(57)【要約】      （修正有）【課題】対象物の接近を効率的に抑制することができるレーザ照射システム、および対象物の判別装置を提供する。【解決手段】レーザ照射システム１０は、第１光照射部１００と、第２光照射部１１０と、検知部１３０と、判別部１４０と、接近抑制部と、を持つ。第１光照射部は、第１波長のレーザ光Ｌ１−２を出射する第１光源１０２と、第１波長のレーザ光により励起して第２波長のレーザ光Ｌ１−１を対象物に照射する第２光源１０４とを有する。第２光照射部は、第１光源から出射された第１波長のレーザ光を対象物に照射する。検知部は、対象物による反射光Ｌ２の強度を波長毎に検知する。判別部は、第１波長のレーザ光の強度と第１波長の光強度とに基づく第１レーザ光の減衰率と第２波長の光強度とに基づいて、対象物の種別を判別する。接近抑制部は、判別部により判別された種別に基づいて対象物の接近を抑制する手法を選択し、対象物の接近を抑制する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長のレーザ光を出射する第１の光源と、前記第１の光源により出射された前記第１の波長のレーザ光により励起されて第２の波長のレーザ光を対象物に照射する第２の光源とを有する第１の光照射部と、
前記第１の光源から出射された前記第１の波長のレーザ光を前記対象物に照射する第２の光照射部と、
前記対象物による反射光の強度を波長毎に検知する検知部と、
前記第２の光照射部により照射された前記第１の波長のレーザ光の強度と前記検知部により検知された前記第１の波長の光の強度とに基づく前記第１の波長のレーザ光の減衰率と、前記検知部により検知された前記第２の波長の光の強度とに基づいて、前記対象物の種別を判別する判別部と、
前記判別部により判別された種別に基づいて、前記対象物の接近を抑制する手法を選択し、前記選択した手法で前記対象物の接近を抑制する接近抑制部と、
を備える、レーザ照射システム。
【請求項２】
前記第２の光照射部は、前記第１の光源から前記第２の光源に向けて出射されている前記第１の波長のレーザ光を分岐する分岐部と、前記分岐部により分岐された前記第１の波長のレーザ光を反射する反射部と、
を備える、請求項１に記載のレーザ照射システム。
【請求項３】
前記第２の波長のレーザ光は、前記第１の波長のレーザ光に比して水蒸気による減衰率が低い、
請求項１または２に記載のレーザ照射システム。
【請求項４】
前記判別部は、前記検知部により検知された前記第２の波長の光の強度を、前記第１の波長のレーザ光の減衰率により補正し、補正した値が閾値以上である場合に、前記対象物の種別が光の反射率が高い種別であることを判別し、補正した値が閾値未満である場合に、前記対象物の種別が光の反射率が低い種別であることを判別する、
請求項１から３のうち、いずれか１項に記載のレーザ照射システム。
【請求項５】
第１の波長のレーザ光を出射する第１の光源と、前記第１の光源により出射された前記第１の波長のレーザ光により励起して第２の波長のレーザ光を対象物に照射する第２の光源とを有する第１の光照射部と、
前記第１の光源から出射された前記第１の波長のレーザ光を前記対象物に照射する第２の光照射部と、
前記対象物による反射光の強度を波長毎に検知する検知部と、
前記第２の光照射部により照射された前記第１の波長のレーザ光の強度と前記検知部により検知された前記第１の波長の光の強度とに基づく前記第１の波長のレーザ光の減衰率と、前記検知部により検知された前記第２の波長の光の強度とに基づいて、前記対象物の種別を判別する判別部と、
を備える対象物の判別装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、レーザ照射システム、および対象物の判別装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、飛行体に接近している対象物を検出して、検出した対象物の接近を抑制するレーザ照射システムがある。この種のレーザ照射システムは、対象物の接近を抑制する場合に様々なタイプの対象物に対応するために複数の動作を実施しているので、実施した複数の動作のうち無駄になる動作がある場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−３９２８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、対象物の接近を効率的に抑制することができるレーザ照射システム、および対象物の判別装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態のレーザ照射システムは、第１の光照射部と、第２の光照射部と、検知部と、判別部と、接近抑制部と、を持つ。