(57)【要約】      （修正有）【課題】レーザー光の入射による撮像素子の破壊を防ぐことのできるカラーセンサー及びカラーセンサーを備えるレーザーシステムを提供する。【解決手段】カラーセンサー１０は、少なくとも１つの撮像素子１３ａ〜ｃと、少なくとも１つの撮像素子に入射する光の光路上に設けられた反射フィルター１１とを備え、反射フィルターは、９５０ｎｍ以上の波長の光を反射可能に構成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの撮像素子と、
前記少なくとも１つの撮像素子に入射する光の光路上に設けられた反射フィルターと
を備え、
前記反射フィルターは、９５０ｎｍ以上の波長の光を反射可能に構成されているカラーセンサー。
【請求項２】
前記反射フィルターは、４５０ｎｍ以下の波長の光をさらに反射可能に構成されている、請求項１に記載のカラーセンサー。
【請求項３】
前記少なくとも１つの撮像素子は、光の三原色のそれぞれに対応した３つの撮像素子を含み、
前記３つの撮像素子と前記反射フィルターとの間で前記光路上に、前記光を三原色に分光する分光部材が設けられている、請求項１または２に記載のカラーセンサー。
【請求項４】
前記反射フィルターは、４５０〜４８０ｎｍの波長を主波長とするレーザー光をさらに反射するように構成され、
前記撮像素子によって検出される４５０〜４８０ｎｍの波長を有する光の強度を増幅する増幅器をさらに備える、請求項３に記載のカラーセンサー。
【請求項５】
前記反射フィルターは前記分光部材に蒸着されている、請求項３または４に記載のカラーセンサー。
【請求項６】
前記反射フィルターは、９５０ｎｍ以上の少なくとも１つの波長で７０％以上の反射率を有する、請求項１に記載のカラーセンサー。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載のカラーセンサーを備え、脅威物体の位置を検知するための脅威物体位置検知装置と、
前記脅威物体にレーザー光を照射するためのレーザー照射装置と
を備えるレーザーシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、カラーセンサー及びカラーセンサーを備えるレーザーシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のミサイル防衛システムは、ミサイルを探知するためのレーダー装置を備えている。レーダー装置は、ミサイルを撮像するためのカラーセンサーを備えている。このようなミサイル防衛システムが、例えば特許文献１〜３等に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−８３３９２号公報
【特許文献２】米国特許第５１９８６０７号明細書
【特許文献３】米国特許第５９５５７２４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、カラーセンサーは紫外・可視領域に感度を有するため、赤外領域をカットする必要はなかった。しかし、ＣＯ２レーザーやＹＡＧレーザーのように長波長を有する高出力のレーザー光を照射する装置が実用化されており、このような長波長のレーザー光がカラーセンサーに入射すると、カラーセンサーの撮像素子が加熱されて破壊されてしまうおそれがある。
【０００５】
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも１つの実施形態は、レーザー光の入射による撮像素子の破壊を防ぐことのできるカラーセンサー及びカラーセンサーを備えるレーザーシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明の少なくとも１つの実施形態に係るカラーセンサーは、
少なくとも１つの撮像素子と、
前記少なくとも１つの撮像素子に入射する光の光路上に設けられた反射フィルターと
を備え、
