(57)【要約】  ＤＩＲＣＭシステムのための軸外れの反射送信望遠鏡は受信望遠鏡の光軸から側方にオフセットされた送信軸に沿ってジンバル上に取付けられ、通常はレーザビームを送信するために受信望遠鏡の視線と整列されている。望遠鏡はレーザビームをドームから受信及び誘導するため光学的にレーザに結合された光ポートと、レーザビームをドームを通して反射する反射光アセンブリを有する。反射光アセンブリは光軸からの送信望遠鏡の送信軸のオフセットにより誘起されるドーム収差についてレーザビームを共に予め補償する軸外れのミラーセグメントと第２の光素子を有する。軸外れのミラーセグメントは対称軸を中心に非球面のベース曲率（例えば放物状、楕円形または高次の非球面）を有するペアラントミラーのセグメントを有している。セグメントはこれがペアラントミラーの対称軸からオフセットされている。軸外れのミラーセグメントの使用により光ポート及び任意の折畳みミラーが位置されることが可能であり、それによってこれらは反射されたレーザビームを妨害しない。第２の光素子はドームコレクタペアラントレンズのセグメント、プリズム、または軸外れのミラーセグメントの前表面上に形成された屈折レンズであることができる。【選択図】図１１ｂ
2013508655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シーカーを有するミサイルを追跡し妨害するために航空機上で使用する指向された赤外線対抗策（ＤＩＲＣＭ）システムにおいて、
ドームと、
光軸を回動および指向するように構成された２軸ジンバルと、
入射放射を受信するために前記光軸に沿った視線を有する前記ジンバル上の受信望遠鏡と、
前記受信望遠鏡に光学的に結合された検出器と、
送信帯域で変調されたレーザビームを放射するように構成されたレーザと、
前記光軸から側方にオフセットされた送信軸に沿って、しかし通常は前記受信望遠鏡の前記視線と整列されて前記ジンバル上に配置され、前記レーザビームを受信及び放射するために前記送信軸からオフセットされ光学的に前記レーザに結合された光ポートと、反射光アセンブリとを具備し、前記反射光アセンブリは非球面の曲率を有する軸外れのミラーセグメントと、コリメートされたレーザビームを送信するために前記レーザビームを予め補償し、前記ドームを通して前記送信軸に沿って反射する第２の光素子とを具備している送信望遠鏡と、
ミサイルを追跡するように前記ジンバルを回動するために検出器からの前記入射放射を処理し、前記ミサイルのシーカーを妨害するために前記送信望遠鏡を通して前記変調されたレーザビームを放射するように前記レーザと交戦するプロセッサを具備しているＤＩＲＣＭシステム。
【請求項２】
前記軸外れのミラーは対称軸を中心とする非球面曲率を有するペアラントミラーのセグメントを具備し、前記セグメントは前記送信軸上に位置する前記対称軸からのオフセットに対応し、それによって前記光ポートは前記反射されたレーザビームを妨害しないように構成されている請求項１記載のＤＩＲＣＭシステム。
【請求項３】
前記アセンブリはさらに、前記放射されたレーザビームを前記軸外れのミラーセグメントへ再誘導し、前記反射されたレーザビームを妨害することを避けるために前記送信軸からオフセットしている請求項２記載のＤＩＲＣＭシステム。
【請求項４】
前記反射光アセンブリは前記折畳みミラー、前記軸外れのミラーセグメント、前記第２の光素子を具備している請求項３記載のＤＩＲＣＭシステム。
【請求項５】
前記ドームは前記レーザビームがそこを通過するときに色収差および標準収差を誘起し、前記軸外れのミラーセグメントは前記コリメートされたビームとして前記放射されたレーザビームを反射する放物形のベース曲率を有し、前記第２の光素子は前記色及び標準収差についてコリメートされたビームを予め補償する軸外れのドームコレクタレンズセグメントを具備し、それによって前記ドームを通って送信される前記レーザビームはコリメートされた状態にされている請求項１記載のＤＩＲＣＭシステム。
【請求項６】
前記軸外れのドームコレクタレンズセグメントは前記ドームにわたる色および標準収差を補正するペアラントメニスカスレンズのセグメントを具備し、前記レンズセグメントは前記光軸から前記送信軸への前記送信望遠鏡の側方オフセットに対応し、前記軸外れのミラーは対称軸を中心に放物形状のベース曲率を有するペアラントミラーのセグメントを具備し、前記ミラーセグメントは前記送信軸に位置する前記対称軸からのオフセットに対応し、それによって前記光ポートは反射されたレーザビームを妨害しないように構成されている請求項５記載のＤＩＲＣＭシステム。
【請求項７】
前記アセンブリはさらに、放射されたレーザビームを前記軸外れのミラーセグメントへ再誘導する折畳みミラーを具備し、前記折畳みミラーは前記反射されたレーザビームを妨害することを避けるために前記送信からオフセットされている請求項６記載のＤＩＲＣＭシステム。
【請求項８】
前記反射光アセンブリは前記折畳みミラー、前記軸外れのミラーセグメントおよび前記軸外れのドームコレクタレンズセグメントのみを具備している請求項７記載のＤＩＲＣＭシステム。
【請求項９】
前記ドームはレーザビームがそこを通過するとき色及び標準収差を誘起し、
前記第２の光素子は前記色収差に対して前記レーザビームを予め補償し別の標準収差を誘起するプリズムを具備し、
前記軸外れのミラーセグメントは前記レーザビームを反射し、前記プリズムにより誘起された標準収差を除去し、前記ドーム標準収差に対して前記ビームを予め補償する楕円形ベースを有する請求項１記載のＤＩＲＣＭシステム。
【請求項１０】
前記軸外れのミラーセグメントは対称軸上の第１及び第２の焦点を有する楕円形のベース曲率を有するペアラントミラーのセグメントを具備しており、前記ミラーセグメントは前記送信軸上に位置する対称軸からのオフセットに対応し、それによって前記光ポートは前記第１及び第２の焦点から外れて位置し、前記プリズムは前記反射されたレーザビームを妨害しない請求項９記載のＤＩＲＣＭシステム。
【請求項１１】
前記アセンブリはさらに、前記放射されたレーザビームを前記軸外れのミラーセグメントへ再誘導する折畳みミラーを具備し、前記折畳みミラーは前記反射されたレーザビームを妨害することを避けるために前記送信からオフセットしている請求項９記載のＤＩＲＣＭシステム。
【請求項１２】
前記反射光アセンブリは前記折畳みミラー、前記軸外れのミラーセグメント、前記プリズムのみを具備している請求項１１記載のＤＩＲＣＭシステム。
【請求項１３】
前記第２の光素子は前記軸外れのミラーセグメントからなる屈折前表面およびの反射後表面を有し、前記屈折前表面および前記軸外れのミラーセグメントは、相互に関しておよび送信軸に関して傾斜され中心を外されている異なる非球面曲率を有し、前記放射されたレーザビームは前記屈折前表面を通過し前記軸外れのミラーセグメントから反射し、前記屈折前表面を経て再度ドームへ通過する請求項１記載のＤＩＲＣＭシステム。
【請求項１４】
前記軸外れの屈折前表面と前記軸外れのミラーセグメントはそれぞれ非球面ペアラントレンズと非球面ペアラントミラーの異なるセグメントを構成し、それらは前記ペアラントレンズと前記ペアラントミラーの前記軸からの異なるオフセットに対応し、それによって前記屈折表面とミラーセグメントは相互に関して中心を外され、前記光ポートは前記反射されたレーザビームを妨害しないように構成されている請求項１３記載のＤＩＲＣＭシステム。
【請求項１５】
前記アセンブリはさらに、前記放射されたレーザビームを前記軸外れのミラーセグメントへ再誘導する折畳みミラーを具備し、前記折畳みミラーは前記反射されたレーザビームを妨害することを避けるため前記送信からオフセットされている請求項１３記載のＤＩＲＣＭシステム。
【請求項１６】
前記反射光アセンブリは、前記折畳みミラーと、前記軸外れのミラーセグメントを有する前記第２の光素子のみを具備している請求項１５記載のＤＩＲＣＭシステム。
【請求項１７】
さらに、前記レーザからの前記レーザビームを前記光ポートへ結合する光ファイバアセンブリを具備している請求項１記載のＤＩＲＣＭシステム。
【請求項１８】
前記光ファイバアセンブリは連続的な光ファイバを具備する請求項１記載のＤＩＲＣＭシステム。
【請求項１９】
１以上のレーザはＩＲ、ＵＶ、または可視光送信帯域における多数の波長でレーザビームを放射する請求項１記載のＤＩＲＣＭシステム。
【請求項２０】
前記軸外れのミラーセグメントと第２の光素子は前記ジンバル上に固定されている請求項１記載のＤＩＲＣＭシステム。
【請求項２１】
シーカーを有するミサイルを追跡し妨害するために航空機上で使用する指向された赤外線対抗（ＤＩＲＣＭ）システムにおいて、
ドームと、
光軸を回動および指向するように構成された２軸ジンバルと、
入射放射を受信するために前記光軸に沿った視線を有する前記ジンバル上の受信望遠鏡と、
前記光受信機に光学的に結合された検出器と、
送信帯域で変調されたレーザビームを放射するように構成されたレーザと、
