(57)【要約】【課題】  近年、目標の補足や追尾等を目的として、レーザ、赤外、可視の３種類センサを搭載した前方監視装置が航空機、船舶、陸上車両等に搭載されている。この前方監視装置においては、それぞれのセンサについて更なる高感度化と光軸の高精度の一致が求められている。【解決手段】  一体型前方監視装置の最も目標側に可視透過、レーザ/赤外反射の可視/レーザ・赤外分離板１を設け、可視/レーザ・赤外分離板１の後段に可視カメラ２を設置する。これにより可視の透過率が向上し、レーザ/赤外共用系においても可視を透過する必要がなくなるため材料の自由度が増して、レーザ光や赤外光の透過率向上や結像性能向上を図ることが可能となる。また、可視/レーザ・赤外分離板１と可視カメラ２を一体としたピッチ回転軸とすることで光軸を高精度かつ安定して一致させることが可能となる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標の可視画像を撮像する可視撮像機と、前記目標の赤外画像を撮像する赤外撮像機と、光学軸が前記可視撮像機の光学軸と略平行となるように設置され前記目標に向けてレーザ光を送信し前記目標での反射光を受信するレーザ送受信機と、を有する一体型レーザ/赤外/可視前方監視装置であって、
前記目標からの可視光を透過するとともに前記目標からの赤外光とレーザ光とを反射する光学面を有し前記光学面の法線が前記可視撮像機の光学軸を含む面と同一面内にあるように設置された可視/レーザ・赤外分離板と、前記可視/レーザ・赤外分離板を透過した前記可視光を入射する可視撮像機と、からなるピッチ回転部と、
前記可視/レーザ・赤外分離板で反射された赤外光とレーザ光とを入射して前記赤外光を透過するとともに前記レーザ光を反射し、前記反射されたレーザ光の光軸が前記レーザ送受信機の光学軸と一致するように設置される赤外/レーザ分離板と、
前記赤外/レーザ分離板を透過した前記赤外光を入射する赤外撮像機と、
前記前記赤外/レーザ分離板で反射した前記レーザ光を入射するレーザ送受信機と、を備え、
前記ピッチ回転部は、前記可視撮像機の光学軸と略垂直となる軸であって前記可視/レーザ・赤外分離板と略垂直な面内にある軸を中心軸として、回転可能に設置されていることを特徴とする一体型レーザ/赤外/可視前方監視装置。
【請求項２】
前記ピッチ回転部と前記赤外/レーザ分離板と前記赤外撮像機とからなるヨー回転部を備え、
前記ヨー回転部は、前記レーザ送受信機の光学軸を中心軸として回転可能に設置されていることを特徴とする請求項１記載の一体型レーザ/赤外/可視前方監視装置。
【請求項３】
前記可視撮像機と前記可視/レーザ・赤外分離板は各々回転軸を有して、前記可視撮像機の光学軸に垂直な方向であって前記可視/レーザ・赤外分離板の反射面とは平行な方向の軸を中心に回転可能に設置され、
前記可視撮像機と前記可視/レーザ・赤外分離板が各々回転する回転角が２対１の関係となるように前記可視撮像機と前記可視/レーザ・赤外分離板の回転角を制御する制御部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の一体型レーザ/赤外/可視前方監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーザ送受信機と赤外線撮像装置と可視撮像装置とを一体として航空機等に搭載してその前方を監視する一体型レーザ/赤外/可視前方監視装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、目標に対する警戒や、目標捜索、目標補足、目標追尾等を目的として、赤外線を用いた赤外前方監視装置が航空機、船舶、陸上車両に広く搭載されている。この赤外前方監視装置には、補足した目標までの距離を測定し、レーザ誘導型の飛しょう体などを誘導するため、レーザ光を送受するレーザ送受信機が併せて装備されていることが多い。また、赤外線は昼夜に関わらず目標と背景に温度がある場合は目標を観測することが可能であるが、昼間では可視撮像機の方がより目標信号が強いことが多いため、赤外撮像機のほかに可視撮像機も併せて装備されていることが多い。