前記反射フィルターは、９５０ｎｍ以上の波長の光を反射可能に構成されている。
【０００７】
上記（１）の構成によると、反射フィルターは、ＹＡＧレーザーの主波長１０６４ｎｍを鑑み、９５０ｎｍ以上の波長の光を反射可能に構成されていることにより、反射フィルターが長波長のレーザー光を反射して撮像素子への長波長のレーザー光の入射を低減するので、長波長のレーザー光の入射による撮像素子の破壊を防ぐことができる。
【０００８】
（２）いくつかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記反射フィルターは、４５０ｎｍ以下の波長の光をさらに反射可能に構成されている。
【０００９】
上記（２）の構成によると、反射フィルターが短波長のレーザー光を反射して撮像素子への短波長のレーザー光の入射も低減するので、短波長のレーザー光の入射による撮像素子の破壊も防ぐことができる。
【００１０】
（３）いくつかの実施形態では、上記（１）または（２）の構成において、
前記少なくとも１つの撮像素子は、光の三原色のそれぞれに対応した３つの撮像素子を含み、
前記３つの撮像素子と前記反射フィルターとの間で前記光路上に、前記光を三原色に分光する分光部材が設けられている。
【００１１】
上記（３）の構成によると、３板式撮像素子を有するカラーセンサーにおいて、長波長及び／又は短波長のレーザー光の入射による撮像素子の破壊を防ぐことができる。
【００１２】
（４）いくつかの実施形態では、上記（３）の構成において、
前記反射フィルターは、４５０〜４８０ｎｍの波長を主波長とするレーザー光をさらに反射するように構成され、
前記撮像素子によって検出される４５０〜４８０ｎｍの波長を有する光の強度を増幅する増幅器をさらに備える。
【００１３】
上記（４）の構成によると、カラーセンサーによる撮像性能の低下を抑制しながら、青色レーザー光の入射による撮像素子の破壊を防ぐことができる。
【００１４】
（５）いくつかの実施形態では、上記（３）または（４）の構成において、
前記反射フィルターは前記分光部材に蒸着されている。
【００１５】
分光部材とは別体の反射フィルターを設けた場合、反射フィルターの厚みの分だけ光路長が変化してしまい、３つの撮像素子の焦点調整及び倍率補正が必要となる。しかし、上記（５）の構成によると、反射フィルターを分光部材に蒸着した場合には光路長の変化がないので、３つの撮像素子の焦点調整及び倍率補正が不要となる。
【００１６】
（６）いくつかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記反射フィルターは、９５０ｎｍ以上の少なくとも１つの波長で７０％以上の反射率を有する。
【００１７】
９５０ｎｍ以上のすべての波長を１００％カットすることが望ましいが、たとえば、１０６４ｎｍ、９４００ｎｍ、１０６００ｎｍで反射率が７０％以上となるようにダイクロイック膜を重畳したものでも、反射膜を施した波長を持つレーザーには効果がある。
【００１８】
（７）本発明の少なくとも１つの実施形態に係るレーザーシステムは、
上記（１）〜（６）のいずれかのカラーセンサーを備え、脅威物体の位置を検知するための脅威物体位置検知装置と、
前記脅威物体にレーザー光を照射するためのレーザー照射装置と
を備える。
【００１９】
上記（７）の構成によると、レーザー照射装置から照射されたレーザー光が脅威物体に反射した場合に、その反射光によりカラーセンサーの撮像素子が破壊されるのを防ぐことができる。
【発明の効果】
【００２０】
この発明の少なくとも１つの実施形態によれば、反射フィルターが長波長のレーザー光を反射して撮像素子への長波長のレーザー光の入射を低減するので、長波長のレーザー光の入射による撮像素子の破壊を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態１に係るレーザーシステムの概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態１に係るレーザーシステムの脅威物体位置検知装置の概略構成図である。
