(57)【要約】【課題】可変視野を提供するために有向妨害（ｄｉｒｅｃｔｅｄ  ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅ）システム内で光学的歪みを使用する方法及び装置【解決手段】光学系の単一のハードマウントセットは、有向妨害（ｄｉｒｅｃｔｅｄ  ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ）のための２つの視野システムを置換するために活用される。それは、１つの連続しているが歪んだ視野内に、視野の中心で高い目標物忠実度をもって正確に追尾する一方で、視野の端縁において目標物を検出、獲得及び特徴付ける能力を含む。複数の目標物がある場合、一次目標物の追尾と二次目標物の獲得の両方ともが同時に発生し、妨害の効果を大幅に改善することができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変焦点距離を有する固定された光学系を有する追尾装置を提供する工程を具備し、前記焦点距離は、軸外目標物に対しては短く、また、軸上目標物に対しては長く、この結果、獲得回数が最小限に抑えられ、２視野システムに関連する位置合わせの問題が回避される、２視野システムを使用せずに、有向妨害システムを使用して脅威を迅速に獲得、追尾するための方法。
【請求項２】
前記固定された光学系の前記視野は、前記短い焦点距離に対応して広く、前記長い焦点距離に対応して狭い、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
目標物が、軸外にあるときのその目標物上の上で（ｏｖｅｒ）前記狭い視野にあるときに拡大される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記固定された光学系により目標物をＩＲ焦点面アレイ上に撮像することをさらに具備する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記固定された光学系は、非線形光学系を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記固定された光学系は、中心光学系を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記固定された光学系は、樽形歪みまたは他の歪みを意図的に与える、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記固定された光学系は、歪められた視野の特徴を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記固定された光学系は、周囲で小さい倍率を有するレンズを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
脅威の獲得のための広い視野、及び脅威の追尾のための狭い視野を有向妨害システムに提供するための方法であって、
前記有向妨害システムに非線形固定光学系を有する追尾装置を提供する工程を具備し、この結果、前記広い視野及び狭い視野を提供するために可動部品が活用されない、方法。
【請求項１１】
前記非線形固定光学系は、中心光学系を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記固定された光学系は、軸外目標物用に短い焦点距離を、軸上目標物用に長い焦点距離を有する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
可変焦点距離を有する固定された光学系を有する追尾装置を提供する工程を備え、前記焦点距離は軸外目標物のために短く、軸上目標物のために長く、それにより獲得回数が最小限に抑えられ、２視野システムに関連する位置合わせ問題が回避される、２視野システムを使用せずに、有向妨害システムを使用して脅威を迅速に獲得、追尾するための装置。
【請求項１４】
前記固定された光学系の前記視野は、前記短い焦点距離に対応して広く、前記長い焦点距離に対応して狭い、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
目標物が前記固定された光学系により撮像されるＩＲ焦点面アレイまたは他の検出器またはセンサをさらに含む、請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