前記レーザビームを受信し誘導するように前記レーザに結合された第１の端部と第２の端部とを有する光ファイバアセンブリと、
前記光軸から側方にオフセットされた送信軸に沿って、しかし通常は前記受信望遠鏡の前記視線と整列されて前記ジンバル上に配置され、前記レーザビームを放射するために前記送信軸からオフセットされ光学的に前記光ファイバアセンブリの前記第２の端部に結合された光ポートと、コリメートされたレーザビームとして前記レーザビームを前記ドームの方向へ反射する固定された軸外れのミラーセグメントと、コリメートされたレーザビームを送信するため前記光軸からの前記送信望遠鏡の側方へオフセットすることによって前記ビームで誘起されたドーム収差を予め補償する固定された軸外れのドームコレクタとを有する送信望遠鏡と、
ミサイルを追跡するように前記ジンバルを回動するために前記検出器からの前記入射放射を処理し、前記ミサイルのシーカーを妨害するため前記送信望遠鏡を通して前記変調されたレーザビームを放射するように前記レーザで交戦するプロセッサを具備するＤＩＲＣＭシステム。
【請求項２２】
前記軸外れのドームコレクタレンズセグメントは前記ドームにわたる収差を補正するペアラントメニスカスレンズのセグメントを具備し、前記レンズセグメントは前記光軸からの前記送信望遠鏡の側方へのオフセットに対応し、前記軸外れのミラーは対称軸を中心に放物状のベース曲率を有するペアラントミラーのセグメントを有し、前記ミラーセグメントは前記送信軸上に位置する前記対称軸からのオフセットに対応し、それによって前記光ポートは前記反射されたレーザビームを妨害しないように構成されている請求項２１記載のＤＩＲＣＭシステム。
【請求項２３】
シーカーを有するミサイルを追跡し妨害するために航空機上で使用する指向された赤外線対抗策（ＤＩＲＣＭ）システムにおいて、
ドームと、
光軸を回動および指向するように構成された２軸ジンバルと、
入射放射を受信するために前記光軸に沿った視線を有する前記ジンバル上の受信望遠鏡と、
前記受信望遠鏡に光学的に結合された検出器と、
送信帯域で変調されたレーザビームを放射するように構成されたレーザと、
前記レーザビームを受信し誘導するように前記レーザに結合された第１の端部と第２の端部とを有する光ファイバアセンブリと、
前記光軸から側方にオフセットされた送信軸に沿って、しかし通常は前記受信望遠鏡の前記視線と整列されて前記ジンバル上に取付けられ、前記レーザビームを放射するため前記送信軸からオフセットされ光学的に前記光ファイバアセンブリの前記第２の端部に結合された光ポートと、ドームの色収差を予め補償し標準収差を誘起するプリズムと、レーザビームを反射し標準収差を除去してコリメートされたレーザビームを送信するためにドーム標準収差について前記ビームを予め補償する楕円形のベース曲率を有する軸外れのミラーセグメントとを具備している送信望遠鏡と、
ミサイルを追跡するように前記ジンバルを回動するため前記検出器からの前記入射放射を処理し、前記ミサイルのシーカーを妨害するために前記送信望遠鏡を通して前記変調されたレーザビームを放射するように前記レーザで交戦するプロセッサを具備するＤＩＲＣＭシステム。
【請求項２４】
シーカーを有するミサイルを追跡し妨害するため航空機上で使用する指向された赤外線対抗策（ＤＩＲＣＭ）システムにおいて、
ドームと、
光軸を回転および指向するように構成された２軸ジンバルと、
入射放射を受信するために前記光軸に沿った視線を有する前記ジンバル上の受信望遠鏡と、
前記光受信機に光学的に結合された検出器と、
送信帯域で変調されたレーザビームを放射するように構成されたレーザと、
前記レーザを受信し誘導するように結合された第１の端部と第２の端部とを有する光ファイバアセンブリと、
前記光軸から側方にオフセットされた送信軸に沿って、しかし通常は前記受信望遠鏡の前記視線と整列されて前記ジンバル上に取付けられ、前記レーザビームを放射するため前記送信軸からオフセットされ光学的に前記光ファイバアセンブリの前記第２の端部に結合された光ポートと、相互に関して及び前記送信軸に関して傾斜され中心を外されている異なる非球面曲率を有する軸外れの屈折前表面と軸外れの反射後表面を具備する光素子とを具備し、前記レーザビームは前記屈折前表面を通過し前記反射後表面から反射し、コリメートされたレーザビームを送信するように前記光軸からの前記送信望遠鏡の横方向のオフセットによって前記レーザビームで誘起されたドーム収差について前記反射されたレーザビームを予め補償するために前記屈折前表面を再度通過し、前記光ポートはそれが前記反射されたレーザビームを妨害しないように位置される送信望遠鏡と、
ミサイルを追跡するように前記ジンバルを回動するために前記検出器からの前記入射放射を処理し、前記ミサイルのシーカーを妨害するため前記送信望遠鏡を通して前記変調されたレーザビームを放射するように前記レーザで交戦するプロセッサを具備するＤＩＲＣＭシステム。
【請求項２５】
前記軸外れの屈折前表面と前記軸外れの屈折後表面は、前記ペアラントレンズと前記ペアラントミラーの前記軸からの異なるオフセットに対応する非球面ペアラントレンズと非球面ペアラントミラーの異なるセグメントをそれぞれ具備し、それによって前記屈折及び反射表面は相互に関して中心を外され、前記光ポートは前記反射されたレーザビームを妨害しないように構成されている請求項２４記載のＤＩＲＣＭシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＭＡＮＰＡＤＳおよびそれより進歩した脅威物に対して効率的に反撃するための民間航空機で使用する指向された赤外線対抗策（ＤＩＲＣＭ）システムに関し、特にターゲットにレーザを導く送信望遠鏡に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＡＮＰＡＤＳ“Man-Portable Air-Defense System”として知られている肩打ち式ミサイルの拡散およびそれらのテロリストにおける利用可能性は、軍用航空機および特に民間航空機に対して現実の脅威物を与える。民間航空機に対する攻撃数の評価は変化しており、民間航空機では１９７０年以降、４３発の命中があり、これらのうち３０発は航空機の破壊と約１０００人の人命の損失を生じた。５０万を超えるＭＡＮＰＡＤＳは世界中に与えられており、これらの多くは依然として使用可能である。これらのミサイルは現在、航空機の追跡とロックオンのための赤外線（ＩＲ）シーカーを使用している。このミサイルは典型的に５乃至８ｋｍの射程距離を有し、約１２，０００フィート（３６５７．６ｍ）の高度に到達できる。歴史的に、対抗策はアクチブなＩＦ妨害からフレアおよびチャフの範囲にわたる。
【０００３】
図１及び２に示されているように、テロリスト10は自身の肩にＭＡＮＰＡＤ12を保持して、これを航空機14に向け、ミサイル16を発射する。典型的なミサイル16は典型的に航空機に衝突する前に、発射、ブースト、維持、及び恐らくは燃焼後の段階を通して進行する。ミサイルのＩＲシーカー18は航空機14により放射されるＩＲエネルギを追跡する。シーカーはターゲットを含む赤外線の情景を処理し、ターゲット追跡情報22を発生し、これはミサイル16を誘導し、シーカーが航空機14のような熱いターゲットを追跡することを可能にする。適切に航空機後部近くの「ブリスター・パック」に取付けられた航空機のＤＩＲＣＭシステム24は追跡を検出し、確認し、その後変調されたレーザビーム26を放射し、またはミサイルのＩＲシーカーを妨害するために偽シグナチャ28を発生するフレアを放射する。いずれの方法の目的も航空機から「ミス距離」を有する誤ったターゲットを発生することである。ＤＩＲＣＭシステムは典型的に放射モーターのインパルスシグナチャに基づいて放射においてミサイルを検出し、脅威物を確認し、熱いプルーム30を追跡しようとする。発進または着陸の場合のような近距離から射撃が行われるときまたは多数の同時的な射撃が航空機に行われるとき、ＤＩＲＣＭシステムは特にストレスを受ける。この後者の場合は正規の訓練を受けたテロリストに教えられている。
【０００４】
米国特許第7,378,626号明細書は精巧なＵＶまたはＵＶ可視の有能なマルチバンド脅威物を解決するように容易に拡張可能である機動的で高パワーの確実なＤＩＲＣＭシステムを開示している。そのＤＩＲＣＭシステムは中間ＩＲ距離に適切な単色または２色のミサイル警報受信機（ＭＷＲ）を有するミサイル警報装置を含んでおり、これは可能性のあるミサイル発射を検出し、脅威物の座標をＩＲレーザ送信機が取付けられているロール／ノッドジンバルを有するポインタ−追跡装置へ通報する。ポインタ−追跡装置は脅威物の座標に基づいて追跡を開始するようにジンバルを回転し、その後その検出器を使用して脅威物の追跡と確認を継続する。脅威物が確認されたならば、ポインタ−追跡装置はミサイルのＩＲシーカーに発砲し妨害するためにレーザで交戦する。追跡を開始するために確認されていない脅威物の座標に基づいてジンバルを回動させることによって、システムは非常に機動的になり、短くほぼ同時のＭＡＮＰＡＤＳの射撃に応答できる。レーザ送信望遠鏡はレーザからポインタ−追跡装置への後方散乱を避けるためにロール／ノッドジンバル軸から軸外れに取付けられている（即ち受信望遠鏡の光学軸から側方へのオフセットされている）。コンフォーマル光学（多エレメントの軸上の屈折光学）が軸外れの取付けにより生じる球形のドームを通過して生じる歪みを最小にするために使用される。米国特許第7,304,296号明細書はオフジンバルレーザをオンジンバル送信望遠鏡へ結合するための連続的な光ファイバ組立て体を開示している。
