(57)【要約】【課題】小型、軽量であり、信頼性が高い赤外線誘導装置及び飛翔体の誘導方法の提供。【解決手段】一方の面が他方の面に対して所定の角度で傾斜するウェッジプリズム３と集光光学系４と赤外線を光電変換する検知器５とウェッジプリズム３を検知器５の光軸に略直交する面内で回転させる回転機構６とウェッジプリズム３の回転角度を検出する角度検出部８と検知器５からの信号に基づいて赤外線画像を生成し、該赤外線画像を解析して目標物を探索し、少なくとも赤外線画像における目標物の位置情報と角度検出部で検出した角度情報とに基づいて飛翔体を目標物に誘導するための制御信号を生成する演算処理部７と、回転機構６にウェッジプリズム３を回転させるための電力を供給する回転機構制御部１０とを少なくとも備え、ウェッジプリズム３を回転機構６で回転させることによって視野を拡大する。【選択図】図１
2006162206.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、前記１又は複数のウェッジプリズム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１又は複数のウェッジプリズムで屈折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】
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と、屈折された前記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１又は複数のウェッジプリズム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、前記回転機構に前記１又は複数のウェッジプリズムを回転させるための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３】
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１又は複数のウェッジプリズムが固定され、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又は２に記載の赤外線誘導装置。
【請求項４】
所定の回転機構を用いて、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た１又は複数のウェッジプリズムを回転させ、各々の回転角度において、目標物から放射される赤外線を屈折させて集光光学系に入射させ、該集光光学系で集光された赤外線を検知器で検出するステップと、
前記検知器からの電気信号に基づいて生成された画像を参照して飛翔体の進行方向を制御するステップと、を少なくとも備えることを特徴とする飛翔体の誘導方法。
【請求項５】
所定の回転機構を用いて、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た１又は複数のウェッジプリズムを回転させ、各々の回転角度において、目標物から放射される赤外線を屈折させて集光光学系に入射させ、該集光光学系で集光された赤外線を検知器で検出するステップと、
前記検知器からの電気信号に基づいて画像を生成するステップと、
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飛翔体の進行方向を制御するステップと、を少なくとも備えることを特徴とする飛翔体の誘導方法。
【請求項６】
前記１又は複数のウェッジプリズムを回転させることによって、前記目標物の探索範囲を拡大することを特徴とする請求項４又は５に記載の飛翔体の誘導方法。
【請求項７】
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１又は複数のウェッジプリズムが固定され、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４乃至６のいずれか一に記載の飛翔体の誘導方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光波誘導装置及び飛翔体の誘導方法に関し、特に、赤外線を用いて目標物を捕捉して追尾する赤外線誘導装置及び飛翔体の誘導方法に関する。
【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９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】
ここで、従来の赤外線誘導装置１２に用いられているジンバル１３は、図１０に示すように、検知器５や集光光学系４が固定される筐体を一方の軸（図ではインナジンバル軸）を中心に回転させる第１駆動機構１４ａ（インナートルクモータ）と、該筐体を他方の軸（図ではアウタジンバル軸）を中心に回転させる第２駆動機構１４ｂ（アウタトルクモータ）と、インナジンバル軸方向の角度を検出する第１角度検出部１５ａ（インナ角度検出器）と、アウタジンバル軸方向の角度を検出する第２角度検出部１５ｂ（アウタ角度検出器）とを備えており、第１駆動機構１４ａと第２駆動機構１４ｂとを独立して制御することにより検知器５の光軸を任意の方向に向けることができるが、ジンバル１３を用いる赤外線誘導装置１２には以下に示す問題がある。
【０００７】
まず、第１の問題は、赤外線誘導装置１２の小型化を図ることが難しいということである。すなわち、赤外線誘導装置１２の中で、演算処理部１７や駆動機構制御部１６などの回路要素は専用のチップや多層配線基板などを使用することによって集積度を高めることができ、これによってサイズを縮小することが可能であるが、ジンバル１３は検知器５と集光光学系４とを間隔をあけて固定するためのサイズの大きい筐体や該筐体を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する必要もあるためにサイズの縮小が困難である。
【０００８】
また、第２の問題は、赤外線誘導装置１２の軽量化を図ることが難しいということである。すなわち、ジンバル１３は検知器５と集光光学系４とを間隔をあけて固定するためのサイズの大きい筐体や該筐体を２軸方向に回転させるための２つの駆動手段が必要であるため軽量化が難しく、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必然的に各々の駆動手段も重くなってしまう。
【０００９】
また、第３の問題は、赤外線誘導装置１２の信頼性を向上させることが難しいということである。すなわち、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であり、また、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り、更には、２つの駆動手段と駆動機構制御部１６とを繋ぐ配線や２つの角度検出手段と演算処理部１７とを繋ぐ配線が必要であるために配線構造も複雑になってしまい、故障の要因が多くなってしまう。
【００１０】
このような問題は、大型の機器（例えば、船舶や飛行機、ヘリコプターなど）に固定して使用される赤外線誘導装置においても生じるが、特に、機器のサイズや重量の制限が厳しく、また、発射時などに大きな力が加わるなどの過酷な環境下でも確実に動作することが求められるミサイルなどの小型飛翔体に使用される赤外線誘導装置においては重大な問題となる。
【００１１】
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、小型、軽量であり、信頼性が高い赤外線誘導装置及び飛翔体の誘導方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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、前記１又は複数のウェッジプリズム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１又は複数のウェッジプリズムで屈折させて前記集光光学系に入射させるものである。
【００１３】
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と、屈折された前記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１又は複数のウェッジプリズム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、前記回転機構に前記１又は複数のウェッジプリズムを回転させるための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。
【００１４】
また、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１又は複数のウェッジプリズムが固定され、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。