【図３】本発明の実施形態１に係るレーザーシステムにおいて、反射フィルター及びダイクロイック膜それぞれの波長に対する分光反射率を示すグラフである。
【図４】本発明の実施形態２に係るレーザーシステムの脅威物体位置検知装置の概略構成図である。
【図５】本発明の実施形態３に係るレーザーシステムの脅威物体位置検知装置の概略構成図である。
【図６】本発明の実施形態３に係るレーザーシステムにおいて、反射フィルター及びダイクロイック膜それぞれの波長に対する分光反射率を示すグラフである。
【図７】本発明の実施形態３に係るレーザーシステムにおいて、各撮像素子の波長に対する量子効率の分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照して本発明のいくつかの実施形態について説明する。ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００２３】
（実施形態１）
図１に示されるように、レーザーシステム１は、ミサイルや飛行機等の飛翔体、戦車や装甲車等の車両、戦闘艦等の船舶等の脅威体に対してレーザー光を照射するためのものである。レーザーシステム１は、レーザー光４を照射するためのレーザー照射装置２と、脅威物体５の位置を検知するための脅威物体位置検知装置３とを備えている。
【００２４】
図２に示されるように、脅威物体位置検知装置３は、脅威物体５（図１参照）を撮影するためのカラーセンサー１０を備えている。カラーセンサー１０は、カラーセンサー１０に入射する入射光２１の光路上に、入射光２１のうち特定範囲の波長を有する光を反射する反射フィルター１１と、反射フィルター１１によって特定範囲の波長を有する光が反射された入射光２２を三原色に分光する分光部材１２と、分光部材１２によって分光された光がそれぞれ入射する３つの撮像素子１３ａ，１３ｂ，１３ｃと、撮像素子１３ａ，１３ｂ，１３ｃのそれぞれに電気的に接続された処理部１４とを備えている。撮像素子１３ａ，１３ｂ，１３ｃにはそれぞれ、分光部材１２によって分光された青色光２４、緑色光２６、赤色光２５が入射する。
【００２５】
反射フィルター１１は、公知のフィルターを使用することができ、例えば、ガラス板上にＴｉＯ２及びＳｉＯ２の干渉膜を交互に複数層形成して構成されたもの使用してもよい。反射フィルター１１は、４５０ｎｍ以下の波長の光及び９５０ｎｍ以上の波長の光を反射可能に構成されている。
【００２６】
分光部材１２は、３個の分光プリズム１２ａ，１２ｂ，１２ｃを含んでいる。分光プリズム１２ａの表面には、青色光を反射することができるダイクロイック膜１５ａが形成されている。分光プリズム１２ｂの表面には、赤色光を反射することができるダイクロイック膜１５ｂが形成されている。図３に、反射フィルター１１及びダイクロイック膜１５ａ，１５ｂそれぞれについての波長に対する分光反射率を示す。尚、分光反射率が０の場合に光は反射されずに透過し、分光反射率が１の場合に光は透過せずに反射されることを意味している。
【００２７】
次に、実施形態１に係るレーザーシステム１の動作について説明する。
図１に示されるように、後述する動作で脅威物体位置検知装置３が脅威物体５の位置を検知する。脅威物体位置検知装置３の検知結果に基づいて、レーザー照射装置２から脅威物体５に向かってレーザー光４が照射される。
【００２８】
図２に示されるように、脅威物体位置検知装置３は、入射光２１に基づいて脅威物体５（図１参照）の位置を検知する。入射光２１は、反射フィルター１１によって、４５０ｎｍ以下の波長の光及び９５０ｎｍ以上の波長の光が反射される。この結果、反射フィルター１１を透過した入射光２２の波長は主に、４５０ｎｍ〜９５０ｎｍの範囲となる。
【００２９】