【発明の概要】
【０００５】
以下は本発明の幾つかの特徴について基本的な理解を与えるための本発明の概要である。この概要は本発明の重要または臨界的なエレメントを識別することまたは本発明の技術的範囲を限定することを意図していない。その唯一の目的はより詳細な説明および限定された請求項に対する序章として、本発明の幾つかの概念を簡潔化された形態で提示することである。
【０００６】
本発明はＤＩＲＣＭシステムのための軸外れの反射送信望遠鏡を提供する。送信望遠鏡は受信望遠鏡の光軸から側方にオフセットされた送信軸に沿って取付けられているが、通常はレーザビームを送信するために受信望遠鏡の視線と整列されている。望遠鏡はレーザビームを受信及び放射するため送信軸からオフセットされて光学的にレーザに結合された光ポートと、レーザビームをドームを通して反射する反射光アセンブリとを具備している。反射光アセンブリは送信軸上の軸外れのミラーセグメントと、光軸から送信望遠鏡の送信軸の側方とオフセットすることにより誘起されるドーム収差に対してレーザビームを共に予め補償する第２の光素子とを具備している。軸外れのミラーセグメントは対称軸を中心に非球面のベース曲率を有するペアラントミラーのセグメントを具備している。そのセグメントはこれがペアラントミラーの対称軸を中心としないようにオフセットされている。軸外れのミラーセグメントの使用によって光ポート及び任意の折畳みミラーが位置付けられることが可能であり、それによってこれらは反射されたレーザビームを曖昧にしない。
【０００７】
第１の実施形態では、反射光アセンブリはレーザビームを反射およびコリメートする放物状のベース曲率を有する軸外れのミラーセグメントと、ドーム収差に対してコリメートされたビームを予め補償する軸外れのドームコレクタレンズとを具備している。軸外れのミラーセグメントはセグメントが対称軸からのオフセットに対応している対称軸を中心に放物状のベース曲率を有するペアラントミラーのセグメントを具備し、それによって光ポートは反射されコリメートされたレーザビームを曖昧にしない。光ポート（またはその画像）は放物状の曲率半径の半分の距離で対称軸上の１点に位置され、それによって反射レーザビームがコリメートされる。軸外れのドームコレクタレンズセグメントはドームにわたる収差を補正するためペアラントメニスカスレンズのセグメントを具備している。セグメントは光軸からの送信望遠鏡の側方へのオフセットに対応する。ペアラントミラー、したがってミラーセグメントは付加的な収差補正を行うために放物状のベース曲率上にさらに高次の非球面項を含むように設計されることができる。
【０００８】
第２の実施形態では、反射光アセンブリは色収差のためレーザビームを予め補償して別の標準収差を誘起するプリズムと、レーザビームを反射しプリズムにより誘起された標準収差を除去しドーム標準収差についてビームを予め補償する楕円形ベースを有する軸外れのミラーセグメントを具備している。この軸外れのミラーセグメントは対称軸上の第１及び第２の焦点を有する楕円形のベース曲率を有するペアラントミラーのセグメントを具備している。ミラーセグメントは対称軸からのオフセットに対応し、それによって前記第１及び第２の焦点から外れて位置する光ポート（またはその画像）とプリズムは反射されたレーザビームを曖昧にしない。ペアラントミラー、したがってミラーセグメントは付加的な収差補正を行うために楕円形ベース曲率にさらに高次の非球面項を含むように設計されることができる。
【０００９】
第３の実施形態では、反射光アセンブリは相互に関しておよび送信軸に関して傾斜され中心を外されている異なる高次の非球面曲率を有する軸外れの屈折前表面および軸外れの反射後表面を有する光素子を具備している。レーザビームは屈折前表面を通過し反射後表面から反射され、屈折前表面を再度通過し、ドーム収差のために反射されたレーザビームを予め補償する。軸外れの屈折前表面と軸外れの屈折後表面ミラーは、ペアラントレンズとペアラントミラーの軸からの異なるオフセットに対応して、非球面のペアラントレンズおよび非球面のペアラントミラーの異なるセグメントをそれぞれ具備し、それによって屈折及び反射表面は相互に関して中心を外され、光ポート（またはその画像）は送信軸に沿った反射されたレーザビームを曖昧にしない。
【００１０】
本発明のこれら及び他の特徴と利点は図面を伴った以下の好ましい実施形態の詳細な説明から当業者に明白になるであろう。  
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ＭＡＮＰＡＤＳミサイル発射および航空機上のＤＩＲＣＭによる効率的な妨害の図である。
【図２】妨害の原理を示す図である。
【図３】航空機の尾部近くに設置される本発明によるＤＩＲＣＭシステムのためのブリスタパックの概略図である。
【図４】ミサイルの検出、追跡、妨害のためのＤＩＲＣＭシステムにより実行される概略図である。
【図５】本発明による１対の軸外れの反射送信望遠鏡を含むジンバルを有するポインタ−追跡装置の図である。
【図６】変更されたＡＩＭ−９Ｘポインタ−追跡装置の概略図である。
【図７】ＡＩＭ−９Ｘ対抗プロセッサの動作のブロック図である。
【図８】受信望遠鏡に対して側方にオフセットして設けられている軸外れの反射送信望遠鏡を示すジンバルされたポインタ−追跡装置の図である。
【図９】送信望遠鏡の第１の実施形態のペアラントレンズおよびペアラントミラーの設計構造の平面図である。
【図１０ａ】それぞれペアラントレンズおよび軸外れのドームコレクタセグメントとペアラントミラーおよび軸外れのミラーセグメントの軸方向から見た図である。
【図１０ｂ】それぞれペアラントレンズおよび軸外れのドームコレクタセグメントとペアラントミラーおよび軸外れのミラーセグメントの軸方向から見た図である。
【図１１ａ】送信望遠鏡の第１の実施形態の平面図である。
【図１１ｂ】送信望遠鏡の第１の実施形態の斜視図である。
【図１２ａ】プリズムおよび軸外れの楕円ミラーセグメントを含んでいる第２の実施形態の側面図である。
【図１２ｂ】プリズムおよび軸外れの楕円ミラーセグメントを含んでいる第２の実施形態の側面図である。
【図１３ａ】相互および送信軸に関して傾斜され中心を外されている両者とも非球面の屈折前表面と反射後表面を有する単一の光素子を含む第３の実施形態を示す図である。
【図１３ｂ】相互および送信軸に関して傾斜され中心を外されている両者とも非球面の屈折前表面と反射後表面を有する単一の光素子を含む第３の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明はＤＩＲＣＭシステムのための軸外れの反射送信望遠鏡を記載している。送信望遠鏡は受信望遠鏡の光軸から側方にオフセットされた送信軸に沿って、しかし通常はレーザビームを送信するために受信望遠鏡の前記視線と整列されて前記ジンバル上に取付けられる。望遠鏡はレーザビームを受信及び放射するため送信軸からオフセットされて光学的にレーザに結合された光ポートと、ドームを通って放射されたレーザビームを反射する反射光アセンブリとを具備している。反射光アセンブリは光軸からの送信望遠鏡の送信軸の側方へのオフセットにより誘起されるドーム収差に対してレーザビームを共に予め補償する軸外れのミラーセグメントと第２の光素子を具備する。軸外れのミラーセグメントは対称軸を中心に非球面の曲率（例えば放物状、楕円形または高次の非球面）を有するペアラントミラーのセグメントを具備している。セグメントはこれがペアラントミラーの対称軸を中心としないようにオフセットされている。軸外れのミラーセグメントの使用によって光ポート及び任意の折畳みミラーが位置されることが可能であり、それによってこれらは反射されたレーザビームを曖昧にしない。第２の光素子はドームコレクタペアラントレンズの軸外れのセグメント、プリズム、または屈折レンズの軸外れのセグメントであることができる。
【００１３】
一般性を失わずに、軸外れの反射送信望遠鏡は関連米国特許第7378,626号明細書に提示されているＤＩＲＣＭシステムの文脈で説明されている。本発明の軸外れの反射送信望遠鏡は送信望遠鏡が受信望遠鏡の光軸からオフセットされているＤＩＲＣＭシステムの他の構造で使用されることができることが当業者により理解されるであろう。
【００１４】
［ＤＩＲＣＭシステム］  