このような、レーザ光を送受するレーザ送受信機と、赤外光撮像用の赤外撮像機と、可視光撮像用の可視撮像機とを有する前方監視装置においては、まず、レーザ光と赤外光と可視光の各光軸が高精度で安定して一致していることが要求される。また、広い範囲を捜索、追尾するため広範囲でこれらの光軸を走査できることが求められる。そして、高感度な画像を得るために、レーザ光と赤外光と可視光の光の透過率は各々高く維持されている必要がある。
【０００３】
上記の様な要求に対して、レーザ送受信機と赤外撮像機と可視撮像機とを一体化した一体型の前方監視装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４０７８３７８号公報（第１５図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
然るに、従来の一体型前方監視装置では、レーザ送受信機と赤外撮像機と可視撮像機の共用レンズを通過した後に、各波長毎に分離する構造となっているため、共用レンズは各々の波長帯専用レンズに比べ透過率が劣るため総合の透過率が低くなってしまうという課題があった。
【０００６】
この発明は係る課題を解決するために成されたものであり、レーザ光と赤外光と可視光の各光軸を高精度で安定して一致させ、広範囲に光軸を走査できることが可能な前方監視装置であって、レーザ光と赤外光と可視光の各々の光の透過率が高い高感度な一体型レーザ/赤外/可視前方監視装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る一体型レーザ/赤外/可視前方監視装置は、目標の可視画像を撮像する可視撮像機と、前記目標の赤外画像を撮像する赤外撮像機と、光学軸が前記可視撮像機の光学軸と略平行となるように設置され前記目標に向けてレーザ光を送信し前記目標での反射光を受信するレーザ送受信機と、を有する一体型レーザ/赤外/可視前方監視装置であって、前記目標からの可視光を透過するとともに前記目標からの赤外光とレーザ光とを反射する光学面を有し前記光学面の法線が前記可視撮像機の光学軸を含む面と同一面内にあるように設置された可視/レーザ・赤外分離板と、前記可視/レーザ・赤外分離板を透過した前記可視光を入射する可視撮像機と、からなるピッチ回転部と、前記可視/レーザ・赤外分離板で反射された赤外光とレーザ光とを入射して前記赤外光を透過するとともに前記レーザ光を反射し、前記反射されたレーザ光の光軸が前記レーザ送受信機の光学軸と一致するように設置される赤外/レーザ分離板と、前記赤外/レーザ分離板を透過した前記赤外光を入射する赤外撮像機と、前記前記赤外/レーザ分離板で反射した前記レーザ光を入射するレーザ送受信機とを備え、前記ピッチ回転部は、前記可視撮像機の光学軸と略垂直となる軸であって前記可視/レーザ・赤外分離板と略垂直な面内にある軸を中心軸として、回転可能に設置されるようにした。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、レーザ送受信機と赤外撮像機と可視撮像機の光軸を高精度かつ安定して一致させながら、レーザ光と赤外光と可視光の各々の透過率を高く維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１に係る一体型レーザ/赤外/可視前方監視装置の構成を説明する図である。
【図２】この発明の実施の形態２に係るピッチ回転部を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１
以下、この発明の実施の形態１について図面を用いて説明する。
図１は、実施の形態１に係る一体型レーザ/赤外/可視前方監視装置１００の構成を示す概略図である。
一体型レーザ/赤外/可視前方監視装置１００は、可視カメラ２と、赤外線撮像部７と、レーザ送受信部９を備え、可視光領域と赤外光領域とによる目標観測が可能となっている。また、捕捉した目標までの距離を測定すること等を目的として、レーザ送受信部９によるレーザの送受信が可能となっている。また、可視カメラ２が目標を撮像する際の光学軸とレーザ送受信部９がレーザを送受信する光学軸とは略平行な位置関係となるように、可視カメラ２とレーザ送受信部９は設置されている。