入射光２２が分光プリズム１２ａに入射すると、ダイクロイック膜１５ａによって青色光が反射されて、入射光２２から青色光２４が分光される。分光された青色光２４は撮像素子１３ａに入射する。青色光２４が分光された入射光２３が分光プリズム１２ｂに入射すると、ダイクロイック膜１５ｂによって赤色光２５が反射されて、入射光２３から赤色光２５が分光される。分光された赤色光２５は撮像素子１３ｃに入射する。ダイクロイック膜１５ｂによって赤色光２５が反射されることによって形成された緑色光２６は、分光プリズム１２ｃを透過して撮像素子１３ｂに入射する。
【００３０】
撮像素子１３ａ，１３ｂ，１３ｃはそれぞれ、入射した青色光２４、緑色光２６、赤色光２５に応じた電気信号を撮像信号として処理部１４に出力する。処理部１４は、受信した撮像信号に基づいて、脅威物体５（図１参照）の位置を検知する。
【００３１】
高出力なものとして９４００ｎｍと１０６００ｎｍで発光するＣＯ２レーザーや１０６４ｎｍの主波長を有するレーザー光を照射可能なＹＡＧレーザーが既に実用化されている。ここではＹＡＧレーザーで説明する。レーザーから照射されたレーザー光は、脅威体の表面反射で運悪くカラーセンサー１０に入射する場合がある。入射光は、分光部材１２に入射してしまうとダイクロイック膜１５ａ及び１５ｂのいずれにも反射されないので、撮像素子１３ｂに到達する。撮像素子１３ｂは熱に弱いため、脅威体表面での反射光と言えども、レーザーが高出力のため、加熱されて撮像素子１３ｂが破壊してしまうおそれがある。しかしながら、反射フィルター１１は、９５０ｎｍ以上の波長の光を反射可能であることにより、ＹＡＧレーザーから照射されたレーザー光が反射フィルター１１によって反射されて撮像素子１３ｂへの入射を低減することができるので、撮像素子１３ｂが破壊リスクを低減することができる。
【００３２】
反射フィルター１１の代わりに、９５０ｎｍ以上の波長の光を吸収可能なフィルターを使用すると、このようなフィルターは、光の吸収による熱で焼失又は溶融する可能性がある。これに対し、反射フィルター１１は、９５０ｎｍ以上の波長の光を反射するため、反射フィルター１１に熱が蓄積することはなく、焼失又は溶融の可能性は考えにくい。
【００３３】
また、反射フィルター１１は４５０ｎｍ以下の波長の光も反射することができるので、撮像素子１３ａ，１３ｂ，１３ｃにとって特に有害な紫外光の入射を抑制することができる。
【００３４】
このように、反射フィルター１１が長波長及び短波長のレーザー光を反射して撮像素子へ１３ａ，１３ｂ，１３ｃの長波長及び短波長のレーザー光の入射を低減するので、長波長及び短波長のレーザー光の入射による撮像素子１３ａ，１３ｂ，１３ｃの破壊を防ぐことができる。
【００３５】
（実施形態２）
次に、実施形態２に係るレーザーシステムについて説明する。実施形態２に係るレーザーシステムは、実施形態１に対して、カラーセンサー１０の反射フィルター１１の構成を変更したものである。尚、実施形態２において、実施形態１の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００３６】
図４に示されるように、４５０ｎｍ以下の波長の光及び９５０ｎｍ以上の波長の光を反射可能に構成された反射フィルター３１が、分光部材１２の分光プリズム１２ａの表面に蒸着されている。入射光２１は、反射フィルター３１を透過して、分光プリズム１２ａに入射するようになっている。その他の構成は実施形態１と同じである。
【００３７】
実施形態１の反射フィルター１１と同様に、反射フィルター３１は、入射光２１のうち４５０ｎｍ以下の波長の光及び９５０ｎｍ以上の波長の光を反射するので、レーザー照射装置２（図１参照）から脅威物体５（図１参照）に向かってレーザー光４（図１参照）が照射される動作と、脅威物体位置検知装置３が入射光２１に基づいて脅威物体５の位置を検知する動作と、脅威物体５の位置を検知する際に長波長及び短波長のレーザー光の入射による撮像素子１３ａ，１３ｂ，１３ｃの破壊を防ぐ原理とのそれぞれは、実施形態１と同じである。
【００３８】
