その材料や赤外線透過特性は限定されないが、例えば、数百℃の物体の赤外線の放射率は略５μｍ以下の帯域が大きいことから、この帯域での透過率が大きいシリコン（Ｓｉ）やフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）などを用いることが好ましい。また、図３及び図４では、１枚のフィルタ３ｂを用いる場合を示したが、例えば、図５（ａ）に示すように複数のフィルタ３ｂ（透過特性は同じであってもよいし異なっていてもよい。）を複数のウェッジプリズム３ａで挟み込むようにしてもよいし、図５（ｂ）に示すように１つのウェッジプリズム３ａの両側にフィルタ３ｂを配置してもよいし、図５（ｃ）に示すように複数のウェッジプリズム３ａの間及び外側の双方にフィルタ３ｂを配置してもよい。また、ウェッジプリズム３ａとフィルタ３ｂの固定方法は特に限定されず、図示しない留め具などを用いて固定してもよいし、赤外線透過特性に影響の無い接着剤などで固定してもよいし、融着などの方法で固定してもよく、ウェッジプリズム３ａとフィルタ３ｂとは隙間なく接触させてもよいし、間隔を空けて配置してもよい。
【００２８】
また、図３乃至図５では、１又は複数のウェッジプリズム３ａと１又は複数のフィルタ３ｂとを組み合わせて入射光学系３を形成したが、図６に示すようにウェッジプリズム３ａに代えて偏心レンズ３ｃを用いてもよく、縦横比が異なる偏心レンズ３ｃを用いることによって視野の縦横比に関係なく捜査範囲を任意に決定することができる。その場合に、全てのウェッジプリズム３ａを偏心レンズ３ｃに代えてもよいし、一部のウェッジレンズ３ａのみを偏心レンズ３ｃに代えてもよい。また、集光光学系４はウェッジプリズム３ａを透過し、フィルタ３ｂで波長帯が狭められた光を検知器５に集光する機能を備えていればよく、図１のように１枚の凹レンズで構成してもよいし、複数枚のレンズで構成してもよい。また、検知器５は入射光を電気信号に変換する機能を備えていればよく、赤外線を検出する場合は熱型検知器や量子型検知器などを用いることができる。また、検知器５は複数の画素が配列された構造であればよく、各々の画素の形状や画素数なども任意に設定することができる。
【００２９】
次に、上記赤外線誘導装置１における検知部２の具体的な構造について説明する。図２に示すように、検知部２全体を覆うドーム２ａの内側に、入射光学系用外側筐体２ｂと外側ベアリング受け部２ｅとが固定され、ベアリング２ｇを挟んで内側ベアリング受け部２ｆが配置され、該内側ベアリング受け部２ｆに入射光学系用内側筐体２ｃが固定され、この入射光学系用内側筐体２ｃによって１又は複数のウェッジプリズム３ａと１又は複数のフィルタ３ｂとが回転可能に保持されている。また、入射光学系用外側筐体２ｂには回転機構６を構成するモータステータ６ａ及び角度検出部８を構成する角度検出部ステータ８ａが固定され、入射光学系用内側筐体２ｃには、モータステータ６ａに対向する位置に回転機構６を構成するモータロータ６ｂが固定され、角度検出部ステータ８ａに対向する位置に角度検出部８を構成する角度検出部ロータ８ｂが固定されている。そして、モータステータ６ａに電力を供給すると磁場が発生してモータロータ６ｂに回転方向の力が加わり、ベアリング２ｇによって、内側ベアリング受け部２ｆとモータロータ６ｂと入射光学系用内側筐体２ｃとウェッジプリズム３ａ及びフィルタ３ｂとが一体となって回転し、角度検出部ステータ８ａと角度検出部ロータ８ｂとでウェッジプリズム３ａの回転角度を検出する。
【００３０】
なお、図２の構造は本発明の検知部２の構造の一例であり、入射光学系３、集光光学系４、検知器５、角度検出部８及び各筐体の形状や配置は図の構成に限定されない。また、図２では、モータステータ６ａとモータロータ６ｂとを用いてウェッジプリズム３ａ及びフィルタ３ｂを回転させているが、例えば、入射光学系用内側筐体２ｃの外周面に凹凸を設け、一方、入射光学系用外側筐体２ｂにモータを固定し、モータの回転によって駆動するギアを凹凸に接触させて入射光学系用内側筐体２ｃを回転させるなどのギア構造を用いてもよいし、ギア構造に代えてベルトなどの動力伝達手段を用いてウェッジプリズム３ａ及びフィルタ３ｂを回転させてもよい。また、図２では、ウェッジプリズム３ａ及びフィルタ３ｂをスムーズに回転させるためにベアリング構造を用いているが、ベアリング構造に代えて電磁的に入射光学系用内側筐体２ｃを浮遊させる構造としてもよい。