図３および４に示されているように、例示的なＤＩＲＣＭ40はブリスタパッケージ42中に集積され、航空機44の後部方向に向けて取付けられている。ミサイル警報システム（ＭＷＳ）は多数の、好ましくは４つの単色または二色ミサイル警報受信機（ＭＷＲ）46と、ＭＷＳ電力供給源48と、システム制御装置50に含まれているミサイル警報プロセッサとを含んでいる。単色システムでは、ＭＷＲは中間波長赤外線（ＭＷＩＲ）において３．５乃至４．８ミクロンの帯域で適切に検出を行う。二色システムでは、ＭＷＲはＭＷＩＲにおいて３．５乃至３．７と４．２乃至４．８ミクロンの帯域で適切に検出を行う。ＭＷＳは広視野（ＦＯＶ）54にわたって可能性のあるミサイル発射52を検出し、航空機に対する潜在的な脅威物を識別し、脅威物の座標をシステム制御装置50に含まれている対抗プロセッサ56へ通報する。ＭＷＳは他の技術が潜在的な脅威物を識別し、初期の脅威物座標を対抗プロセッサへ通報するために使用されることができる点で随意選択的である。
【００１５】
対抗プロセッサ56は脅威物の座標を電力源60により付勢されるジンバルに設置されたポインタ−追跡装置58へ通報する。ポインタ−追跡装置は受信望遠鏡59と検出器61を含んでいる。追跡装置は単色検出器を使用できるが、好ましくは検出距離を改良し偽警報率を減少するために二色検出器を使用する。単色及び二色検出器の両者はＭＷＩＲの３乃至５ミクロン帯域で適切に検出する。ジンバルに設置されたポインタ−追跡装置（図５参照）は脅威物座標に基づいて追跡を開始するために回動する。回動が開始された後、ポインタ−追跡装置は好ましくはターゲット確認アルゴリズム62、好ましくは二色アルゴリズムを使用し、したがって狭いＦＯＶ64内での追跡を継続し、脅威物を確認する。二色アルゴリズムはターゲットを確認するためにミサイルと背景クラッタとの間のスペクトル内容と情景ダイナミックスとの差を利用する。
【００１６】
脅威物が確認されるならば、ポインタ−追跡装置58は変調されたレーザビーム70を発射しミサイルのＩＲシーカーを妨害するために（レーザ電力供給68により付勢される）ＩＲレーザ66と結合している対抗プロセッサ56に通知する。一次ＩＲレーザは帯域２、３または４（例えば短波長および中間波長赤外線帯域）で適切に動作する。ブリスタパックは、ＤＩＲＣＭシステムデータおよび、分類された脅威物と交戦のポインタ−追跡装置のＭＷＳビデオを含む事象データとを記録する飛行データ記録装置72と、電力、制御、状態信号を航空機の航空電子工学からまたは航空機の航空電子工学へ誘導し攻撃の航空機および取られる行動を通知する航空機の航空電子工学インターフェースサブシステム74を適切に含むことができる。
【００１７】
ファイバアセンブリ76は好ましくはレーザ66の出力をジンバル上に取付けられた軸外れの反射送信望遠鏡78の入力へ結合するために使用される。ファイバアセンブリはジンバルピボットを中心にロール／ノッドジンバル軸から離れて適切に導かれる。連続的なファイバパスはセグメント化されたファイバアセンブリまたは自由空間の光インターフェースのいずれかが使用されるときに関連される損失及び損傷を減少することができる。ジンバル軸を中心にファイバパスを導くことによって、第２のファイバアセンブリ80はＵＶ／可視レーザ82、適切にはＵＶを近ＩＲ（約０．２８ミクロンから０．７ミクロン）へ、ジンバル上の軸外れの反射送信望遠鏡84へ結合するようにファイバパスに沿って導くことができる。ＩＲおよびＵＶ／可視レーザは共通の送信望遠鏡を共有し、共通のファイバアセンブリを共有することができる。レーザ送信機はレーザからポインタ−追跡装置の検出器61への後方散乱を避けるために受信望遠鏡の光軸から側方にオフセットされる。受信及び送信望遠鏡は共通の光素子としてドームのみを共有できる。送信望遠鏡は送信されたレーザビームを曖昧にすることを避けるため軸外れのミラーセグメントと第２の光素子を含んでおり、そのいずれかは独立してまたはミラーセグメントと共に側方のオフセットした取付けにより生じるジンバルの球面ドームを通して歪み（色及び標準収差）を最小にする。
【００１８】
追跡を開始するために確認されていない脅威物の座標に基づいてジンバルを回動することにより、システムは非常に機動的で、短いおよびほぼ同時のＭＡＮＰＡＤＳの発射に応答することができる。以下説明するように、ＡＩＭ−９Ｘ撮像シーカーのような軽重量で機動的なポインタ−追跡装置はＤＩＲＣＭシステムで使用するように変更されることができる。ＡＩＭ−９Ｘ撮像赤外線ロール／ノッドシーカーは１９５０年代半ばに遡る空対空ミサイルのサイドウィンダー系用に開発された歴代のシーカーの中で最新のものである。シーカーはターゲットと背景のＩＲ画像を生成するために赤外線撮像を使用する。検出された赤外線画像はプロセッサに与えられ、プロセッサは背景クラッタからターゲットを決定し、そのターゲットを追跡する。プロセッサはターゲットから対抗策を隔離する赤外線の対抗策（ＩＲＣＣＭ）論理を実行するとき同じ機能を行う。他のポインタ−追跡装置がＡＩＭ−９Ｘと類似の機能と属性を与えるために変更または設計されることができる。ＡＩＭ−９Ｘは多量に利用可能でありＤＩＲＣＭシステムで使用するための必要な特徴を提供するので選択されたものである。ＡＩＭ−９Ｘシーカーの生産率は、ＡＩＭ−９ＸシーカーをＤＩＲＣＭに変換するＡＩＭ−９Ｘシーカーに対する変更は最小であるので、軍事用および商用の両者の航空学要件を満たすために増加されることができる。代わりに、他の既知のシーカー構造が必要とされる機能を与えるために変更されることができ、或いはジンバルされたポインタ−追跡装置がＤＩＲＣＭシステム用に特別に設計されることができる。例えばロールおよびノッドジンバルは反転され、受信及び送信望遠鏡がロールジンバル上に取り付けられ、検出器またはレーザソースがジンバル上に取り付けられることができ、または自由空間受信光路がファイバアセンブリと置換されることができる。
【００１９】
図５乃至７に示されているように、１実施形態ではＡＩＭ−９Ｘ撮像シーカー100は肩打ち式ミサイルのような脅威物を検出し、追跡し、確認し、妨害するためにＤＩＲＣＭシステム40で使用するように変更されている。シーカーのロール／ノッドジンバル101はロールおよびノッド軸で関節連接するバルクヘッドの前方の全ての機械的コンポーネントを含んでいる。標準的なＡＩＭ−９Ｘシーカーヘッド中の光コンポーネントと妨害レーザビームを送信するための付加的な光コンポーネントはジンバル上に取付けられている。
【００２０】
赤外線エネルギはドーム104を通って適切には数１０ミリラジアンの広いＦＯＶ102にわたってシーカージンバル101に入る。サファイヤはその引っかき抵抗と飛行中に受ける空気力学的加熱に耐える能力のためにＡＩＭ−９Ｘドームの適切な材料として選択された。折畳み無限遠焦点受信望遠鏡106はＩＲエネルギを集める。そのエネルギはビーム108へコリメートされ、一連のプリズム110とリレイおよび焦点光学系112を通って開始焦点平面アレイ（ＦＰＡ）114へ伝播する。プリズムと光学系はこれらがシーカーのジンバルをロールとノッドの両者で連接することを可能にする方法で構成される。エネルギ108が折畳み無限遠焦点望遠鏡を出るとき、これはノッド軸116を横切り、プリズムに入り、ロール軸120を横切る密封されたバルクヘッド118に到達する場所へ中継される。この点を横切って、光学系およびＦＰＡ検出器は本体を固定される。ジンバルのロール軸を通過すると、エネルギ108はリレイと焦点光学系レンズセット119に入る。この光学系のセットは焦点光学系の画像平面に位置されるＦＰＡ114上に画像を形成する。焦点光学系とＦＰＡの間には回転するフィルタホイール124が位置され、これはシーカーが動作するスペクトル帯域を選択する多数の濾波素子を含んでいる。フィルタの選択はソフトウェア駆動され、モーター126の制御による変化エンゲージメントと実時間で変化できる。スペクトル的に最適化されたエネルギは真空のデュワー128に入り、コールドストップ130を通過し、例えば１２８×１２８のインジウムアンチモニドスターリングＦＰＡ114上でイメージされ、読出し回路132により読み出される。ＦＰＡは典型的にミッション期間中に限定ではないが冷却を行うクライオエンジン（図示せず）により冷却される。
【００２１】
バルクヘッド118と、ジンバルのシーカー後部の固定されたコンポーネントは伝統的な３インチ（７．６２ｃｍ）のサイドワインダードームの直径内で高いＯＦＦボアサイト角度(ＯＢＡ）動作を可能にする。ロール／ノッドのジンバル構造は優れたターゲット追跡を行う。オフジンバル慣性シーカーアセンブリは高い回転速度を可能にする。ロール／ノッドのジンバルにより、検出器114はオフジンバルである。ジンバルを横切らなければならない低温ラインは存在しない。減少されたオンジンバルの質量と最小のスプリングトルクは、シーカーの非常に高速度の回転と高速度の設定時間を可能にするロール／ノッドのトルクモーター134を駆動する高帯域の制御ループによりジンバルが制御されることを可能にする。シーカー指向角度は高い正確度のリゾルバ136により測定される。センサ137はジンバル位置を測定し、異なる軸に沿ったプラットフォーム運動を測定する。
【００２２】