実施形態１では、分光部材１２とは別体の反射フィルター１１を設けているので、反射フィルター１１の厚み、主に干渉膜の複数の層が形成されるガラス板の厚みの分だけ光路長が変化してしまい、３つの撮像素子１３ａ，１３ｂ，１３ｃの焦点調整及び倍率補正が必要となる。しかし、実施形態２では、反射フィルター３１が分光部材１２に蒸着されていることから、反射フィルター１１のガラス板が存在しないので光路長の変化がない。これにより、３つの撮像素子１３ａ，１３ｂ，１３ｃの焦点調整及び倍率補正が不要であり、また、解像度の低下を防ぐことができる。
【００３９】
（実施形態３）
次に、実施形態３に係るレーザーシステムについて説明する。実施形態３に係るレーザーシステムは、実施形態１及び２のそれぞれに対して、青色レーザー光の入射による３つの撮像素子１３ａ，１３ｂ，１３ｃの破壊をさらに防止するようにしたものである。尚、以下では実施形態１のレーザーシステムを変更した形態で実施形態３を説明するが、実施形態２のレーザーシステムを実施形態３の形態に変更することも可能である。
【００４０】
図５に示されるように、撮像素子１３ａと処理部１４との間に、それらのそれぞれに電気的に接続された増幅器４０が設けられている。反射フィルター１１は、４５０ｎｍ以下の波長の光及び９５０ｎｍ以上の波長の光を反射可能であるとともに４５０ｎｍ〜４８０ｎｍの光も反射可能に構成されている。その他の構成は実施形態１と同じである。図６に、反射フィルター３１及びダイクロイック膜１５ａ，１５ｂそれぞれについての波長に対する分光反射率を示す。
【００４１】
レーザー照射装置２（図１参照）から脅威物体５（図１参照）に向かってレーザー光４（図１参照）が照射される動作と、脅威物体５の位置を検知する際に長波長及び短波長のレーザー光の入射による撮像素子１３ａ，１３ｂ，１３ｃの破壊を防ぐ原理とのそれぞれは、実施形態１と同じである。実施形態３ではさらに、４５０ｎｍ〜４８０ｎｍの波長を主波長に有する青色レーザー光が故意に入射した場合や、誤って入射した場合、例えば、他のレーザーシステムのレーザー照射装置から照射された青色レーザー光が入射した場合、又は、レーザー照射装置２から照射された青色レーザー光が脅威物体５で反射して、その反射した青色レーザー光６（図１参照）が脅威物体位置検知装置３（図１参照）に入射した場合に、撮像素子１３ａ，１３ｂ，１３ｃの破壊を防ぐことができる。その原理を以下に説明する。
【００４２】
高強度の青色レーザー光がカラーセンサー１０に入射すると、青色レーザー光は、反射フィルター１１では反射されない場合、分光プリズム１２ａに入射された後、ダイクロイック膜１５ａによって反射されて撮像素子１３ａに入射する。撮像素子１３ａの検知能力の限界を超える強度の青色レーザー光が撮像素子１３ａに入射すると、撮像素子１３ａが破壊するおそれがある。しかしながら、実施形態３では、反射フィルター１１は、４５０ｎｍ以下の波長の光とともに４５０ｎｍ〜４８０ｎｍの波長の光も反射可能に構成されているので、高強度の青色レーザー光がカラーセンサー１０に入射しても、大部分が反射フィルター１１によって反射されて、撮像素子１３ａに入射する青色レーザー光を低減できるので、撮像素子１３ａが破壊するおそれを低減することができる。
【００４３】
ただし、カラーセンサー１０に入射する青色レーザー光を単に反射フィルター１１で反射するだけでは、撮像素子１３ａによって出力される撮像信号のレベルが低下してしまうので、脅威物体５（図１参照）の位置の検知に支障が生じてしまう。しかしながら、実施形態３では、増幅器４０は、撮像素子１３ａによって検出される４５０〜４８０ｎｍの波長を有する光の強度をフィルターで減衰した分を増幅することによりフィルターの影響を軽減することができる。
【００４４】