前記第１の光照射部は、第１の波長のレーザ光を出射する第１の光源と、前記第１の光源により出射された前記第１の波長のレーザ光により励起されて第２の波長のレーザ光を対象物に照射する第２の光源とを有する。前記第２の光照射部は、前記第１の光源から出射された前記第１の波長のレーザ光を前記対象物に照射する。前記検知部は、前記対象物による反射光の強度を波長毎に検知する。前記判別部は、前記第２の光照射部により照射された前記第１のレーザ光の強度と前記検知部により検知された前記第１の波長の光の強度とに基づく前記第１のレーザ光の減衰率と、前記検知部により検知された前記第２の波長の光の強度とに基づいて、前記対象物の種別を判別する。前記接近抑制部は、前記判別部により判別された種別に基づいて、前記対象物の接近を抑制する手法を選択し、前記選択した手法で前記対象物の接近を抑制する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】実施形態の飛行体１の一例を示す図。
【図２】実施形態のレーザ照射システム１０の一例を示す図。
【図３】実施形態のレーザ照射システム１０における処理の流れの一例を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、実施形態のレーザ照射システム、および対象物の判別装置を、図面を参照して説明する。
【０００８】
図１は、実施形態の飛行体１の一例を示す図である。実施形態の飛行体１は、例えば、レーザ照射システム１０と、対象物検知装置２０と、接近抑制装置３０と、制御装置４０とを含む。飛行体１は、例えば、航空機、船、車両、または無人機などである。実施形態のレーザ照射システム１０は、例えば、飛行体１に接近している接近対象物２００の接近を抑制するものである。
【０００９】
接近対象物２００は、飛行物体であってもよく、地上において移動する物体であってもよい。接近対象物２００は、光型または電波型に分類される。光型の接近対象物２００は、光学系装置を備える。接近対象物２００の光学系装置は、レンズなどを含む光学系を介して入射した光を解析することで接近対象物２００の移動方向を探索する。電波型の接近対象物２００は、電波受信装置を備える。接近対象物２００の電波受信装置は、例えば先鋭形のレドームに収容されたアンテナにより接近対象物２００に到来した電波を受信する。電波受信装置は、受信信号に基づいて電波を解析することで接近対象物２００の移動方向を探索する。光型の接近対象物２００は、光の反射率が高い種別に相当する。電波型の接近対象物２００は、光型の接近対象物２００よりも、光の反射率が低い種別に相当する。
【００１０】
レーザ照射システム１０は、飛行体１から接近対象物２００にレーザ光Ｌ１を照射し、接近対象物２００において反射した反射光Ｌ２を検知する。レーザ照射システム１０は、後述するように、検知した反射光Ｌ２に基づいて接近対象物２００の種別が光型か電波型かを判別する。
【００１１】
対象物検知装置２０は、接近対象物２００を検知し、接近対象物２００の位置を特定する。対象物検知装置２０は、例えば、赤外線および紫外線などの各種波長の光センサを備える。対象物検知装置２０は、光センサにより得られた情報に基づいて飛行体１の周囲の物体を検知し、検知した物体が飛行体１に接近しているか否かを判定する。対象物検知装置２０は、物体が飛行体１に接近している接近対象物２００である場合、飛行体１に対する接近対象物２００の相対位置および方向などに関する位置情報を、制御装置４０に出力する。
【００１２】
接近抑制装置３０は、接近対象物２００が飛行体１に接近することを抑制する。接近抑制装置３０は、例えば、光型動作部３２と、電波型動作部３４とを含む。光型動作部３２は、レーザ照射システム１０により接近対象物２００の種別が光型と判別された場合に、所定の光型の接近抑制動作を行う。光型の接近抑制動作は、レーザ光を出射する動作などの飛行体１の外部に向けて光を放出する動作である。これにより、接近抑制装置３０は、接近対象物２００により検知される光に変化を与える。電波型動作部３４は、レーザ照射システム１０により接近対象物２００の種別が電波型と判別された場合に、所定の電波型の接近抑制動作を行う。電波型の接近抑制動作は、飛行体１に向かう電波または飛行体１から遠ざかる電波を散乱させる動作などが含まれる。これにより、接近抑制装置３０は、接近対象物２００により検知される電波に変化を与える動作である。
【００１３】