前記固定された光学系は、非線形光学系を含む、請求項１３に記載の装置。
【請求項１７】
前記固定された光学系は、中心光学系を含む、請求項１３に記載の装置。
【請求項１８】
脅威獲得のための広い視野、及び脅威追尾のための狭い視野を有する有向妨害システムであって、
前記広い視野及び前記狭い視野を提供するために可動部品が活用されない、非線形固定光学系を有する前記妨害システム用の追尾装置を備える、有向妨害システム。
【請求項１９】
前記非線形固定光学系は中心光学系を含む、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記固定された光学系は軸外目標物のためのさらに短い焦点距離と、軸上目標物のためのさらに長い焦点距離を有する、請求項１８に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学的妨害システムに関し、さらに詳細には探索モードの間に広い視野を、及び追尾モードの間に狭められた視野を提供するための、固定された光学系及び光学的歪みを使用することに関する。
【背景技術】
【０００２】
有向妨害システムでは、侵入してくるミサイルは、目標物獲得モードでＩＲ（赤外線）焦点面アレイによって検出され、検出されると追尾モードで追尾される。前記目標物獲得モードでは、例えばショルダーミサイルの発射を検出する上で活用される光学系が、侵入してくるミサイルが、その視野の外側にあることにより前記有向妨害システムを逃れることがないように、相対的に広い視野を有することが重要である。このような目標物獲得のために、活用されるレンズアセンブリは、多くの場合、基本的には広い視野をカバーし、したがって広い領域で目標物を検出することができる魚眼レンズに例えられてきた。
【０００３】
初期の妨害システムは、肩に担がれて発射されたか、あるいは車両から発射されたかのどちらかであった侵入してくるミサイルを獲得するために、単純な固定された視野光学系を含んでいた。理解されるように、これらの初期の妨害システムは、ミサイルが航空機に対して発射されたのかどうか、あるいは他の目標物に対して発射されたのかどうかを判断するように機能した。前記航空機には、ミサイルが航空機に向けて発射されたことを航空機内の人たちに警告するために、ミサイルからの燃焼排気の柱状噴出を検出するためのセンサが設けられていた。
【０００４】
初期には、多様なシステムが本当の目標物から誤った目標物を切り離してから、前記検出された目標物の位置まで回転するためにジャムヘッド（ｊａｍ  ｈｅａｄ）を向けるために活用され、その結果電波妨害放射線がジャムヘッドから発せられた。
【０００５】
固定された視野での問題は、脅威を発見することができるようにするためには広い視野が必要とされたが、脅威を追尾するためには比較的に狭い視野が必要とされたという点であった。追尾のために必要な解像度のために狭い視野に限定されると、システムは２、３度を超えて軸外に侵入してくるミサイルを検出しない可能性がある。その結果、人は、侵入してくる脅威を検出できるようにするために、狭い視野の光学系を走査しなければならなかった。しかしながら、この探索モードは時間を要し、以下に説明される現在の２つの視野システムにつながった。
【０００６】
さらに一旦目標物が検出されると、ジャムヘッドの光学系の中心に向けて直接的に、検出された目標物を置き、妨害放射線が侵入してくるミサイルの目標検知追尾装置または標線の中に直接的に投射できるように、侵入してくるミサイルの空間内の位置を正確に検出できるようにするために非常に精密な追尾を実行するように、ジャムヘッドを配置しなければならなかった。
【０００７】
固定された視野光学系での問題は、視野が狭すぎて目標物を獲得できないのを取るか、広すぎて空間内でのその位置を正確に判断できないのを取るか、ということであった。
【０００８】
獲得フェーズ及び追尾フェーズのための視野の問題を解決するために、過去において、２つの視野システムを含んだ技法が開発された。
【０００９】
前記２つの視野システムは、望遠レンズのサイズとズーム時の位置合わせの問題の両方のために、ズーム式望遠レンズに優先して選択された。追尾装置のジンバルドヘッドにおいて、望遠ズーム型光学系の要する空間が多すぎる、特に例えば望遠レンズが、時には５：１の割合を必要とする広角から狭い視野になることが理解されるであろう。