【００１１】
ピッチ回転部１１は、可視/レーザ・赤外分離板１と可視カメラ２とからなる。可視/レーザ・赤外分離板１はレーザ光および赤外光と、可視光とを分離する分離板であり、図１に示した例では可視光を透過しレーザ光および赤外光を反射する。ここで可視光とは波長０．４μｍの波長の光を、レーザ光とは１．０６μｍ付近及び１．５４μｍ付近の波長の光を、赤外光とは２．０μｍ以上の波長帯の光をいう。
可視カメラ２は可視光軸１８を有しており、目標に対して可視/レーザ・赤外分離板１の後方に位置する。可視カメラ２は、可視/レーザ・赤外分離板１を透過した目標方向からの可視光を入力し目標の可視画像を出力する。
【００１２】
可視/レーザ・赤外分離板１は可視光を透過しレーザ光および赤外光を反射する光学面を有する。
可視/レーザ・赤外分離板１は、可視/レーザ・赤外分離板１の光学面の法線ベクトルを含む面が可視カメラ２の可視光軸１８を含むように設置される。
図１の上方からの構成図において、可視/レーザ・赤外分離板１は可視光軸１８に対して例えば４５度の角度をなす方向に沿ってに設置される。このとき目標方向から到来した可視光軸１８上の赤外光は、可視/レーザ・赤外分離板１表面の光学面内の点（以下、反射点という）で反射され、可視光軸１８を含む可視/レーザ・赤外分離板１に垂直な面内にあって可視光軸１８に対して９０度をなす方向に進行する。
【００１３】
ピッチ回転部１１はピッチ回転装置１３を備える。ピッチ回転装置１３はピッチ回転部１１を、ピッチ回転軸１２を回転軸として回転可能である。
ここでピッチ回転軸１２とは、上記の反射点を含み、可視光軸１８を含む可視/レーザ・赤外分離板１に垂直な面内にあって、可視光軸１８に対して９０度をなす方向の軸をいう。
【００１４】
ピッチ回転部１１の外部には光学部品として、レーザ/赤外共用レンズ３と、折り曲げミラー４と、レーザ/赤外分離板５と、赤外レンズ６とを備える。レーザ/赤外共用レンズ３は、レーザ光と赤外光の波長範囲で高い透過率を有する共用レンズであり、折り曲げミラー４はレーザ光と赤外光とを反射する。レーザ/赤外分離板５は、赤外光を透過してレーザ光を反射する。赤外レンズ６は赤外光透過レンズである。
レーザ/赤外共用レンズ３と折り曲げミラー４とレーザ/赤外分離板５と赤外レンズ６は、可視/レーザ・赤外分離板１で反射された赤外光とレーザ光とが、可視光軸１８とピッチ回転軸１２とを含む面内を進むように配置される。また、レーザ/赤外分離板５で反射されたレーザ光の光軸が、レーザ送受信部９の光学軸と一致するように、レーザ/赤外共用レンズ３と折り曲げミラー４とレーザ/赤外分離板５の設計を行う。
【００１５】
赤外光レンズ６の後方には赤外線撮像部７を備える。赤外線撮像部７は赤外光レンズ６を透過した赤外光を受光して赤外画像を出力する。
【００１６】
ヨー回転部１４はピッチ回転部１１（可視/レーザ・赤外分離板１、可視カメラ２、ピッチ回転装置１３）と、赤外線撮像部７と、光学部品（レーザ/赤外共用レンズ３、折り曲げミラー４、レーザ/赤外分離板５、赤外レンズ６）からなる。
ヨー回転装置１６は、ヨー回転軸１５を回転軸として、ヨー回転部１４を回転させる。ここでヨー回転軸１５とは、可視/レーザ・赤外分離板１で反射された後にレーザ/赤外分離板５で反射されたレーザの光軸であり、先に説明したように、レーザ送受信部９の光学軸でもある。
このようにヨー回転装置１６は、可視カメラ２と赤外線撮像部７を含むヨー回転部１４の全体をヨー回転軸１５を回転軸として回転可能としている。
【００１７】
ヨー回転部１４の外部にはレーザ送受信機９が設けられる。ここでレーザ送受信機９は、ヨー回転軸１５と光学軸が一致するように設置される。また、レーザ送受信機９の光学軸は可視カメラ２の可視光軸１８と平行でもある。
すなわち、レーザ送受信機９から出射するレーザの光軸と、ヨー回転部１４が回転するヨー回転軸１５と、レーザ/赤外分離板５で反射されレーザ送受信機９に入射するレーザの光軸とは各々一致するように、レーザ送受信機９は設置される。また、レーザ送受信機９の光学軸は可視カメラ２の可視光軸１８と平行でもある。