撮像シーカー100は到着するミサイル上のシーカーを妨害するために必要とされる適切なレーザ源、光ファイバ、レーザ送信望遠鏡が装備されたＤＩＲＣＭ40で使用するために変更される。サファイヤドーム104は紫外線から中間波長赤外線の範囲のエネルギを送信し、それによってＤＩＲＣＭは帯域内であるレーザエネルギを紫外線を含むスペクトルの多くの部分で動作する最も進歩した多色脅威物へ送信できる。ゲルマネートおよびカルシウムアルミネートガラスのようなサファイヤ以外の材料も必要な機械的及び送信特性を与えることもできる。ＡＩＭ−９Ｘで使用される二色追跡アルゴリズムはさらに別の変形をせずに使用されることができる。
【００２３】
シーカーのジンバル101にはマルチバンド赤外線の軸外れの反射送信望遠鏡140と適合され、幾つかのケースではＵＶ／可視軸外れの反射望遠鏡142が、折畳まれた非球面受信望遠鏡106の視線に対して側方にオフセットされそれに整列されている。脅威物ミサイルはトラックフレームで中心に置かれ、送信望遠鏡の光学的視線をミサイルに置く。ＡＩＭ−９Ｘ赤外線追跡装置と送信望遠鏡の光学的な中心線は共に整列される。フレキシブルで抗チャフ／罠のカプセル化150で適切に収納される連続的なＩＲファイバ146とＵＶ／可視ファイバ148はそれぞれの送信望遠鏡をＩＲレーザ152とＵＶ／可視レーザ154の出力にそれぞれ結合するために使用される。カプセル化された二重ファイバ150は、ロール軸二重ファイバサービスループ144においてジンバルピボット157から離れてロール軸120周辺をループされ、その後ノッド軸二重ファイバサービスループ145でノッド軸116周辺をループされる。
【００２４】
発射を指示されるとき、ＩＲレーザ152はＩＲファイバ146を通過するＩＲレーザ妨害ビーム156を発射し、望遠鏡140により放射され、ドーム104を通って送信される。妨害ビーム156はターゲット上のシーカーの視線と整列され、ビームダイバージェンスの数ミリラジアンのみを有する。より精巧なミサイルはそれらのＩＲシーカーが妨害されるとＵＶ／可視追跡モードに切換わる。ＤＩＲＣＭは同時にＩＲレーザと協力し、ＵＶ／可視ファイバ148を通過するＵＶ／可視レーザ妨害ビーム158を発射し、望遠鏡142により放射されドーム104を通って送信するようにＵＶ／可視レーザ154に指令する。妨害ビーム158はターゲット上のシーカーの視線と整列され、ビームダイバージェンスの数ミリラジアンのみを有する。
【００２５】
変更されるとき、非球面受信望遠鏡106、レーザ送信機140と142、ファイバ148と146はノッド軸116上に取付けられる。これらはリレープリズム110に取付けられる。この全体的なアセンブリはロール軸120上に取付けられる。非球面望遠鏡により受信されるＩＲエネルギ108はオンジンバルでありロール軸に固く取付けられているプリズムを介してジンバルから離れ、オフジンバルリレイと、焦点平面アレイ上に画像を形成する焦点光学系へ送信される。ファイル146と148の使用は通常の自由空間光学系及び結合方法により課される制限からレーザエネルギの送信を切り離す。ファイバの使用はさらに付加的なレーザ放射を付加するための多数のファイバの使用が進歩したミサイル脅威物の帯域内であることを可能にすることにより簡単で廉価の更新が行われることも可能にする。
【００２６】
図７に示されているように、対抗（ＣＭ）プロセッサ160は航空機に対するインターフェースとして動作し、状態を監視し、ＤＩＲＣＭの動作、特にターゲットを追跡するためのシーカーのジンバル101の回転、および脅威物を確認したときのＩＲレーザ152および／またはＵＶ／可視レーザ154の発射を制御する。パワーアップ時に、ＣＭプロセッサは各サブシステムからのＢＩＴ試験報告を見る。ミッション特定妨害コードはＣＭプロセッサのレーザ制御アルゴリズムにダウンロードされる。ＣＭプロセッサはシステムのモードに基づいてそれぞれのサブシステムをパワーアップする。
【００２７】
ミサイルの警報システムは４πステラジアンのほとんどにおいて潜在的な脅威物を探す多数のＭＷＲ162を含んでいる。ミサイル警報プロセッサ164は可能性のある脅威物の追跡を識別するために検出されたＭＷＲ画像を処理する。検出されると、部分的にトラックを進んだ潜在的な脅威物はＣＭプロセッサへ通過し（ＭＷＳ脅威物ハンドオフ）、ＣＭプロセッサは脅威物の確認のためにデータをＡＩＭ−９Ｘ追跡装置／システムインターフェース166へ通過する。
【００２８】
ＡＩＭ−９Ｘ追跡装置／システムインターフェース166は変更された追跡装置のジンバル101をミサイル警報システムが潜在的な脅威物を検出する空間中の点へ回転する。二色脅威物検出／確認アルゴリズムに関連されるその進歩した追跡アルゴリズムを使用して、ＡＩＭ−９Ｘ追跡装置はその特徴に基づいてターゲットのトラックを確認し、除去する。
【００２９】
脅威物を確認したならば、確認メッセージがＣＭプロセッサへ送信され、ＣＭプロセッサはその後、２つのレーザにデフォルト妨害コードまたはシステムがパワーアップされたときにロードされたミッション特定コードを使用してレーザ発射を開始するように命令する。脅威物ミサイルシーカーのレーザ発射はＡＩＭ−９Ｘ追跡装置により決定されるときある規準が満たされるまで継続する。
【００３０】
ＡＩＭ−９Ｘにより多数の確かな脅威物が検出され確認されたならば、シーカーは最高の脅威物であると決定された脅威物に対して動作し、次の脅威物に対して高速度で回動する。ＡＩＭ−９Ｘにより交戦されていない脅威物の追跡はミサイル警報サブシステムにより維持され更新される。脅威物が確認され交戦され、レーザ発射が行われるとき、脅威物交戦警報メッセージがプラットフォームに送信され、ミサイル攻撃が検出されベアリングが通過したことを指示する。
【００３１】
［軸外れの反射送信望遠鏡］  
送信望遠鏡はＤＩＲＣＭシステムの重要なコンポーネントである。送信望遠鏡はターゲットミサイルに指向されることができるコリメートされたレーザビームを形成し、維持しなければならない。この望遠鏡はポイントソース（例えばレーザからのレーザビームをジンバルを横切って望遠鏡へ運ぶ光ファイバアセンブリの端部）からコリメートされたレーザビームを形成する。望遠鏡はまたボアサイトからオフセットされてドームを通してビームを通過することにより誘起された任意の収差に対してレーザビームを予め補償する。送信望遠鏡は中性ジンバル位置でボアサイトからオフセットされているので、ドームは色収差と標準収差の両者、主に乱視を誘起する。望遠鏡は送信されたレーザビームがコリメートされるように補足的な収差を誘起する。「コリメートされた」はＤＩＲＣＭシステムで必要とされる仕様内まで完全及び実質的にコリメートされることを含むことが理解されよう。望遠鏡は好ましくはレーザビームの高いスループットを与え、同じまたは異なる送信帯域（例えばＩＲ、ＵＶ、可視またはＳＡＬ）の多数の波長を処理するように構成される。望遠鏡は簡単で確実で廉価であることが好ましい。
【００３２】
図８に示されているように、送信望遠鏡200はレーザビームを送信するために、光軸208から側方にオフセットされた送信軸206に沿って、しかし通常は受信望遠鏡210の視線と整列されてロール−ノッドジンバル204のジンバル202上に取付けられる。側方へのオフセットのために、球面ドーム（図示せず）は色収差及び標準収差、主として乱視、および少程度であるが球面収差をレーザビームに対して誘起する。軸外れの反射送信望遠鏡200は高いスループットを与え、１以上の送信帯域に対してのドーム収差を予め補償するように構成された最少数の光学素子を適切に具備している。望遠鏡はレーザビームを受信し放射するため（例えば光ファイバアセンブリ214により）レーザに光学的に結合されている光ポート212と、レーザビームをドームを通して反射する反射光アセンブリ216を具備している。
【００３３】
図９乃至１３に示されているように、３つの異なる構造について反射光アセンブリ216は共にドーム収差に対してレーザビームを予め補償する軸外れのミラーセグメントと第２の光素子を具備している。軸外れのミラーセグメントは対称軸を中心に非球面曲率を有するペアラントミラーのセグメントを具備する。そのセグメントはこれがペアラントミラーの対称軸を中心としないようにオフセットされている。軸外れのミラーセグメントの使用は光ポート212と任意の折畳みミラーが反射されたレーザビームを妨害しないようにこれらを位置させることを可能にし、それによってスループットを改良する。第２の光素子は軸外れのドームコレクタペアラントレンズのセグメント、プリズムまたは軸外れの屈折ペアラントレンズのセグメントであることができる。軸外れの反射送信望遠鏡は簡単な光パッケージで高いスループット、収差補正、多波長能力を与える。
【００３４】