【００１０】
要するに、このような望遠レンズを収容するほど十分な寸法のポッドを提供することは実際的ではなく、この理由から現在の２つの視野のシステムがいまでは普及している。
【００１１】
これらのシステムでは、人は視角が約１度から２度である追尾フェーズで活用される望遠用倍率に備える固定対物レンズシステムを有する。探索モードでは、可動アセンブリが、前記固定対物レンズの光学中心線の上に回転される。前記対物レンズと前記ＩＲ焦点面検出器の間に前記アセンブリを置く目的とは、きわめて短い結合焦点距離を提供し、その結果探索モードまたは獲得モードに適した広い視野を生じさせることである。一実施形態では、探索フェーズまたは獲得フェーズの間、システムの有効焦点距離は短すぎて、広い視野を提供できなかった。追尾フェーズでは、アセンブリは対物レンズシステムから離れて回転され、高まる倍率が追尾を補助するために焦点距離を増加した。こうする上で、有効焦点距離は何倍か大きくなる。その結果が、倍率及び優れた解像度であるが、探索に不適切な狭い視野を犠牲にした。
【００１２】
運用中、可動アセンブリは固定対物レンズの中心線上に回転された。次に光学系全体がジンバルにより駆動され、目標物を視野の中心に置いた。視野の中心に置かれると、可動アセンブリは対物レンズの光学中心線から離れて回転され、さらに高い倍率に切り替わり、前記さらに高い倍率はサブミリラジアン追尾精度を達成する。
【００１３】
このような２つの視野のシステムは探索フェーズまたは獲得フェーズで侵入してくるミサイル目標物を獲得し、後に追尾フェーズで前記獲得した目標物を高い精度まで追尾するには十二分に適当であった。
【００１４】
このような２つの視野のシステムでの問題は、探索フェーズから追尾フェーズに切り替え、再び戻ることが比較的に長い期間を要する、つまり、攻撃ミサイルの飛行時間に対して長いという点である。切り替えの遅延は恒常的に１秒を超えるであろう。ショルダーミサイルの場合、多くの場合、ミサイルが発射されたことを特定し、その位置を突き止め、ミサイルを妨害検出システムの光学軸の中心に据え、高い精度で侵入してくるミサイルを追尾してから、それを追尾装置の光学軸に沿って外に投射される放射線で妨害するのに、３秒未満という期間しかないことが注記されるであろう。
【００１５】
ソレノイドまたはモータは、可動アセンブリを対物レンズの光学軸に沿った位置に、及び位置から動かすために使用されただけではなく、この電子機械作動プロセスの間には位置合わせの問題も発生するであろう。したがって、例えば光学系が当初厳しい精度内まで位置合わせされた場合、多くの場合、可動アセンブリはシステム全体をずらして投射した（ｔｈｒｅｗ）。
【００１６】
さらに重要なことには、万一ソレノイドまたは機械作動システムが臨界係合期間内の任意の時点で故障した場合、人は脅威を追尾することはできず、妨害システムは侵入してくるミサイルを妨害することができないであろう。
【００１７】
したがって、可動部品を使わずに複数の焦点距離または複数の視野システムを提供する要件があった。複数視野システムを固定光学システムにすると、切り替えに関連する遅延が排除されるであろうと考えられていた。それはまた、堅牢な検索及び追尾システムを例外的に小さなパッケージ内に設けるように、機械的な誤動作の影響だけではなく位置合わせ誤差も排除するであろう。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
要するに、獲得のために広い視野、追尾のために狭い視野を提供するための固定光学システムを有する要件があった。
【００１９】
さらに、通常ミサイルは組で発射され、ジャマーは１度に１つずつそれらに対処しなければならない。したがって、１つのミサイルの追尾と妨害の両方を行うことができ、且つ以後の妨害のために第２のミサイルを特定／特徴付けするように、広い連続した視野を有するシステムが必要とされる。これは、獲得または追尾のどちらかを行うが、両方を同時に行うことがない視野切り替えシステムでは実行できない。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