【００１５】
また、本発明の飛翔体の誘導方法は、所定の回転機構を用いて、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た１又は複数のウェッジプリズムを回転させ、各々の回転角度において、目標物から放射される赤外線を屈折させて集光光学系に入射させ、該集光光学系で集光された赤外線を検知器で検出するステップと、前記検知器からの電気信号に基づいて生成された画像を参照して飛翔体の進行方向を制御するステップと、を少なくとも備えるものである。
【００１６】
また、本発明の飛翔体の誘導方法は、所定の回転機構を用いて、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た１又は複数のウェッジプリズムを回転させ、各々の回転角度において、目標物から放射される赤外線を屈折させて集光光学系に入射させ、該集光光学系で集光された赤外線を検知器で検出するステップと、前記検知器からの電気信号に基づいて画像を生成するステップと、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飛翔体の進行方向を制御するステップと、を少なくとも備えるものである。
【００１７】
本発明においては、前記１又は複数のウェッジプリズムを回転させることによって、前記目標物の探索範囲を拡大することが好ましい。
【００１８】
このように、本発明はウェッジプリズムのみを回転させるという簡単な構造を用いているため、駆動部分のサイズそのものを縮小することができると共に駆動のためのスペースを確保する必要もなくなり、これにより赤外線誘導装置の小型化を実現することができる。また、１軸を中心に回転させるだけでよいため駆動手段の構成を簡略化することができ、かつ、ウェッジプリズムのみを回転させるだけでよいためトルクの小さい駆動手段を用いることができ、これにより赤外線誘導装置の軽量化を実現することができる。更に、構成部品の点数の削減、回転機構制御部や演算処理部などの回路構成の簡略化、接続配線の削減が可能であるため、赤外線誘導装置の信頼性の向上も実現することもできる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の赤外線誘導装置及び飛翔体の誘導方法によれば、下記記載の効果を奏する。
【００２０】
本発明の第１の効果は、赤外線誘導装置の小型化を図ることが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を配置し、このウェッジプリズム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、かつ、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いからである。
【００２１】
また、本発明の第２の効果は、赤外線誘導装置の軽量化を図ることができるということである。その理由は、回転機構は、１軸を中心に回転させればよいため構造を簡略化することができ、かつ、回転機構はウェッジプリズムのみを回転させるため、検知器と集光光学系とが載置された筐体全体を駆動するジンバル方式に比べてトルクの小さい駆動手段を用いることができるからである。
【００２２】
また、本発明の第３の効果は、赤外線誘導装置の信頼性を向上させることができるということである。その理由は、ウェッジプリズムを回転させる構造を採用することによって駆動部分の構造自体を簡略化することができると共に、駆動部分を制御する回転機構制御部や演算処理部などの回路構成も簡略化することができ、更に、駆動手段や角度検出手段との接続配線数も削減することができるため、故障の発生を未然に防止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】
【００２３】
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に示すようなドーム内にジンバル機構を備えるものがある。しかしながら、赤外線誘導装置をマイクロミサイルなどの超小型の飛翔体の内部に設置する場合には、飛翔体自体のサイズや重量の制限から赤外線誘導装置の小型化及び軽量化が必要であり、２軸の各々の方向を独立して制御するための２つの駆動手段や２つの角度検出手段が必要なジンバル方式ではこの要求に応えることは難しい。また、ミサイルなどの小型の飛翔体では発射時などに大きな力が加わる過酷な環境下でも確実に動作することが求められることから装置の信頼性を高める工夫も必要であり、２軸の各々の方向を独立して制御するための複雑な機構が必要なジンバル方式ではこの要求に応えることも難しい。
【００２４】
ここで、赤外線誘導装置の小型化を図るためには駆動部分のサイズ自体を小さくすると共に駆動部分とその周りの構成部材との干渉を避けるためのスペースを小さくすることが重要であり、また、軽量化を図るためには駆動機構を簡略化すると共に駆動に必要なトルクを小さくして駆動手段自体の軽量化を図ることが重要であり、更に、信頼性を向上させるためには駆動機構や回路構成を簡略化して部品点数や接続配線を削減することが重要である。
【００２５】
そこで、本願発明者は、上記観点を総合的に勘案して、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ウェッジプリズムを配置し、このウェッジプリズム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。
【００２６】
なお、ウェッジプリズム自体は光学機器に用いられる部材であり、このウェッジプリズムを用いてレーザ光を所定の位置に集光させるレーザ加工機などは知られているが、ミサイルなどの特殊な用途に使用される赤外線誘導装置にウェッジプリズムを使用するものはなく、まして、このウェッジプリズムを回転させて視野を拡大させるものはなく、上記構造は本願発明者の知見によって得られた新規な構造である。
【実施例】
【００２７】
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及び飛翔体の誘導方法について、図１乃至図８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及び図４は、ウェッジプリズムのバリエーションを示す図であり、図５乃至図７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る。また、図８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。
【００２８】
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３と呼ぶ。）と、該ウェッジプリズム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３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３で屈折した赤外光を検知器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。
【００２９】
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３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。
【００３０】
また、ウェッジプリズム３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（ａ）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、図３（ｂ）に示すように、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、ウェッジプリズム３を正面から見た形状も特に限定されず、図３（ａ）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３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、目標物から放射される赤外線を検出する場合はＧｅやＺｎＳｅ、ＺｎＳなどを用いることができる。
【００３１】
また、ウェッジプリズム３は１枚のみとしてもよいが、視野を拡大するためにウェッジプリズム３を２枚対向して配置してもよいし、３枚以上のウェッジプリズム３を組み合わせて配置してもよい。その場合においても、各々のウェッジプリズム３は、図４（ａ）に示すように一方の面のみが傾斜した形状としてもよいし、図４（ｂ）に示すように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し、それらを組み合わせた構成としてもよい。また、複数枚のウェッジプリズム３を組み合わせる場合において、対向するウェッジプリズム３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。