なお、レーザ送受信機９とヨー回転部１４との間には、レーザを集光するレーザレンズ８が設けられる。
【００１８】
このように、実施の形態１の一体型レーザ/赤外/可視前方監視装置においては、可視/レーザ・赤外分離板１と可視カメラ２とからなるピッチ回転部１１を設け、可視/レーザ・赤外分離板１と可視カメラ２とを一体としてピッチ回転軸１２に対して回転可能とした。可視カメラ２は可視/レーザ・赤外分離板１の後方に設けて、可視光の画像が得られるようにした。
また、ピッチ回転軸１２とレーザ光の光軸と赤外光の光軸とを一致させたピッチ回転部１１とレーザ/赤外分離板５と赤外線撮像部７とからなるヨー回転部１４を設け、ピッチ回転部１１とレーザ/赤外分離板５と赤外線撮像部７とを一体としてヨー回転軸１５に対して回転可能とした。赤外線撮像部７はレーザ/赤外分離板５の後方に設けて、赤外光の画像が得られるようにした。
また、ヨー回転部１４の外側に、ヨー回転軸１５とレーザ光の光軸とが一致するようにレーザ送受信部９を設けた。
【００１９】
次に、この一体型レーザ/赤外/可視前方監視装置の動作について説明する。
目標から放射もしくは反射される可視光と赤外光は、可視/レーザ・赤外分離板１において、可視光は透過し、赤外光は反射される。
透過した可視光は可視カメラ２に入射し、目標の可視画像を得ることができる。
一方、反射したレーザと赤外光は、レーザ/赤外共用レンズ３及び折り曲げミラー４を通過して、レーザ/赤外分離板５に至る。ここで、赤外光は透過し、レーザは反射することで、レーザ/赤外を分離する。
透過した赤外光は赤外レンズ６を経由して赤外線撮像部７に入射し、赤外画像を得ることができる。
反射したレーザ光はレーザレンズ８を経由してレーザ送受信機９に入射し、レーザ受信信号を得る。またレーザ送受信機９から発射されるレーザ光はレーザ受信信号と逆の経路にて目標に照射される。
【００２０】
ここで、ピッチ回転装置１３は、可視/レーザ・赤外分離板１と可視カメラ２を一体としたピッチ回転部１１を、ピッチ回転軸１２を中心に回転させる。
また、ヨー回転装置１６は、可視/レーザ・赤外分離板１から赤外線撮像機７までを一体としたヨー回転部１４を、ヨー回転軸１５を中心に回転させる。
【００２１】
このように実施の形態１に係る一体型レーザ/赤外/可視前方監視装置では、ピッチ回転装置１３とヨー回転装置１６を駆動することによりピッチ回転部１１とヨー回転部１４を回転することで、レーザ/赤外光軸１７と可視光軸１８を半球もしくはそれ以上の範囲で走査することが可能となる。
また、初期の調整でレーザ/赤外光軸１７と可視光軸１８を一致させておくことで、全ての光軸が高精度でかつ安定して一致しながら、広範囲の観測領域を走査することが可能となる。
【００２２】
そして、従来ではレーザ光と赤外光と可視光が共用する光学部品が複数のレンズとミラーの構成となっているのに対して、実施の形態１に係る一体型レーザ/赤外/可視前方監視装置では、レーザ光と赤外光と可視光とが共用する光学部品は可視/レーザ・赤外分離板１だけであり、可視画像の感度向上が果たせられる。
また、可視/レーザ・赤外分離板１以降では、レーザ光と赤外光とが共用する共用部分で可視光を透過させる必要がないため、レンズ材料の選択の自由度が増し、レーザ及び赤外での性能向上が可能となる。
【００２３】
なお、実施の形態１においてレーザ送受信機９をヨー回転部１４の外側の固定部分に設けた理由は、１つには高出力のレーザが要求されると寸法が大きくなり、回転部分にこのような大型のレーザ送受信機を搭載することは不適当であること、また、レーザ送受信機は一般に発熱が大きく冷却が容易な固定部分のほうが搭載に適していることが一般的であることによる。しかしながらこのことは本発明の必須の要件ではなく、レーザをヨー回転部１４内に搭載するようにしてもよい。
また、従来例と同様に、レーザ送受信機９と同様赤外撮像機７も固定部分に搭載するようにしてもよい。
【００２４】
実施の形態２.