通常、非球面表面は球面ではない表面であり、即ち非球面表面は単にその曲率半径を述べることにより説明されることができない。球面はその半径の知識によって規定される。非球面を説明するため、その半径を含む幾つかの情報ピースが必要とされる。非球面表面の異なるファミリが存在し、その２つがよく知られ、恐らく最も普通に使用されるのは（１）円錐表面と、（２）偶数の多項非球面である。放物線状および楕円は円錐であり、これらは曲率半径と円錐定数により記述されることができる。−１の円錐定数を有する表面は放物状表面である。偶数の多項（時には、高次と呼ばれる）非球面はベース曲率、恐らく円錐定数およびＡｒ^４＋Ｂｒ^６＋Ｃｒ^８＋…の項として説明され、ここでｒは軸からの距離であり、Ａ、Ｂ、Ｃ等は非球面係数である。表面はある次数まで増加された軸からの距離に基づいているので、これらは「高次の非球面」と呼ばれる。
【００３５】
光ポートで放射されるレーザビームは「オブジェクト」と呼ばれる。折畳みミラーの使用は適切な「明白なオブジェクト」位置を維持しながら、物理的に便利な位置での光ポート（例えばファイバティップ）のパッケージングを可能にする。折畳みミラーを離れる光線が後方に延びるならば、これらは「明白なオブジェクト」の位置で交差する。「オブジェクト」または「明白なオブジェクト」は等価であることが理解されるであろう。例えばオブジェクトまたは明白なオブジェクトの何れか一方は曲率半径の半分の距離でペアラント放物状ミラーの軸上に位置されることができ、それによって放物面から反射された光線はコリメートされる。各ケースについて、ペアラントレンズとミラーを使用する設計の構図が折畳みミラーなしで示され、レンズとミラーセグメントを含む特別な実施形態は折畳みミラーと共に示されている。
【００３６】
［軸外れの放物形ミラーセグメントと軸外れのドームコレクタレンズセグメント］  
軸外れの反射送信望遠鏡250の第１の実施形態における図９、１０ａ−１０ｂ、１１ａ−１１ｂを参照すると、コリメートされたレーザビームを生成し、ドーム収差についてコリメートされたレーザビームを予め補償する機能は別である。図９を参照すると、望遠鏡から送信されたコリメートされたレーザビーム252から後方向に動作し、球面ドーム254はレーザビームがそこを通過するとき色および標準収差を誘起する。ジンバルが前方へ直接的に見るとき、送信軸256が受信望遠鏡の光軸258から距離‘ｄ１’によりオフセットされ、それによって送信軸はボアサイト軸から同じ距離‘ｄ１’によりオフセットされるので、これらの収差が誘起される。受信及び送信望遠鏡は独立した光学システムであり、共通の光素子としてはドームのみが共有される。
【００３７】
光軸258を中心とするペアラントメニスカスレンズ260はそこを通過するコリメートされたビームを予め補償し、それによってドームを離れるビームは実質的にコリメートされた状態である。メニスカスレンズはＣｏｄｅＶまたはＺｅｍａｘのような標準的な光学設計ソフトウェアを使用して設計されることができ、ここでは例えばメニスカスレンズの厚さはメニスカスレンズへのコリメートされたビームがドームを離れてコリメートされた状態を維持しているまで、ドームの表面を横切って変化される。図９と１０ａに示されているように、軸外れのドームコレクタセグメント262は光軸258からの送信軸256のオフセット‘ｄ１’と送信望遠鏡の直径に対応するペアラントレンズのセグメントである。コレクタレンズセグメント262を通過するコリメートされた光はこれがドームを離れるときコリメートされた状態である。
【００３８】
ドームコレクタセグメントは送信ビームがシステムのボアサイト軸からオフセットされている所定の距離において、シーカーが前方を向いて設計されている。この中性位置で、受信望遠鏡の光軸はボアサイト軸に一致する。システムがボアサイト軸から外れて観察するようにジンバルで移動し、ボアサイトを外して受信望遠鏡の光軸を指向するとき、ドームコレクタは同様に移動する。観察方向が変化するとき、コレクタはドームの異なる部分に隣接するが、ジンバルの中心はドームの曲率中心に位置されるので、ドームコレクタとドームとの関係は全ての角度位置について維持される。したがって、レーザビームは観察方向が変化するときコリメートされた状態を維持する。
【００３９】
ポイントソースからコリメートされたレーザビーム252を形成するために、「オブジェクト」264と一致する光ポートは放物状のベース曲率を有するペアラントミラー268の曲率半径“ｒ”の半分の距離において対称軸266上の点に位置される。この点からペアラントミラー方向へ放射された光はコリメートされたビーム252として反射される。放物状のベース曲率の半径“ｒ”は、光ポートで終端するファイバのコアサイズと、コリメートされたレーザビームの所望のビームパラメータ（例えば直径及びダイバージェンス）とに基づいて設定される。図９および１０ｂに示されているように、光ポートまたは折畳みミラー（使用される場合）がビームを曖昧にすることなくコリメートされたレーザビーム252を形成するため、ペアラントミラー268は対称軸266が送信軸256から距離“ｄ２”だけオフセットするように中心を外される。軸外れのミラーセグメント270は所望のビーム直径を有する送信軸256を中心とするペアラントミラー268のセグメントである。レーザビームは光ポート（及び折畳みミラー）が反射されたレーザビームの直径外に位置されることができる角度で光ポートから放射される（または折畳みミラーから反射される）ことができる。
【００４０】
図１１ａと１１ｂを参照すると、軸外れの反射送信望遠鏡250の１実施形態はノッドジンバル上の受信望遠鏡に取り付けられた円筒形ハウジング272を含んでいる。軸外れのドームコレクタレンズセグメント262は観察方向が変化するときに維持されるドームに対するスペース関係でハウジングの前部に取り付けられ、軸外れのミラーセグメント270はハウジング272の後部に取り付けられる。ファイバアセンブリ274はレーザビーム278を放射するためにハウジング272上に取り付けられたポートハウジング277の光ポート276で終端される。折畳みミラー280はレーザビーム278を軸外れのミラーセグメント270方向へ折畳むためポートハウジング277上に取り付けられる。折畳みミラーから発生する光線が後方向に拡張されるならば、これらはペアラントミラーの頂点から放物状の曲率半径の半分の距離でペアラントミラーの対称軸上に位置された「明白なオブジェクト」282において交差される。図１１ｂで明白に示されているように、軸外れのミラーセグメント270の使用によって光ポートと折畳みミラーは反射されたコリメートされたレーザビーム278のパス外に位置できる。
【００４１】
［軸外れの楕円形ミラーセグメント及びプリズム］  
軸外れの反射送信望遠鏡300の第２の実施形態では、コリメートされたレーザビームを生成し、ドーム収差についてコリメートされたレーザビームを予め補償する機能はディスクリートな軸外れのミラーセグメントとプリズムにより共有される。図１２ａを参照し、望遠鏡から送信されたコリメートされたレーザビーム302から後方に動作して、球面ドーム304はレーザビームがそこを通過するときに色及び標準収差を誘起する。これらの収差は送信軸306が受信望遠鏡の光軸308から距離“ｄ”だけをオフセットされているために誘起される。受信及び送信望遠鏡は光学システムと独立しており、共通の光学素子としてはドームのみを共有する。
【００４２】
楕円形のベース曲率を有するペアラントミラー312はドームを通ってレーザビーム302を反射するために使用される。ペアラントミラー312はその対称軸314が送信軸306から距離“ｄ２”だけオフセットされるように中心から外されている。軸外れのミラーセグメント316は所望のビーム直径を有する送信軸306を中心とするペアラントミラー312のセグメントである。楕円形はその軸314上の２つの特定点（楕円形の焦点318）の間でのみ完璧な点間イマジナリを与える。軸上の全ての他の点または軸外れの点については、イマジナリは完璧ではなく、オブジェクト320の位置に基づいて収差を含む。色収差を予め補償するため、レーザビームはプリズム322を通過する。プリズム自体は標準収差を誘起する。オブジェクト320（例えばファイバティップ）はプリズムを通して観察するとき、収差がプリズム及びドームを通過することにより発生された収差を平衡する位置に位置されている。ミラーのプリズム角度および円錐定数は適切な補正を実現するために変化することを可能にされる。明白なオブジェクト324はプリズムを通して観察するとき軸314上に位置されている。
【００４３】
図１２ｂを参照すると、軸外れの反射送信望遠鏡300の１実施形態はノッドジンバル上の受信望遠鏡に取り付けられた円筒形ハウジング330を含んでいる。軸外れのミラーセグメント316はハウジング330の後部に取り付けられている。ファイバアセンブリ（図示せず）はオブジェクト320でレーザビーム302を放射するためハウジング330に取り付けられたポートハウジング333上で（オブジェクト320と一致する）光ポート322で終端される。プリズム322はポートハウジング333に取り付けられている。折畳みミラー336はレーザビーム302を軸外れのミラーセグメント316方向に折畳むためポートハウジング333に取り付けられている。折畳みミラーから発生する光線が後方に拡張されるならば、これらはペアラントミラーの対称軸上に位置される「明白なオブジェクト」で交差する。軸外れのミラーセグメント316の使用により、光ポートと折畳みミラーは反射されたコリメートされたレーザビーム302のパス外に位置されることが可能である。