獲得モード及び追尾モードに可変の視野を与えるために、本発明では、固定光学システムは、意図的な光学的な歪みを生じさせる光学系を備える。前記歪みは、システム焦点距離、ひいては視野を、目標物または対象がどの程度軸外にあるのかの関数として変化させるために導入される。意図的な歪みは視野の極端で短い焦点距離を提供し、対象が視野中心に近づくにつれて、つまり光学システムの中心線に沿って、さらに長い焦点距離に徐々に遷移し、解像度及び倍率が改善する。一実施形態では、探索モードの視野は３０°であるのに対し、追尾モードでは視野はその１０％、つまり３°である。
【００２１】
光ケージまたはアセンブリの光路の中へ、及び光路の外への回転はないため、アセンブリの移動に関連する遅延が排除される。探索モードと追尾モードの間にタイムラグはなく、前述した２つの視野システムのケースと同様に、追尾モードから探索モードに戻る際に問題はない。さらに、主題システムは可動部品を有さないため、任意の機械的な位置合わせの問題、及びモータが動かなくなるつまり停止する可能性があるという問題が排除される。さらに、光学系のハードマウントセットを有することにより、高振動環境または高速温度変化にまつわる問題が排除される。したがって、主題の固定光学システムを用いると、信頼性が高まった。
【００２２】
したがって、提供されるのは、獲得用の広い視野から高精度の追尾用の狭い視野の全面的な範囲を提供する、単一の光学系のハードマウントセットである。視野は意図的にその正常な狭い視野から、まず第一に大幅に軸外である対象用の広い視野に歪められている。
【００２３】
運用中、一旦目標物が探索モードの間に獲得されると、ジンバルで支承された光学系がシステムの光学軸に沿って検出された目標物を中心に置く。システムの検出器十字線の中心に目標物を置くために光学ヘッドをジンバルで支承することは、システムは倍率増加を実現し、したがって改善された追尾解像度の要因である。目標物が光学軸上に移動するにつれ、短い焦点距離を有するよりむしろ、システムは導入された故意による歪みのために相対的に長い焦点距離を有している。
【００２４】
主題の出願では、ミサイルまたは他の脅威の種類を認識することは必要ではないことを注記する。赤外線妨害システムでは、ミサイルの柱状噴出である放射性の熱源を取り除いている。背景から引き出される熱いソースの存在よりもむしろ、どの型のミサイルが使用されているのかを認識しようとしている。したがって、軸外ミサイルが少し歪められているとしても、それはなお熱い点であるため心配しすぎることはない。したがって、単にその上に中心を置く以外なにも認識しようとしない。
【００２５】
検出される目標物が検出器視野の中心になるようにヘッドをジンバルで支承することによって、ジンバル駆動装置内のモータは、現在意図的に歪められた光学システムのために非常に狭い視界である検出器の中心に侵入してくる、ミサイルの柱状噴出を正確に配置する追尾モードで活用されている。
【００２６】
一実施形態では、主題のシステムは目標物を焦点面アレイの上に撮像するために、固定された対物レンズ及び１つのアイレンズまたはリレーレンズを含んでいる。この実施形態では、両方のレンズとも収斂レンズであり、それらがともに凸面レンズ／凸面型レンズであるという点で正の焦点距離を有する。対物レンズはスポットに画像の焦点を合わせ、アイレンズまたはリレーレンズがその焦点を焦点面アレイ上にあわせることが注記されるであろう。
【００２７】
利用される歪みのタイプは、固定光学システムからより広い視野を得るために意図的に活用される、いわゆる樽形歪みである。この目的のため、対物レンズグループは、軸外対象用の広い視野を得るために周囲で歪みを徐々に増すように構成されている。一実施形態では、目標物が軸上にあるときに望遠レンズに相当する固定対物レンズの通常８８ミリメートルの焦点距離は、対象物が望遠レンズに関連付けられる狭い視野の外側に移動するときに焦点距離で徐々に現ずる。
【００２８】
一例として、対象が、例えば対物レンズの中心線からプラス５°またはマイナス５°移動すると、システムの有効焦点距離は４４ミリメートルとなる。したがって、視野の端縁では、光学システムは、広い視野を提供する短い焦点距離である、４４ミリメートルの焦点距離をそれが有するように見えるようにレンズシステムに内蔵される２対１の歪みである。レンズシステムの中心線に近い対象の場合、光学系は優れた追尾及び優れた解像度のための８８ミリメートル焦点距離システムのように見える。このようなシステムでは、対象は、それらが光学システムの光学軸知覚にあるときに２Ｘで拡大されるのに対し、それらは視野の極端ではそのサイズの半分である。
【００２９】