実施の形態１の構成ではピッチ回転部１２の回転とヨー回転部１４の回転により広範囲の観測領域走査を可能としているが、特にヨー回転部１４は内容搭載物が多く大型で質量が大きくなる傾向にある。このため、ヨー回転部１４の動作が鈍くなるとともに振動や動揺等の外乱に対しての追従性が十分ではないことが多い。
実施の形態２にかかる一体型レーザ/赤外/可視前方監視装置では、ピッチ回転部１２により高速で応答する走査機構を追加する。
【００２５】
以下、実施の形態２について図を用いて説明する。
図２は、実施の形態２による一体型レーザ/赤外/可視前方監視装置１００のピッチ回転部１２の構成を示している。なお、ピッチ回転部１２以外の構成については実施の形態１と同じであり、その説明を省略する。
【００２６】
図２において、ピッチ回転部１２の可視カメラ２は、可視光軸１８上の可視カメラ回転軸２０を有して、可視カメラ回転軸２０を中心に回転可能となっている。また、可視/レーザ・赤外分離板１はレーザ/赤外光軸１７上の分離板回転軸１９を有して、分離板回転軸１９を中心に回転可能となっている。
クロスピッチ回転装置２１は、可視カメラ２と可視/レーザ・赤外分離板１と接続されており、可視カメラ２を可視カメラ回転軸２０を中心に回転角の制御をすると同時に、可視/レーザ・赤外分離板１も分離板回転軸１９を中心に回転角の制御を行う。
ここで、クロスピッチ回転装置２１は、可視/レーザ・赤外分離板１を回転させる回転量の２倍の回転量で可視カメラ１２を回転させるように設定されている。すなわち、可視/レーザ・赤外分離板１をΔθの角度で回転したときに可視カメラ１２を２×Δθの角度で回転させる設定となっている。
【００２７】
このようなクロスピッチ回転装置２１を有することにより、実施の形態２では、振動や動揺等の外乱があった場合においても、ピッチ回転装置１３とクロスピッチ回転装置２１とを動作させることにより、振動や動揺について追従して安定化し、常に、可視カメラ２と赤外線撮像部７とレーザ送受信部９の観測方向を一致させながら、広範囲を走査することが可能となる。
【符号の説明】
【００２８】
１  可視光は可視/レーザ・赤外分離板、２  可視カメラ、３  レーザ/赤外共用レンズ、４  折り曲げミラー、５  レーザ/赤外分離板、６  赤外レンズ、７  赤外線撮像部、８  レーザレンズ、９  レーザ送受信機、１１  ピッチ回転部、１２  ピッチ回転軸、１３  ピッチ回転装置、を設ける。ま１４  ヨー回転部、１５  ヨー回転軸、１６  ヨー回転装置、を設ける。このピッチ回転装置１３とヨー回転装置１６、１７  レーザ/赤外光軸、１８  可視光軸、分離板回転軸１９、２０  可視カメラ回転軸、２１  クロスピッチ回転装置、１００  一体型レーザ/赤外/可視前方監視装置。
【図１】
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【図２】
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