【００４４】
［軸外れの高次非球面集積屈折／反射光学素子］  
軸外れの反射送信望遠鏡400の第３の実施形態では、コリメートされたレーザビームを生成し、ドーム収差に対してコリメートされたレーザビームを予め補償する機能は屈折及び反射の両者である単一の光学素子に集積されている。図１３ａを参照すると、望遠鏡から送信されたコリメートされたレーザビーム402から後方に動作して、球面ドーム404はレーザビームがそこを通過するときに色及び標準収差を誘起する。これらの収差は送信軸406が受信望遠鏡の光軸408から距離“ｄ”だけオフセットされているために誘起される。受信及び送信望遠鏡は独立した光学システムであり、共通の光学素子としてはドームのみを共有するだけである。
【００４５】
反射光アセンブリは軸外れの屈折前部表面セグメント412を有する軸外れの光学素子410と、相互に関しておよび送信軸406に関して傾斜され中心を外されている異なる高次の非球面曲率を有する軸外れの反射後部表面セグメント414とを具備している。オブジェクト416（例えば光ポートで終端されるファイバティップ）はペアラントミラー420の対称軸418上に位置され、それによってレーザビームは屈折前部表面を通過し反射後部表面から反射し、再度屈折前部表面を通過し、ドーム収差について反射されたレーザビームを予め補償する。
【００４６】
光学素子410は後部表面上に形成された反射被覆を有する傾斜された中心を外された前及び後部表面を形成するように機械加工されている所望の波長で透過性の光学材料の適切なピースである。例示的な設計構造をより良好に理解するため、前部表面を透明な非球面レンズ422“Ｓ１”とし、後部表面を透明な非球面ミラー420“Ｓ２”として考える。最初に、表面Ｓ１とＳ２は送信軸に対して平行な線上に中心を置く。表面Ｓ１はＳ１の対称軸426に垂直に近く引かれている線424の傾斜によって示されているように、ドーム方向に傾斜されている。表面Ｓ２はドーム方向に（より小さい度数で）傾斜され、対称軸418に垂直に引かれている線428の傾斜によって示されているように送信軸方向に“Δｄ”中心を外されている。例えば１実施形態ではＳ１は垂直線から１５度傾斜され、Ｓ２は垂直線から４度傾斜され、約０．３インチ（０．７６２ｃｍ）中心を外されている。方向及び傾斜量と、方向および中心外れ量は送信望遠鏡のオフセット、必要とされる収差補償、その他のビームパラメータにしたがって応用に応じて特定されている。軸外れの屈折前部表面セグメント412と軸外れの反射後部表面セグメント414はそれぞれ送信軸406を中心とするペアラントレンズ422とペアラントミラー420のセグメントである。
【００４７】
図１３ｂを参照すると、軸外れの反射送信望遠鏡400の１実施形態はノッドジンバル上の受信望遠鏡に取り付けられた円筒形ハウジング430を含んでいる。光学素子410はハウジング430の後部に取り付けられている。ファイバアセンブリ（図示せず）はオブジェクト416からレーザビーム402を放射するためにハウジング430上に取り付けられた光ポート432で終端される。折畳みミラー436はレーザビーム402を光学素子410方向へ折畳むため光ポート432上に取り付けられ、それによってレーザビームは屈折前部表面を通過し反射後部表面から反射し、再度屈折前部表面を通過し、ドーム収差に対して反射されたレーザビームを予め補償する。折畳みミラーから発生する光線が後方向へ拡張されるならば、これらはペアラントミラーの対称軸上に位置される「明白なオブジェクト」で交差する。軸外れの光学素子410の使用により、光ポートと折畳みミラーは反射されたコリメートされたレーザビーム402のパス外に位置されることが可能である。
【００４８】
本発明の幾つかの例示的な実施形態を示し、説明したが、多数の変形及び代わりの実施形態が当業者によって行われよう。このような変形及び代わりの実施形態が、特許請求の範囲で規定されているように本発明の技術的範囲を逸脱せずに考慮され行われることができる。
【図１】
2013508655.tif 000003
【図２】
2013508655.tif 000004
【図３】
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【図４】
2013508655.tif 000006
【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１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年4月19日(2012.4.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シーカーを有するミサイルを追跡し妨害するために航空機上で使用する指向された赤外線対抗策（ＤＩＲＣＭ）システムにおいて、
ドームと、
光軸を回動および指向するように構成された２軸ジンバルと、
入射放射を受信するために前記光軸に沿った視線を有する前記ジンバル上の受信望遠鏡と、
前記受信望遠鏡に光学的に結合された検出器と、
送信帯域で変調されたレーザビームを放射するように構成されたレーザと、
前記光軸から側方にオフセットされた送信軸に沿って、しかし通常は前記受信望遠鏡の前記視線と整列されて前記ジンバル上に配置され、前記レーザビームを受信及び放射するために前記送信軸からオフセットされ光学的に前記レーザに結合された光ポートと、反射光アセンブリとを具備し、前記反射光アセンブリは非球面の曲率を有する軸外れのミラーセグメントと、コリメートされたレーザビームを送信するために前記光軸からの前記送信望遠鏡の側方へのオフセットによって前記ビームで誘起されたドーム収差を予め補償し、前記ドームを通して前記レーザビームを送信軸に沿って反射する第２の光素子とを具備している送信望遠鏡と、
ミサイルを追跡するように前記ジンバルを回動するために検出器からの前記入射放射を処理し、前記ミサイルのシーカーを妨害するために前記送信望遠鏡を通して前記変調されたレーザビームを放射するように前記レーザと結合しているプロセッサを具備しているＤＩＲＣＭシステム。
【請求項２】
前記軸外れのミラーは対称軸を中心とする非球面曲率を有するペアラントミラーのセグメントを具備し、前記セグメントは前記送信軸上に位置する前記対称軸からのオフセットに対応し、それによって前記光ポートは前記反射されたレーザビームを妨害しないように構成されている請求項１記載のＤＩＲＣＭシステム。
【請求項３】
前記アセンブリはさらに、前記放射されたレーザビームを前記軸外れのミラーセグメントへ再誘導し、前記反射されたレーザビームを妨害することを避けるために前記送信軸からオフセットしている請求項２記載のＤＩＲＣＭシステム。
【請求項４】
前記反射光アセンブリは前記折畳みミラー、前記軸外れのミラーセグメント、前記第２の光素子を具備している請求項３記載のＤＩＲＣＭシステム。
【請求項５】
前記ドームは前記レーザビームがそこを通過するときに色収差および標準収差を誘起し、前記軸外れのミラーセグメントは前記コリメートされたビームとして前記放射されたレーザビームを反射する放物形のベース曲率を有し、前記第２の光素子は前記色及び標準収差についてコリメートされたビームを予め補償する軸外れのドームコレクタレンズセグメントを具備し、それによって前記ドームを通って送信される前記レーザビームはコリメートされた状態にされている請求項１記載のＤＩＲＣＭシステム。
【請求項６】
前記軸外れのドームコレクタレンズセグメントは前記ドームにわたる色および標準収差を補正するペアラントメニスカスレンズのセグメントを具備し、前記レンズセグメントは前記光軸から前記送信軸への前記送信望遠鏡の側方オフセットに対応し、前記軸外れのミラーは対称軸を中心に放物形状のベース曲率を有するペアラントミラーのセグメントを具備し、前記ミラーセグメントは前記送信軸に位置する前記対称軸からのオフセットに対応し、それによって前記光ポートは反射されたレーザビームを妨害しないように構成されている請求項５記載のＤＩＲＣＭシステム。
【請求項７】
前記アセンブリはさらに、放射されたレーザビームを前記軸外れのミラーセグメントへ再誘導する折畳みミラーを具備し、前記折畳みミラーは前記反射されたレーザビームを妨害することを避けるために前記送信からオフセットされている請求項６記載のＤＩＲＣＭシステム。
【請求項８】
前記反射光アセンブリは前記折畳みミラー、前記軸外れのミラーセグメントおよび前記軸外れのドームコレクタレンズセグメントのみを具備している請求項７記載のＤＩＲＣＭシステム。
【請求項９】
前記ドームはレーザビームがそこを通過するとき色及び標準収差を誘起し、
前記第２の光素子は前記色収差に対して前記レーザビームを予め補償し別の標準収差を誘起するプリズムを具備し、
前記軸外れのミラーセグメントは前記レーザビームを反射し、前記プリズムにより誘起された標準収差を除去し、前記ドーム標準収差に対して前記ビームを予め補償する楕円形ベースを有する請求項１記載のＤＩＲＣＭシステム。