【００３１】
また、図２では、ウェッジプリズム３ａとフィルタ３ｂとを含む入射光学系３のみを回転させ、集光光学系４は集光光学系用筐体２ｄによって固定しているが、例えば、図７に示すように、集光光学系３も入射光学系用内側筐体２ｃに固定して、ウェッジプリズム３ａとフィルタ３ｂと集光光学系４とをセットにして回転させる構成とすることもできる。その場合において、入射光学系３と集光光学系４とを間隔を空けて配置してもよいし、隙間なく接触させてもよい。また、フィルタ３ｂはウェッジプリズム３ａの間に配置してもよいし、ウェッジプリズム３ａと集光光学系４との間に配置してもよいし、集光光学系４の出射面側（検知器５側）に配置してもよい。
【００３２】
次に、ウェッジプリズム３ａを回転させることによってどのように視野が拡大されるかを説明する。まず、図８に示すように、ウェッジプリズム３ａが実線のように（レンズの肉厚が厚い部分が図の下になるように）配置されている場合、検知器５を起点とする光路は集光光学系４で平行光となってウェッジプリズム３ａに到達する。ここで、ウェッジプリズム３ａは少なくとも一方の面が検知器５の光軸に直交する面に対して一定の角度（図３のビーム偏角）で傾斜しているため、傾斜面で図の下方に光路が屈折して実線で示す視野方向となる。一方、ウェッジプリズム３ａを１８０°回転させて図の破線のように（レンズの肉厚が厚い方が図の上になるように）配置した場合には、光路は上記と逆の方向（図の上方）に屈折して破線で示す視野方向となる。従って、従来のようにジンバルを用いて検知器５の光軸の方向を変化させなくても、ウェッジプリズム３ａを回転させることによって簡単に視野方向を変化させることができる。
【００３３】
このようにしてウェッジプリズム３ａを３６０°回転させた場合に視野がどのようになるかを説明する。理解を容易にするために、図３に示すようにウェッジプリズム３ａの肉厚が厚い部分の特定の位置（×印で表示）が図の下側になる状態を配置（ａ）とし、ウェッジプリズム３ａを９０°時計回りに回転させた状態を配置（ｂ）、１８０°回転させた状態を配置（ｃ）、２７０°回転させた状態を配置（ｄ）とする。その場合、配置（ａ）はウェッジプリズム３ａが図８の実線の配置であるため、検知器５から見た視野は図９の下側に示すように検知器正面の視野（ウェッジプリズム３ａがない場合の視野）よりも下方に移動する。次に、配置（ｂ）の場合は、ウェッジプリズム３ａの肉厚部分が図８の手前側になるため、検知器５から見た視野は図９の左側に示すように検知器正面の視野よりも左側に移動する。同様に、配置（ｃ）の場合は、ウェッジプリズム３ａが図８の破線の配置であるため、検知器５の視野は図９の上側に示すように検知器正面の視野よりも上方に移動し、配置（ｄ）の場合は、ウェッジプリズム３ａの肉厚部分が図８の奥側になるため、検知器５の視野は図９の右側に示すように検知器正面の視野よりも右側に移動する。
【００３４】
従って、ウェッジプリズム３ａを連続的に回転させると、全視野は図１０に示すように検知器正面の視野を上下左右の全方向に広げた範囲となり、ジンバルを上下左右に振った場合と同様に視野を拡大することができる。なお、視野の移動量はビーム偏角を変えることによって大きくすることも小さくすることもでき、本発明では所望の視野が得られるようにビーム偏角を任意に設定することができるが、視野の移動量が検知器正面の視野の短辺の半分より大きくなると、視野の中央部分にいずれの状態でも視野からはずれた空白の領域が生じてしまい、その空白領域に目標物が入ってしまうと目標物を検知することができなくなるため好ましくない。従って、ビーム偏角の設定に際しては、空白の領域が生じない範囲内で選択する必要がある。
【００３５】