制御装置４０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサがプログラムメモリに格納されたプログラムを実行することにより実現される。また、制御装置４０のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、またはＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等のハードウェアにより実現されてもよい。制御装置４０は、レーザ照射システム１０により判別された種別に基づいて、接近対象物２００の接近を抑制する手法を選択する。制御装置４０は、レーザ照射システム１０により判別された種別が光波型である場合、接近対象物２００の接近を抑制する手法として、光型動作部３２およびレーザ照射システム１０を動作させることを選択する。制御装置４０は、レーザ照射システム１０により判別された種別が電波型である場合、接近対象物２００の接近を抑制する手法として、電波型動作部３４を動作させることを選択する。
【００１４】
図２は、実施形態のレーザ照射システム１０の一例を示す図である。レーザ照射システム１０は、例えば、第１の光照射部１００と、第２の光照射部１１０と、光入射部１２０と、検知部１３０と、判別部１４０とを含む。
【００１５】
第１の光照射部１００は、例えば、第１の光源１０２と、第２の光源１０４と、波長変換部１０６と、照射レーザ出射部１０８とを含む。
【００１６】
第１の光源１０２は、水蒸気により吸収されやすい（水蒸気による減衰率が高い）第１の波長のレーザ光を出射する。第１の光源１０２は、例えば、コアに希土類を添加したファイバを備えるレーザ光源である。第１の光源１０２は、第１の波長として、例えば１５５０ナノメートルの波長のレーザ光を出射する。第１の波長のレーザ光Ｌ１０は、光学素子１１２を通過してレーザ光Ｌ２０として第２の光源１０４に導かれる。
【００１７】
第２の光源１０４は、第１の光源１０２により出射されたレーザ光Ｌ２０により励起される。第２の光源１０４は、レーザ光Ｌ２０が入射された場合に、レーザ光Ｌ２０の波長よりも長い波長のレーザ光Ｌ２１を出射する。第２の光源１０４は、例えば、波長が２マイクロメートルのレーザ光Ｌ２１を出射する。
【００１８】
波長変換部１０６は、レーザ光の波長を変換する波長変換素子を含む。波長変換部１０６は、レーザ光Ｌ２１の波長を、第１の波長のレーザ光に比して雲などの水蒸気による減衰率が低い第２の波長のレーザ光に変換する。波長変換部１０６は、例えば、２マイクロメートルの波長を３マイクロメートルまたは４マイクロメートルの波長に変換する。照射レーザ出射部１０８は、波長変換部１０６により波長が変換されたレーザ光Ｌ２２を、照射レーザＬ１−１として外部に放出する。照射レーザ出射部１０８は、例えば、飛行体１の外部に光Ｌ２２を通過させる透明ガラスやレンズなどの光学素子である。なお、以下の説明において、第２の波長を、「照射波長」と記載する。
【００１９】
第２の光照射部１１０は、例えば、光学素子１１２と、反射ミラー１１４と、参照レーザ出射部１１６とを含む。
【００２０】
光学素子１１２は、例えば、ハーフミラーである。ハーフミラーは、第１の光源１０２から第２の光源１０４に向けて出射されている照射波長のレーザ光Ｌ１０を分岐する分岐部の一例である。光学素子１１２は、第１の光源１０２から照射されるレーザ光Ｌ１０の一部のレーザ光Ｌ２０を第２の光源１０４に導くとともに、レーザ光Ｌ１０の一部以外のレーザ光Ｌ１１を反射ミラー１１４に導く。
【００２１】
反射ミラー１１４は、光学素子１１２から導かれたレーザ光Ｌ１１を反射して、参照レーザ出射部１１６に導く。参照レーザ出射部１１６は、レーザ光Ｌ１１を、参照レーザＬ１−２として外部に放出する。参照レーザ出射部１１６は、例えば、飛行体１の外部に光Ｌ１１を通過させる透明ガラスやレンズなどの光学素子である。なお、以下の説明において、第２の波長を、「参照波長」と記載する。
【００２２】
光入射部１２０は、例えば、飛行体１の外部から到来する光を入射する透明ガラスやレンズなどの光学素子である。
【００２３】
検知部１３０は、接近対象物２００による反射光Ｌ１の強度を波長毎に検知する。検知部１３０は、例えば、光切替部１３２と、受光部１３４とを含む。光切替部１３２は、第１の波長の光と第２の波長の光とを切り替えて、受光部１３４に光を導く。光切替部１３２は、例えば、照射波長の光を通過させる波長フィルタと、参照波長の光を通過させる波長フィルタとを切り替えることで、照射波長の光と参照波長の光とを交互に受光部１３４に導く。また、光切替部１３２は、第１の光照射部１００および第２の光照射部１１０が照射レーザＬ１−１と参照レーザＬ１−２とを交互に出射している場合、出射しているタイミングと同期して、照射波長の光を受光部１３４に導く期間と、参照波長の光を受光部１３４に導く期間とを交互に切り替えてもよい。さらに、光切替部１３２は、光照射部により参照波長の光と照射波長の光とを分離して、照射波長の光を受光部１３４に導く期間と、参照波長の光を受光部１３４に導く期間とを交互に切り替えてもよい。