【００３２】
また、集光光学系４はウェッジプリズム３を透過した光を検知器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。
【００３３】
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、ウェッジプリズム用外側筐体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にウェッジプリズム用内側筐体２ｃが固定され、このウェッジプリズム用内側筐体２ｃによってウェッジプリズム３が回転可能に保持されている。また、ウェッジプリズム用外側筐体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、ウェッジプリズム用内側筐体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とウェッジプリズム用内側筐体２ｃとウェッジプリズム３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３の回転角度を検出する。
【００３４】
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、ウェッジプリズム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３を回転させているが、例えば、ウェッジプリズム用内側筐体２ｃの外周面に凹凸を設け、一方、ウェッジプリズム用外側筐体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ウェッジプリズム用内側筐体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３を回転させてもよい。また、図２では、ウェッジプリズム３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ウェッジプリズム用内側筐体２ｃを浮遊させる構造としてもよい。
【００３５】
次に、ウェッジプリズム３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５に示すように、ウェッジプリズム３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３に到達する。ここで、ウェッジプリズム３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３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３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。
【００３６】
このようにしてウェッジプリズム３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（ａ）に示すようにウェッジプリズム３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３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３が図５の実線の配置であるため、検知器５から見た視野は図６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３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３の肉厚部分が図５の手前側になるため、検知器５から見た視野は図６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３が図５の破線の配置であるため、検知器５の視野は図６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３の肉厚部分が図５の奥側になるため、検知器５の視野は図６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。
【００３７】
従って、ウェッジプリズム３を連続的に回転させると、全視野は図７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。
【００３８】
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８のフローチャート図を参照して説明する。
【００３９】
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と共にウェッジプリズム用内側筐体２ｃに固定されたウェッジプリズム３が回転を始める。そして、ウェッジプリズム３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。
【００４０】
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３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３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。
【００４１】
次に、ステップＳ１０３で、入射した赤外線はウェッジプリズム３で屈折され、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３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。
【００４２】
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。
【００４３】
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３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。
【００４４】
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。
【００４５】
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の前段にウェッジプリズムを配置し、このウェッジプリズム３を検知器５の光学軸に略直交する面内で回転させるための回転機構６が設けることにより、ウェッジプリズム３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る。そして、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ため、本発明の赤外線誘導装置１をミサイル用途などに使用することができるようになる。
【００４６】
なお、上記実施例では、赤外の波長帯を用いて目標物を追尾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、可視光などの任意の波長帯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】
【００４７】
【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ウェッジプリズム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ウェッジプリズムを複数枚組み合わせた構成のバリエーションを示す図である。
【図５】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６】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７】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８】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９】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１０】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】
【００４８】
１  赤外線誘導装置
２  検知部
２ａ  ドーム
２ｂ  ウェッジプリズム用外側筐体
２ｃ  ウェッジプリズム用内側筐体
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  ウェッジプリズム
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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