一実施形態では、視野を増すために必要とされる光学的な歪みを提供するシステムは、凸形／凸形レンズを含む旧式の望遠レンズを含む。代わりにこの後には負／負または凹形／凹形レンズが続き、２枚のレンズがともに対物レンズとして使用される望遠レンズを形成する。
【００３０】
光学システムでは、鋭く曲げられたレンズの中間グループ（ｍｉｄｇｒｏｕｐ）がある。これらのレンズの第１は、代わりに負／正レンズが後に続く正／負レンズが後に続く正／負レンズである。視野の歪みの大部分が生成されるトランスファレンズグループと呼ばれるこのグループのレンズは、望遠グループから画像を生成する。この画像は、リレーレンズアセンブリと呼ばれる２枚レンズグループであるレンズの次のグループによって移される。リレーレンズアセンブリは焦点面に空間像を移す。
【００３１】
必要とされる歪みが、広い多岐に渡る化学組成を有する多くのレンズによって多くの異なる方法で提供されてよいことが理解されるであろうが、一実施形態では、電磁スペクトルの赤外線領域の必要とされる歪みはシリコン、ゲルマニウム、カルコゲナイドガラス、硫化亜鉛、セレン化亜鉛、及びフッ化カルシウムレンズの組み合わせによって提供される。
【００３２】
このような光学システムの場合、約４０ミクロンの小型回折限定軸上画像サイズが指定される。他のパラメータは、スポットサイズが、フィールドの端縁にある画像の場合、前記軸上スポットサイズ、つまり例えば６０ミクロンの約１．５倍を超えて上昇しないということである。
【００３３】
要するに、主題の光学系は検出器上で焦点が合わせられるレンズとして説明できる。レンズの焦点距離が指定される検出器サイズのシステム視野を決定し、焦点距離が長くなるほど、視野が狭くなる。
【００３４】
焦点距離対レンズ直径の割合は画像品質に影響を及ぼし、数が大きくなるほど、画像品質がよくなることが注記される。
【００３５】
固定光学システムの場合の所望の結果とは、システムの光学軸からさらに遠い目標物を獲得できるように、それに短い焦点距離を暗示する広い視野を与えることであろう。他方、一旦目標物が獲得されると、点状源の正確な追尾は長い焦点距離レンズから生じる優れた中心解像度を必要とする。
【００３６】
したがって、提供されるのは、視界端縁での解像度のための広い視野の場合の短い焦点距離から、狭い視野、視界中心での高い解像度へ変化する非線形システムである。光学的歪みのための技法は、視野の端縁での解像度に比較される光学システムの中心解像度を改善する中心（Ｆｏｖｅａｌ）光学系または非線形光学系を設計することを含む。その目的は、視野の端縁にある対象の場合、曲げられた、または歪められた画像、魚眼レンズの画像のような何かを生じさせるように光学設計において意図的に光学的な歪みを生じさせることである。
【００３７】
主題発明が、視野切り替え遅延及び不確実性なしに、１つの円滑な連続する動作で目標物獲得モードから目標物追尾モードに移動する能力を提供することが理解されるであろう。光学系は２視野システムに関連付けられるより簡略、より安価およびさらに堅牢である。さらに、主題のシステムでは、可動部品はなく、動作はさらに信頼できる。
【００３８】
要約すると、光学系の単一のハードマウントセットは、有向妨害用２視野システムに代わるために活用される。それは、１つの連続しているが歪められた視野内で、視界中心では高い目標物忠実度を持って適切に追尾する一方で、視野の端縁では目標物を検出、獲得、及び特徴付ける能力を含んでいる。複数目標物を使用する場合、一次目標物の追尾と二次目標物の獲得の両方とも同時に発生し、妨害効果を大幅に改善することができる。
【００３９】
主題発明のこれらの、及び他の特徴は、図面とともに詳細な説明に関してさらによく理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
ここで図１を参照すると、航空機１０が、２視野システムを確立する内蔵光学系（この図では不図示）を有するジンバル式逆探知（ｇｉｍｂａｌｅｄ  ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｄ）システム１２を有する典型的なシナリオが考えられる。探索モードの間、一実施形態では３０°の角度の範囲を定めるのに対し、追尾モードではシステムは任意の検出されたミサイルを追尾できるように３°の範囲を定める狭い視野１６に切り替わる広い視野１４が示されている。
【００４１】