図７には、撮像素子１３ａ，１３ｂ，１３ｃのそれぞれに光が入射したときの波長に対する量子効率の分布が示されている。撮像素子１３ａについては、反射フィルター１１によって４５０ｎｍ〜４８０ｎｍの波長の光を反射する場合（実線）と反射しない場合（破線）とのそれぞれについて、波長に対する量子効率の分布が示されている。反射フィルター１１によって４５０ｎｍ〜４８０ｎｍの波長の光を反射する場合、図７の斜線部分に相当する撮像信号が撮像素子１３ａによって出力されなくなってしまう。しかし、増幅器４０がこの部分をある程度増幅することにより、撮像素子１３ａによって出力される撮像信号が増幅されるので、脅威物体５の位置の検知精度の低下を抑制することができる。
【００４５】
このように、反射フィルター１１は、４５０ｎｍ以下の波長の光とともに４５０ｎｍ〜４８０ｎｍの波長の光も反射可能に構成されているので、高強度の青色レーザー光がカラーセンサー１０に入射しても、カラーセンサー１０による撮像性能の低下を抑制しながら、撮像素子１３ａが破壊するおそれを低減することができる。
【００４６】
実施形態１〜３では、反射フィルター１１及び３１は４５０ｎｍ以下の波長の光も反射することができるように構成されているが、この形態に限定するものではない。反射フィルター１１及び３１とは別に、４５０ｎｍ以下の波長の光も反射することができる部材を設けることにより、反射フィルター１１及び３１は、９５０ｎｍ以上の波長の光のみを反射可能に構成してもよい。
【００４７】
実施形態１〜３では、分光部材１２として、３つの分光プリズム１２ａ，１２ｂ，１２ｃから構成されたものを用いていたが、この形態に限定するものではない。入射光２２を三原色に分光するものであればどのようなものでもよく、例えば３色分解カラーフィルターを用いてもよい。
【００４８】
実施形態１〜３では、カラーセンサー１０は３つの撮像素子１３ａ，１３ｂ，１３ｃを備えていたが、この形態に限定するものではない。入射光２２を三原色に分解せずに入射光２２がそのまま入射する１つの撮像素子を備える形態であってもよい。この場合には、カラーセンサー１０は分光部材１２を備えていない。また、カラーセンサー１０が備える撮像素子も１つ又は３つに限定するものではなく、カラーセンサー１０は、用途に応じて２つの撮像素子又は４つ以上の撮像素子を備えてもよい。
【００４９】
実施形態１〜３では、カラーセンサー１０を、レーザーシステム１の脅威物体位置検知装置３に設けられるものとして説明したが、この形態に限定するものではない。本発明のカラーセンサー１０は、外部状況をモニターするためのセンサーやＴＶ中継用カメラ等任意の撮像装置で使用することができる。
【００５０】
また、実施形態1〜３では、９５０ｎｍ以上のすべての波長を１００％カットすることが望ましいが、たとえば、１０６４ｎｍ、９４００ｎｍ、１０６００ｎｍで反射率が７０％以上（望ましくは９０％以上）となるようにダイクロイック膜を重畳したものでも、反射膜を施した波長を持つレーザーには効果がある。ダイクロイック膜の１層の厚みはフィルターへの入射角θの時、λ/４sinθとすることでλの波長の光をうまく反射できる。
【符号の説明】
【００５１】
１  レーザーシステム
２  レーザー照射装置
３  脅威物体位置検知装置
４  レーザー光
５  脅威物体
６  青色レーザー光（位置検知装置に入射するレーザーの反射光）
１０  カラーセンサー
１１  反射フィルター
１２  分光部材
１２ａ  分光プリズム
１２ｂ  分光プリズム
１２ｃ  分光プリズム
１３ａ  撮像素子
１３ｂ  撮像素子
１３ｃ  撮像素子
１４  処理部
１５ａ  ダイクロイック膜
１５ｂ  ダイクロイック膜
２１  入射光
２２  入射光
２３  入射光
２４  青色光
２５  赤色光
２６  緑色光
３１  反射フィルター
４０  増幅器
【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】
2019070537.tif 000007
【図６】
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【図７】
2019070537.tif 000009