次に、上記構成の赤外線誘導装置１を用いて目標物を追尾する手順について、図１１のフローチャート図を参照して説明する。
【００３６】
まず、ステップＳ１０１で、回転機構制御部１０は回転機構６に電力を供給し、回転機構６を構成するモータステータ６ａに電流が流れて磁場が発生し、この磁場によってモータロータ６ｂに回転方向の力が発生し、モータロータ６ｂと共に入射光学系用内側筐体２ｃに固定されたウェッジプリズム３ａ及びフィルタ３ｂが回転を始める。そして、ウェッジプリズム３ａ及びフィルタ３ｂの回転が安定したら、ステップＳ１０２で、ミサイルなどの飛翔体を目標物があると思われる方向に向けて発射する。
【００３７】
ここで、上述したように、本実施例の赤外線誘導装置１では、ウェッジプリズム３ａ及びフィルタ３ｂを検知器５の光軸（すなわち、飛翔体の進行方向）に対して略直交する面内でのみ回転させているため、飛翔体の発射時などでもウェッジプリズム３ａ及びフィルタ３ｂには回転角によらず常に一定の方向からのみ力が作用する。これに対して従来のジンバル機構では、飛翔体の進行方向に平行な面内で検知器５及び集光光学系４が固定された筐体を駆動しているため、駆動状態に応じて検知器５や集光光学系４には様々な方向から力が作用する。従って、構成部材を安定して駆動させる観点からも本発明の構造が優れていると言える。
【００３８】
次に、ステップＳ１０３で、入射した赤外線はウェッジプリズム３ａで屈折され、フィルタ３ｂで特定の波長帯の赤外線が選択的に透過され、集光光学系４で集光されて検知器５に入射し、検知器５では集光された赤外線を電気信号に変換して演算処理部７に送信する。そして、演算処理部７では検知器５から送信された電気信号を増幅して所定の角度における視野の赤外線画像を生成してオートパイロット１８に送信する。一方、角度検出部８はその時のウェッジプリズム３ａの角度を検出し角度情報を演算処理部７に送信し、レート検出部９は飛翔体の角速度を検出しレート情報を演算処理部７に送信する。
【００３９】
次に、ステップＳ１０４で、オートパイロット１８では受信した赤外線画像を解析して、その視野の中から所定の目標物を探索する。具体的には、赤外線画像の場合は目標物の温度が高くなるほど信号の強度が大きくなることから、しきい値以上の信号強度を有する領域を特定することによって目標物を検出することができる。ここで、従来の赤外線誘導装置１では集光光学系の材料によって規定される広帯域の赤外線を検知していたため、広範囲の温度の目標物を検知してしまい、その結果、数百℃程度の高温の目標物の特徴を抽出することができないという問題があったが、本実施例の赤外線誘導装置１では、フィルタ３ｂによって高温の目標物に適した帯域の赤外線のみが透過して検知器５に入射するため、高温の目標物の特徴を確実に抽出することができ、高温の目標物の検知性能を格段に向上させることができる。
【００４０】
そして、ステップＳ１０５で、その視野の中に目標物がない場合はステップＳ１０３に戻って、次の角度における視野を撮像して同様の処理を繰り返す。一方、ステップＳ１０５で目標物を検出した場合は、ステップＳ１０６で、オートパイロット１８は赤外線画像上の目標物の位置と角度情報とに基づいて飛翔体が目標と会合するように進行方向の制御を行うと共に、演算処理部７に角度指令とレート指令とを送信する。そして、ステップＳ１０７で、演算処理部７では、必要に応じて、角度指令と角度検出部８からの角度情報とに基づいて角度制御信号を生成し、レート指令とレート検出部９からのレート情報とに基づいてレート制御信号を生成し、これらの制御信号を回転制御処理部１０に送信する。なお、前述したように回転機構６はウェッジプリズム３ａ及びフィルタ３ｂを一定方向に回転させるだけであるため、回転を制御する必要がない場合はステップＳ１０７を省略することもできる。
【００４１】
そして、ステップＳ１０８で、目標物が移動していないかを監視し、目標物が赤外線画像上の指定位置から外れている場合は、ステップＳ１０６に戻って、オートパイロット１８では赤外線画像上の目標物の位置と角度情報とに基づいて再度、飛翔体の進行方向を制御し、ステップＳ１０６〜Ｓ１０８の動作を繰り返すことによって目標物を追尾する。