ここでは、航空機１０に向かって個人２４によってショルダーランチャー２２から発射されたミサイル２０が示されている。
【００４２】
ミサイルが発射されたと検出される時点で、妨害システムの光学中心線は点線２６により図示されるものであり、狭い視野が広がるのはこの光学中心線の周辺である。
【００４３】
発射時、ミサイル２０は航空機１０に向かって点線２８により示されている飛行経路に沿って向けられている。広角光学システムが切り替えられる探索フェーズの間にミサイルが検出されると、妨害システムはその光学中心線２６がミサイル２０の飛行経路２８に一致するように矢印３０で示されるように移動するようにジンバルで支承される。
【００４４】
一旦これが発生すると、ミサイル２０は、その空間中の位置が正確に追尾できるように妨害システムの光学系の狭い視野内にある。
【００４５】
この従来技術のシステムの一実施形態では、追尾は、ミサイル２０を中心に据えるように光学システムを、あるいはシステムの十字線上で少なくともその柱状噴射をジンバルで支承することを必要とする。前記追尾は、高い倍率及び狭められた視野を必要とする光学フィードバックループで行われる。
【００４６】
ミサイルが一旦無事に追尾されると、妨害システム１２は、その結果ミサイルの飛行の線に一致するその光学軸に沿って妨害放射線を発する。この結果、妨害放射線はミサイルの標線または目標検知追尾装置の中に入り、ミサイルを被弾させる航空機１０から離して飛行させる、つまり被弾させる航空機１０から逸らす。
【００４７】
図２に示されているように、図１のシステムは最初に３２で示されるようにショルダーミサイルの発射を検出する。次に、３４で示されているように妨害システムのジンバルが脅威を獲得するために回転される。一旦脅威を獲得した、あるいはその存在を認識すると、ジンバルは３６で示されているように獲得視野の中心に検出された脅威に据えるように妨害システムの光学システムを回転する。
【００４８】
一旦獲得視野の中心に脅威を据えると、システムは、分かるように使用されている光学システムの光学中心線から離れる中間レンズの物理的な回転または移動を必要とする追尾モードに切り替わる。これにより光学系は３８に示されるように、追尾モードに切り替わり、ジンバルシステムは４０で示されているように追尾モード視野の中心に脅威を据えるために活用される。一旦脅威を追尾モード視野の中心に据えると、妨害放射線が４２で示されるように妨害システムの光学軸に沿って通され、それはミサイルの目標検知追尾装置に達し、このようにして目標検知追尾装置の誘導システムを混乱させ、ミサイルにその目的の目標物を見失わせる。
【００４９】
前述されたように、典型的なシナリオではショルダーミサイルを妨害するために約３秒かかり、広い視野から狭い視野への切り替えに遅延がある場合には、この切り替え遅延はミサイルを有効に妨害するのに必要な工程を経過するほど十分な時間がないほどの規模となってよい。
【００５０】
図３を参照すると、図１の妨害システム内の光学システムは、一般的には、好適実施形態では赤外線検出器の焦点面アレイである、検出器５６上で結果を撮像するアイレンズアセンブリまたはリレーレンズアセンブリ５４が後に続くフィールドチェンジャレンズアセンブリ５２が後に続く固定対物レンズシステム５０を含む。
【００５１】
追尾モードに入ると全体的なアセンブリの短い焦点距離で広い視野を提供するフィールドチェンジャは、光学システムの光学中心線６０から離れて矢印５８によって示されるように回転される。
【００５２】
結果として、光学軸６０に沿ってフィールドチェンジャが配備された状態で、システムの有向焦点距離は相対的に短くなる。しかしながら、フィールドチェンジャが光学軸６０から離れて回転するとき、望遠固定対物レンズシステム５０は、一実施形態でフィールドチェンジャが配備されているときの数倍となる焦点距離を有する。このようにして、一実施形態では、追尾モードで、焦点距離は探索モードの焦点距離の数倍、倍率の数倍となってよい。フィールドチェンジャがソレノイドまたはモータ６２を通して光学システムの外に回転することが注記される。
【００５３】
ここで図４を参照すると、従来技術の２視野システムの一実施形態では、対物レンズアセンブリ５０は、樽７６に取り付けられる固定レンズを構成する多くのレンズ７０、７２、及び７４を含む。
【００５４】