【請求項１０】
前記軸外れのミラーセグメントは対称軸上の第１及び第２の焦点を有する楕円形のベース曲率を有するペアラントミラーのセグメントを具備しており、前記ミラーセグメントは前記送信軸上に位置する対称軸からのオフセットに対応し、それによって前記光ポートは前記第１及び第２の焦点から外れて位置し、前記プリズムは前記反射されたレーザビームを妨害しない請求項９記載のＤＩＲＣＭシステム。
【請求項１１】
前記アセンブリはさらに、前記放射されたレーザビームを前記軸外れのミラーセグメントへ再誘導する折畳みミラーを具備し、前記折畳みミラーは前記反射されたレーザビームを妨害することを避けるために前記送信からオフセットしている請求項９記載のＤＩＲＣＭシステム。
【請求項１２】
前記反射光アセンブリは前記折畳みミラー、前記軸外れのミラーセグメント、前記プリズムのみを具備している請求項１１記載のＤＩＲＣＭシステム。
【請求項１３】
前記第２の光素子は前記軸外れのミラーセグメントからなる屈折前表面およびの反射後表面を有し、前記屈折前表面および前記軸外れのミラーセグメントは、相互に関しておよび送信軸に関して傾斜され中心を外されている異なる非球面曲率を有し、前記放射されたレーザビームは前記屈折前表面を通過し前記軸外れのミラーセグメントから反射し、前記屈折前表面を経て再度ドームへ通過する請求項１記載のＤＩＲＣＭシステム。
【請求項１４】
前記軸外れの屈折前表面と前記軸外れのミラーセグメントはそれぞれ非球面ペアラントレンズと非球面ペアラントミラーの異なるセグメントを構成し、それらは前記ペアラントレンズと前記ペアラントミラーの前記軸からの異なるオフセットに対応し、それによって前記屈折表面とミラーセグメントは相互に関して中心を外され、前記光ポートは前記反射されたレーザビームを妨害しないように構成されている請求項１３記載のＤＩＲＣＭシステム。
【請求項１５】
前記アセンブリはさらに、前記放射されたレーザビームを前記軸外れのミラーセグメントへ再誘導する折畳みミラーを具備し、前記折畳みミラーは前記反射されたレーザビームを妨害することを避けるため前記送信からオフセットされている請求項１３記載のＤＩＲＣＭシステム。
【請求項１６】
前記反射光アセンブリは、前記折畳みミラーと、前記軸外れのミラーセグメントを有する前記第２の光素子のみを具備している請求項１５記載のＤＩＲＣＭシステム。
【請求項１７】
さらに、前記レーザからの前記レーザビームを前記光ポートへ結合する光ファイバアセンブリを具備している請求項１記載のＤＩＲＣＭシステム。
【請求項１８】
前記光ファイバアセンブリは連続的な光ファイバを具備する請求項１記載のＤＩＲＣＭシステム。
【請求項１９】
１以上のレーザはＩＲ、ＵＶ、または可視光送信帯域における多数の波長でレーザビームを放射する請求項１記載のＤＩＲＣＭシステム。
【請求項２０】
前記軸外れのミラーセグメントと第２の光素子は前記ジンバル上に固定されている請求項１記載のＤＩＲＣＭシステム。
【請求項２１】
シーカーを有するミサイルを追跡し妨害するために航空機上で使用する指向された赤外線対抗（ＤＩＲＣＭ）システムにおいて、
ドームと、
光軸を回動および指向するように構成された２軸ジンバルと、
入射放射を受信するために前記光軸に沿った視線を有する前記ジンバル上の受信望遠鏡と、
前記光受信機に光学的に結合された検出器と、
送信帯域で変調されたレーザビームを放射するように構成されたレーザと、
前記レーザビームを受信し誘導するように前記レーザに結合された第１の端部と第２の端部とを有する光ファイバアセンブリと、
前記光軸から側方にオフセットされた送信軸に沿って、しかし通常は前記受信望遠鏡の前記視線と整列されて前記ジンバル上に配置され、前記レーザビームを放射するために前記送信軸からオフセットされ光学的に前記光ファイバアセンブリの前記第２の端部に結合された光ポートと、コリメートされたレーザビームとして前記レーザビームを前記ドームの方向へ反射する固定された軸外れのミラーセグメントと、コリメートされたレーザビームを送信するため前記光軸からの前記送信望遠鏡の側方へオフセットすることによって前記ビームで誘起されたドーム収差を予め補償する固定された軸外れのドームコレクタとを有する送信望遠鏡と、
ミサイルを追跡するように前記ジンバルを回動するために前記検出器からの前記入射放射を処理し、前記ミサイルのシーカーを妨害するため前記送信望遠鏡を通して前記変調されたレーザビームを放射するように前記レーザで交戦するプロセッサを具備するＤＩＲＣＭシステム。
【請求項２２】
前記軸外れのドームコレクタレンズセグメントは前記ドームにわたる収差を補正するペアラントメニスカスレンズのセグメントを具備し、前記レンズセグメントは前記光軸からの前記送信望遠鏡の側方へのオフセットに対応し、前記軸外れのミラーは対称軸を中心に放物状のベース曲率を有するペアラントミラーのセグメントを有し、前記ミラーセグメントは前記送信軸上に位置する前記対称軸からのオフセットに対応し、それによって前記光ポートは前記反射されたレーザビームを妨害しないように構成されている請求項２１記載のＤＩＲＣＭシステム。
【請求項２３】
シーカーを有するミサイルを追跡し妨害するために航空機上で使用する指向された赤外線対抗策（ＤＩＲＣＭ）システムにおいて、
ドームと、
光軸を回動および指向するように構成された２軸ジンバルと、
入射放射を受信するために前記光軸に沿った視線を有する前記ジンバル上の受信望遠鏡と、
前記受信望遠鏡に光学的に結合された検出器と、
送信帯域で変調されたレーザビームを放射するように構成されたレーザと、
前記レーザビームを受信し誘導するように前記レーザに結合された第１の端部と第２の端部とを有する光ファイバアセンブリと、
前記光軸から側方にオフセットされた送信軸に沿って、しかし通常は前記受信望遠鏡の前記視線と整列されて前記ジンバル上に取付けられ、前記レーザビームを放射するため前記送信軸からオフセットされ光学的に前記光ファイバアセンブリの前記第２の端部に結合された光ポートと、ドームの色収差を予め補償し標準収差を誘起するプリズムと、レーザビームを反射し標準収差を除去してコリメートされたレーザビームを送信するためにドーム標準収差について前記ビームを予め補償する楕円形のベース曲率を有する軸外れのミラーセグメントとを具備している送信望遠鏡と、
ミサイルを追跡するように前記ジンバルを回動するため前記検出器からの前記入射放射を処理し、前記ミサイルのシーカーを妨害するために前記送信望遠鏡を通して前記変調されたレーザビームを放射するように前記レーザで交戦するプロセッサを具備するＤＩＲＣＭシステム。
【請求項２４】
シーカーを有するミサイルを追跡し妨害するため航空機上で使用する指向された赤外線対抗策（ＤＩＲＣＭ）システムにおいて、
ドームと、
光軸を回転および指向するように構成された２軸ジンバルと、
入射放射を受信するために前記光軸に沿った視線を有する前記ジンバル上の受信望遠鏡と、
前記光受信機に光学的に結合された検出器と、
送信帯域で変調されたレーザビームを放射するように構成されたレーザと、
前記レーザを受信し誘導するように結合された第１の端部と第２の端部とを有する光ファイバアセンブリと、
前記光軸から側方にオフセットされた送信軸に沿って、しかし通常は前記受信望遠鏡の前記視線と整列されて前記ジンバル上に取付けられ、前記レーザビームを放射するため前記送信軸からオフセットされ光学的に前記光ファイバアセンブリの前記第２の端部に結合された光ポートと、相互に関して及び前記送信軸に関して傾斜され中心を外されている異なる非球面曲率を有する軸外れの屈折前表面と軸外れの反射後表面を具備する光素子とを具備し、前記レーザビームは前記屈折前表面を通過し前記反射後表面から反射し、コリメートされたレーザビームを送信するように前記光軸からの前記送信望遠鏡の横方向のオフセットによって前記レーザビームで誘起されたドーム収差について前記反射されたレーザビームを予め補償するために前記屈折前表面を再度通過し、前記光ポートはそれが前記反射されたレーザビームを妨害しないように位置される送信望遠鏡と、
ミサイルを追跡するように前記ジンバルを回動するために前記検出器からの前記入射放射を処理し、前記ミサイルのシーカーを妨害するため前記送信望遠鏡を通して前記変調されたレーザビームを放射するように前記レーザで交戦するプロセッサを具備するＤＩＲＣＭシステム。
【請求項２５】
前記軸外れの屈折前表面と前記軸外れの屈折後表面は、前記ペアラントレンズと前記ペアラントミラーの前記軸からの異なるオフセットに対応する非球面ペアラントレンズと非球面ペアラントミラーの異なるセグメントをそれぞれ具備し、それによって前記屈折及び反射表面は相互に関して中心を外され、前記光ポートは前記反射されたレーザビームを妨害しないように構成されている請求項２４記載のＤＩＲＣＭシステム。
【国際調査報告】
2013508655.tif 000020
2013508655.tif 000021
2013508655.tif 000022