【００４２】
このように、本実施例の赤外線誘導装置１によれば、集光光学系４の前段に１又は複数のウェッジプリズムと１又は複数のフィルタ３ｂとを含む入射光学系３を配置し、この入射光学系３、又は、入射光学系３及び集光光学系４を検知器５の光学軸に略直交する面内で回転させることにより、ウェッジプリズム３ａのビーム偏角に従って屈折された分だけ視野を拡大させることができ、このような簡単な構造を採用することによって、ジンバル機構よりも遙かに小型化及び軽量化を図ることができ、かつ、信頼性を向上させることができる。また、フィルタ３ｂの透過特性に従って選択された赤外線だけを検出することができため、高温の目標物の特徴を容易に抽出することでき、本発明の赤外線誘導装置１を高温の目標物を追尾するミサイル用途などに使用することができるようになる。
【００４３】
なお、上記実施例では、本発明の構造を赤外線誘導装置１に適用する場合について記載したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、気象観測や火災の監視など、特定の波長帯の赤外線を検知することが望まれる任意の赤外線撮像装置に対して同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施例に係る赤外線誘導装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明の一実施例に係る赤外線誘導装置における検知部の構造を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施例に係る入射光学系のバリエーションを示す図である。
【図４】本発明の一実施例に係る入射光学系のバリエーション（ウェッジプリズムを複数枚組み合わせた構成）を示す図である。
【図５】本発明の一実施例に係る入射光学系のバリエーション（フィルタを複数枚組み合わせた構成）を示す図である。
【図６】本発明の一実施例に係る入射光学系のバリエーション（ウェッジプリズムに代えて偏心レンズを用いた構成）を示す図である。
【図７】本発明の一実施例に係る赤外線誘導装置における検知部の構造のバリエーションを示す断面図である。
【図８】本発明の一実施例に係るウェッジプリズムにより視野が拡大される様子を模式的に示す図である。
【図９】本発明の一実施例に係るウェッジプリズムの所定の回転位置における視野を示す図である。
【図１０】本発明の一実施例に係るウェッジプリズムによって拡大された視野を示す図である。
【図１１】本発明の一実施例に係る赤外線誘導装置を用いた目標物の追尾方法を示すフローチャート図である。
【図１２】従来の赤外線誘導装置の構成を模式的に示す図である。
【図１３】従来の赤外線誘導装置におけるジンバルの構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  赤外線誘導装置
２  検知部
２ａ  ドーム
２ｂ  入射光学系用外側筐体
２ｃ  入射光学系用内側筐体
２ｄ  集光光学系用筐体
２ｅ  外側ベアリング受け部
２ｆ  内側ベアリング受け部
２ｇ  ベアリング
３  入射光学系
３ａ  ウェッジプリズム
３ｂ  フィルタ
３ｃ  偏心レンズ
４  集光光学系
５  検知器
６  回転機構
６ａ  モータステータ
６ｂ  モータロータ
７  演算処理部
８  角度検出部
８ａ  角度検出部ステータ
８ｂ  角度検出部ロータ
９  レート検出部
１０  回転機構制御部
１１  フィルタ
１２  赤外線誘導装置
１３  ジンバル
１４ａ  第１駆動機構
１４ｂ  第２駆動機構
１５ａ  第１角度検出部
１５ｂ  第２角度検出部
１６  駆動機構制御部
１７  演算処理部
１８  オートパイロット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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