リフレクタ８２に沿ってレンズ７８及び８０から構成される対物レンズ及びリレーレンズアセンブリ５４の中間に、フィールドチェンジャに相当する可動アセンブリ５２がある。このレンズアセンブリは、そこから離間されたレンズ９２及び９６も含む樽９０内に多くのきわめて曲線状のレンズ８４、８６及び８８を含む。画像が追尾モードと探索または獲得モードの両方で焦点面アレイ９６上に撮像されるように、追尾モードの間に中心線６０から回転して離されるアセンブリ５２がある。
【００５５】
図５を参照すると、視野切り替え光学システムの場合、対象１００は軸外であり、探索モードまたは獲得モードで検出される。この対象はジンバルシステムにより十字線１０２の上にシフトされ、画像１００’は探索フェーズまたは獲得フェーズの間に十字線１０２の上にシフトされる。ここでは、フィールドチェンジャを用いる場合、変化するすべてが視野であり、画像１００と１００’はほぼ同じ大きさであることが注記される。しかし、広い視野の十字線中心、つまり検索取得中心は、追尾する狭い視野の十字線または検出器中心から変位されてよい。したがって、中心合わせプロセスは繰り返され、追尾十字線１０２上で画像１００を画像１００’にもたらす。主題の光学システムにより図２で排除されているのがこれらの余分な工程である。
【００５６】
説明される光学的歪み技法を使用し、ここで図６を参照すると、機械稼動部品を必要とするフィールドチェンジャがない一方、軸外である対象１０６は主題の中心（Ｆｏｖｅａｌ）光学システムの十字線１０８まで移動される。対象が十字線１０８上で中心に置かれると、主題のシステムにより導入される故意の歪みのために、画像１０６’の倍率は前記軸外画像１０６の２倍である。
【００５７】
要約すると、本発明の非線形システムは軸外画像を歪ませ、端縁ではそれらをさらに小さくする一方、光学系が十字線上の侵入してくるミサイルの中心に対してジンバルで支承されるときには、人は追尾モードでさらに優れた倍率を有し、さらに優れた倍率を用いて、より少ない時間内に、さらに高い精度で追尾することができ、信頼性は高まる。
【００５８】
図７を参照して、本発明の非線形結像系つまり中心（ＦＯＶＥＡＬ）結像系が概略で説明され、非線形結像レンズシステムは、２枚のレンズ１２０と１２２を有する。レンズ１２０は、基本的にはその端縁でさらにきつく巻き付けられ（ｗｒａｐｐｅｄ）、システムに歪んだ視野の特性を与える。したがって、例えば５°軸外１２４で、画像はレンズ１２０及び１２２を通して焦点面検出器アレイ１２６上に焦点を合わせられ、ここで１２８で示されているこの軸外画像についてシステムの有向焦点距離は、一実施形態では４４ミリメートルとなる。軸上焦点距離１２９は８８ミリメートルである。この実施形態では、レンズ歪みは中心対端縁解像度の２：１の比率を生じさせる。一実施形態では、このようなレンズの焦点数（Ｆ／ｎｏ．）は３．５であり、焦点距離は４４ミリメートル、入射瞳は１２．５ミリメートル、画像倍率は軸上対象の倍率の２分の１である。
【００５９】
軸上画像の場合、Ｆ数は３．５であり、有効焦点距離は８８ミリメートル、入射瞳は−２５ミリメートルであり、画像サイズはＸである。
【００６０】
この図の下の表から分かるように、画像０°、１°、２°、３°、４°、５°の軸外の場合、焦点は焦点面検出器上で地理的に示されている。
【００６１】
ここで分かるのは、故意に歪ませた光学系を用いると、レンズシステムの中心から端縁へ倍率が減少するということである。
【００６２】
図７の発見的な視野から説明されることが非線形つまり中心（Ｆｏｖｅａｌ）レンズシステムである一方、所望される歪みは多数の方法で達成できる。
【００６３】
用語、中心（ＦＯＶＥＡＬ）は、ここでは中心窩、網膜の一部が取り囲む網膜のさらによい感度及び解像度を有する人間の目に対する類推として使用される。本開示に記述されるように光学場を歪ませることによって検出器より、あるいは目のケースでは網膜よりも、むしろレンズによってさらに高い感度及び解像度が達成される。
【００６４】
所望されるひずみを達成する１つの方法は図８Ａに示されており、ここで、非線形対物レンズアセンブリ１３０が、多くの固定取り付けレンズから構成され、多くのきわめて曲線状のレンズ１３８、１４０及び１４２を有する中間レンズアセンブリ１３６が同様に後に続く、１つの対物レンズ１３２の後ろにコリメーティングレンズ１３４が続く。以下の指示から分かるように、対物レンズアセンブリ１３０は、図７のレンズ１２０及び１２２によって示されるように機能する。
【００６５】