【００２４】
受光部１３４は、例えば、光電変換素子を含む。受光部１３４は、光切替部１３２から導かれた光の強度に対応した光強度信号を生成する。光切替部１３２は、照射波長の光の光強度信号と、参照波長の光の光強度信号とを判別部１４０に供給する。
【００２５】
判別部１４０は、例えばＣＰＵ等のプロセッサがプログラムメモリに格納されたプログラムを実行することにより実現される。また、判別部１４０のうち一部または全部は、ＬＳＩ、ＡＳＩＣ、またはＦＰＧＡ等のハードウェアにより実現されてもよい。判別部１４０は、照射波長の光の光強度信号および参照波長の光の光強度信号に基づいて、接近対象物２００の種別を判別する。
【００２６】
以下、接近対象物２００の種別を判別し、判別した種別に基づいて接近対象物２００の接近を抑制することについて説明する。図３は、実施形態のレーザ照射システム１０における処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【００２７】
まず、対象物検知装置２０は、接近対象物２００の位置情報を取得する（ステップＳ１００）。対象物検知装置２０は、取得した接近対象物２００の位置情報を制御装置４０に供給する。
【００２８】
次に、制御装置４０は、レーザ照射システム１０に照射レーザＬ１−１および参照レーザＬ１−２を照射させる（ステップＳ１０２）。制御装置４０は、接近対象物２００の位置情報に基づいて、接近対象物２００に向けて照射レーザＬ１−１および参照レーザＬ１−２を照射させる。また、制御装置４０は、照射レーザＬ１−１および参照レーザＬ１−２を同時に照射させてよいが、これに限定されない。制御装置４０は、照射レーザＬ１−１と参照レーザＬ１−２とを交互に切り替えて照射してもよい。
【００２９】
次に、レーザ照射システム１０は、接近対象物２００の表面で照射レーザＬ１−１および参照レーザＬ１−２が反射されることによって得られる反射光Ｌ２を検知する（ステップＳ１０４）。レーザ照射システム１０は、例えば、対象物検知装置２０により検知された飛行体１と接近対象物２００との相対距離に対応する反射光Ｌ２の光の入射期間において反射光Ｌ２を検知する。レーザ照射システム１０は、反射光Ｌ２のうち照射レーザＬ１−１が接近対象物２００の表面で反射した照射波長の光の光強度信号を生成する。レーザ照射システム１０は、反射光Ｌ２のうち参照レーザＬ１−２が接近対象物２００の表面で反射した参照波長の光の光強度信号を生成する。
【００３０】
次に、判別部１４０は、参照波長の光の光強度信号に基づいてゲインを算出する（ステップＳ１０６）。参照波長の光の光強度信号は、飛行体１と接近対象物２００との間に雲などの水蒸気がある場合、飛行体１と接近対象物２００との間に雲などの水蒸気がない場合よりも低くなる。判別部１４０は、出射した参照レーザＬ１−２の光強度に対する、受光した参照波長の光の光強度の割合を参照レーザＬ１−２の減衰率（α）として算出する。減衰率は、飛行体１と接近対象物２００との間に存在する水蒸気の濃度が高いほど、高い値になる。判別部１４０は、減衰率の逆数（１／α）に所定の係数（ｋ）を乗算した値をゲインとして算出する。所定の係数は、環境などの要因によりゲインを調整するための値である。
【００３１】
次に、判別部１４０は、算出したゲインを用いて照射波長の光の反射率を算出する（ステップＳ１０８）。判別部１４０は、照射波長の光の強度に、ゲイン（ｋ・１／α）を乗算した値を照射波長の光の反射率として算出する。これにより、判別部１４０は、飛行体１と接近対象物２００との間に存在する雲などの水蒸気の影響を補正した照射波長の光の反反射率を算出する。
【００３２】
判別部１４０は、照射波長の光の強度にゲイン（ｋ・１／α）を乗算して照射波長の光の反射率を算出したが、これに限定されない。判別部１４０は、反射光Ｌ２のうち照射波長の光の強度を、反射光Ｌ２のうち参照波長の光の強度で除算した値を照射波長の光の反射率として算出してもよい。
【００３３】
次に、判別部１４０は、算出した照射波長の光の反射率が閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。閾値は、光波型の接近対象物２００から反射される参照波長の光の強度程度に設定されている。閾値は、照射レーザＬ１−１の出射強度などに対応した固定値であってもよく、飛行体１に対する接近対象物２００の相対位置および方向などによって変化する可変値であってもよい。
【００３４】