対物レンズアセンブリにより提供される非線形変形の結果は、光学システムの焦点面にある焦点面アレイ１４８の上に画像の焦点を合わせるようにリレーレンズグループ１４６によって中継される。
【００６６】
軸１５０上に直接的に中心合わせされる対象の場合、画像は示されているように点１５２で焦点を合わせられる。３°分軸外である対象の場合、それは焦点１５４でアレイ１４８上で焦点を合わせられる。リレーレンズグループが示されているようにレンズ１５６及び１５８を含むことが理解されるであろう。
【００６７】
図８Ａに対して、類似した要素が類似した参照記号を有する図８Ｂを参照すると、５°軸外である画像の場合、５°画像焦点は焦点１５６で示されている。
【００６８】
レンズ製造メーカの観点からは、以下の公式または指示が、レンズ製造メーカがそれから本非線形レンズシステムを製造できる、中心（Ｆｏｖｅａｌ）４−５ミクロン対物リレータイプ８８ミリメートルＦ−３．５レンズアセンブリを説明する。ここでは、シリコン、ゲルマニウム、ＩＧ４及びＣｌｅａｒｔｒａｎ組成が示されたレンズのために使用されることが分かる。
【００６９】
このような公式化を用いて、倍率が中心軸に沿ってさらに大きく、５°軸外で２分の１の倍率に劣化する樽形歪みのある光学系が達成される。
【表１】
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【表２】
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【表３】
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【００７０】
本発明は多様な図の好適実施形態に関連して説明されてきたが、本発明の同じ機能をそこから逸脱することなく実行するために、他の類似した実施形態が使用されてよい、あるいは変型または追加が説明された実施形態に加えられてよいことが理解されるべきである。したがって、本発明は任意の単一の実施形態に限定されるべきではなく、むしろ添付請求項の詳説に従った広さ及び範囲で解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】ショルダーミサイルが航空機に向けて発射され、前記ミサイルがジンバルで支承された追尾装置の広い視野の中で検出される探索及び追尾シナリオの概略図であり、追尾モードで使用するための狭められた視野も示している。
【図２】前記発射の検出と、ジンバルを回転することと、前記ミサイルを獲得することと、前記獲得視野内でミサイルを中心に置くことと、光学系を追尾モードに切り替えることと、追尾モード視野でミサイルを中心に置くことと、妨害放射線を発することとを含む図１の前記ミサイルの妨害の工程を示すフローチャートであり、本発明で光学切り替え工程を排除する能力も示す。
【図３】視野切り替えのために固定対物レンズシステムの中心線から離れるフィールドチェンジャ（ｆｉｅｌｄ  ｃｈａｎｇｅｒ）の回転の概略図である。
【図４】２視野システムの断面図であり、焦点距離を増し、視野を狭め、倍率を高めることによって追尾を支援するための固定対物レンズシステムの光学中心線から離れて回転される可動レンズアセンブリの活用を描いている。
【図５】図３の視野切り替え光学システムの視野の概略図であり、追尾モードで２視野システムを描き、視野の十字線知覚の脅威対象を描いている。
【図６】脅威対象が第１の軸外にあり、次に中心（Ｆｏｖｅａｌ）光学システムの十字形に中心が合わせられる本発明の中心（Ｆｏｖｅａｌ）光学システムの概略図である。
【図７】視野歪みの場合の非線形結像レンズを描く本発明の概略図であり、軸外の脅威の場合の焦点距離の短縮遠近法を示す。
【図８Ａ】リレーレンズグループが後に続く望遠レンズ部分及び中間レンズ部分を有する対物レンズアセンブリを含む本主題の一実施形態の概略図であり、焦点面アレイ検出器上での軸上焦点及び３°軸外の焦点を示す。
【図８Ｂ】５°の軸外画像及び結果として生じる５°の焦点を描く図８Ａのシステムの概略図である。
【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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【国際調査報告】
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