判別部１４０は、算出した照射波長の光の反射率が閾値以上である場合、接近対象物２００の種別が光波型であると判定する。判別部１４０は、判定結果を制御装置４０に供給する。制御装置４０は、接近対象物２００に向けた照射レーザＬ１−１の照射を継続させる（ステップＳ１１２）。また、制御装置４０は、光型動作部３２を動作させることで、接近対象物２００の接近を抑制する（ステップＳ１１２）。
【００３５】
判別部１４０は、算出した照射波長の光の反射率が閾値未満である場合、接近対象物２００の種別が電波型であると判定する。判別部１４０は、判定結果を制御装置４０に供給する。制御装置４０は、照射レーザＬ１−１の照射を停止させる（ステップＳ１１４）。また、制御装置４０は、電波型動作部３４を動作させることで、接近対象物２００の接近を抑制する（ステップＳ１１４）。
【００３６】
以上説明したレーザ照射システム１０によれば、参照レーザＬ１−２の減衰率と、照射波長の光の強度とに基づいて接近対象物２００の種別を判別することができる。これにより、飛行体１によれば、対象物検知装置２０の種別が光波型である場合には、電波型動作部３４の動作を停止させた状態で、光型動作部３２の動作を開始させることができる。この結果、飛行体１によれば、対象物検知装置２０の種別が光波型である場合に電波型動作部３４を動作させることによる無駄を抑制することができる。また、飛行体１によれば、対象物検知装置２０の種別が電波型である場合には、光型動作部３２の動作を停止させた状態で、電波型動作部３４の動作を開始させることができる。この結果、飛行体１によれば、対象物検知装置２０の種別が電波型である場合に光型動作部３２を動作させることによる無駄を抑制することができる。飛行体１によれば、対象物検知装置２０の種別が電波型である場合には、第１の光照射部１００の動作を停止させることができる。この結果、飛行体１によれば、対象物検知装置２０の種別が電波型である場合に第１の光照射部１００の動作を継続させることによる無駄を抑制することができる。
【００３７】
これらの結果、飛行体１によれば、接近対象物２００の接近を抑制するためのコストが嵩むことを抑制することができる。また、飛行体１によれば、光型動作部３２および電波型動作部３４を無駄に動作させた結果、接近対象物２００の接近を抑制したい場合に光型動作部３２または電波型動作部３４を動作させることができないという不具合を抑制することができる。
【００３８】
さらに、飛行体１によれば、接近対象物２００の種別の判別に、光型の接近対象物２００の接近を抑制するレーザ照射システム１０の機能を利用するので、レーザ照射システム１０に第２の光照射部１１０を追加することで接近対象物２００の種別を判別することができる。これにより、飛行体１は、追加コスト、および装置の大型化を抑制することができる。また、飛行体１によれば、既存の飛行体１周囲の水蒸気を計測する装置を搭載する必要が無く、積載量の増加を抑制することができる。
【００３９】
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、参照波長のレーザ光を出射する第１の光源１０２と、第１の光源１０２により出射された参照波長のレーザ光により励起されて照射波長のレーザ光を接近対象物２００に照射する第２の光源１０４とを有する第１の光照射部１００と、第１の光源１０２から出射された参照波長のレーザ光を接近対象物２００に照射する第２の光照射部１１０と、参照波長の光の強度、および照射波長の光の強度を検知する検知部１３０と、第２の光照射部１１０により照射された照射レーザＬ１−１の強度と検知部１３０により検知された参照波長の光の強度とに基づく照射レーザＬ１−１の減衰率と、検知部１３０により検知された照射波長の光の強度とに基づいて、接近対象物２００の種別を判別する判別部１４０とを持つので、判別部１４０により判別された接近対象物２００の種別に対応した動作を行うことができ、接近対象物２００の接近を効率的に抑制することができる。
【００４０】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４１】
１…飛行体、１０…レーザ照射システム、２０…対象物検知装置、３０…接近抑制装置、３２…光型動作部、３４…電波型動作部、４０…制御装置、１００…第１の光照射部、１０２…第１の光源、１０４…第２の光源、１０６…波長変換部、１０８…照射レーザ出射部、１１０…第２の光照射部、１１２…光学素子、１１４…反射ミラー、１１６…参照レーザ出射部、１２０…光入射部、１３０…検知部、１３２…光切替部、１３４…受光部、１４０…判別部、２００…接近対象物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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