(57)【要約】【課題】赤外線センサを有する飛翔体からの追尾を免れることが可能な光応答装置及び光応答システムを提供する。【解決手段】赤外線帯域において波長掃引されたレーザ光を放出するレーザ発生器と、前記波長掃引される波長帯域において感度を有し、前記レーザ発生器から放出され被検知体により反射されたレーザ光を検出する受信器と、前記受信器において得られた検出信号を解析する解析器と、を備え、前記解析器は、前記被検知体により反射されたレーザ光の強度が低下する探索波長を解析し、前記レーザ発生器は、前記探索波長に固定されたレーザ光を前記被検知体に向けて放出することを特徴とする光応答装置が提供される。【選択図】図１
2009139569.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤外線帯域において波長掃引されたレーザ光を放出するレーザ発生器と、
前記波長掃引される波長帯域において感度を有し、前記レーザ発生器から放出され被検知体により反射されたレーザ光を検出する受信器と、
前記受信器において得られた検出信号を解析する解析器と、
を備え、
前記解析器は、前記被検知体により反射されたレーザ光の強度が低下する探索波長を解析し、
前記レーザ発生器は、前記探索波長に固定されたレーザ光を前記被検知体に向けて放出することを特徴とする光応答装置。
【請求項２】
前記レーザ発生器は、シード光源と、シード光源からの放出光を変換する波長変換部と、を有し、
前記シード光源及び前記波長変換部には、非線形結晶素子が含まれ、
前記非線形結晶素子への入射光の角度を変えることにより前記非線形結晶素子からの放出光の波長を掃引可能とたことを特徴とする請求項１記載の光応答装置。
【請求項３】
前記非線形結晶素子は、光パラメトリック発振を行うことを特徴とする請求項２記載の光応答装置。
【請求項４】
前記レーザ発生器は、合成ミラー部をさらに有し、    
前記シード光源は、第１の非線形結晶素子を含み、第１シグナル光及び第１アイドル光を放出し、
前記波長変換部は、第２の非線形素子を含み、第２シグナル光及び第２アイドル光を放出し、
前記第１アイドル光、前記第２シグナル光及び前記第２アイドル光は、前記合成ミラー部の出射光軸に沿ってそれぞれ放出可能とされたことを特徴とする請求項２または３に記載の光応答装置。
【請求項５】
前記レーザ発生器は、前記シード光源と前記波長変換部との間に設けられたファイバ増幅器をさらに含むことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載の光応答装置。
【請求項６】
前記レーザ発生器は、前記ファイバ増幅器と前記波長変換部との間に設けられた偏光分離ミラーをさらに有し、前記偏光分離ミラーにより分離されたｐ波及びｓ波がそれぞれ波長変換され、前記合成ミラー部により合成され、前記出射光軸に沿って放出することを特徴とする請求項５記載の光応答装置。
【請求項７】
移動体の排気ガスから放射される赤外線の波長帯域よりも狭い波長帯域の探索波長を用いて前記移動体を追尾する飛翔体に向けて、波長掃引されたレーザ光を前記移動体から放出するレーザ発生器と、
前記飛翔体により反射された前記レーザ光の反射光強度の波長依存性に基づいて前記探索波長を推定する解析器と、
を備え、
前記推定された前記探索波長に固定されたレーザ光を前記飛翔体に向けて前記レーザ発生器から放出して前記飛翔体の追尾を妨害可能としたことを特徴とする光応答システム。
【請求項８】
前記反射光強度は、前記探索波長近傍において低下することを特徴とする請求項７記載の光応答システム。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光応答装置及び光応答システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ジェット機などの飛行体から放出される高温排気ガスの輻射は、赤外線帯域の波長を有する。このため、この波長帯域に感度を有するセンサにより、飛行体を追尾することが可能である。
【０００３】
このセンサが検出感度を有する波長帯域において、センサに向けて妨害光を放射すれば、センサの正常動作が困難となり飛翔体からの追尾を免れることができる。
【０００４】
飛行高度における赤外線の透過率は波長に依存し、透過率が高い赤外線帯域を「大気の窓」と呼ぶ。通常、飛行体を追尾するためのセンサはこの大気の窓の帯域内の狭い波長帯域に検出感度を有するように設計される。
【０００５】
波長変換レーザ装置に関する技術開示例がある（特許文献１）。この技術開示例では、第１段目の波長変換光学系から出力された波長の異なる少なくとも２つのレーザ光の強度比を可変にできる。しかしながら、飛翔体からの追尾を妨害するために照射するレーザ光の波長は飛翔体に備えられたセンサの探索波長であればよく、他の波長のレーザ光は不要である。
【特許文献１】特開２００２−１３９７５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
赤外線センサを有する飛翔体からの追尾を免れることが可能な光応答装置及び光応答システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、赤外線帯域において波長掃引されたレーザ光を放出するレーザ発生器と、前記波長掃引される波長帯域において感度を有し、前記レーザ発生器から放出され被検知体により反射されたレーザ光を検出する受信器と、前記受信器において得られた検出信号を解析する解析器と、を備え、前記解析器は、前記被検知体により反射されたレーザ光の強度が低下する探索波長を解析し、前記レーザ発生器は、前記探索波長に固定されたレーザ光を前記被検知体に向けて放出することを特徴とする光応答装置が提供される。
【０００８】
また、本発明の他の一態様によれば、移動体の排気ガスなどから放射される赤外線の波長帯域よりも狭い波長帯域の探索波長を用いて前記移動体を追尾する飛翔体に向けて、波長掃引されたレーザ光を前記移動体から放出するレーザ発生器と、前記飛翔体により反射された前記レーザ光の反射光強度の波長依存性に基づいて前記探索波長を推定する解析器と、を備え、前記推定された前記探索波長に固定されたレーザ光を前記飛翔体に向けて前記レーザ発生器から放出して前記飛翔体の追尾を妨害可能としたことを特徴とする光応答システムが提供される。
【発明の効果】
【０００９】
赤外線センサを有する飛翔体からの追尾を免れることが可能な光応答装置及び光応答システムが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。  
図１は、本実施形態にかかる光応答システムを説明するための概念図である。  
ジェット機のような飛行体１０は高温の排気ガス１４を放出している。排気ガス１４からの輻射は、その温度に相当した広い赤外線波長帯域を有する。飛翔体（被検知体）３０は波長帯域の狭い赤外線１６に受光感度を有するセンサ３０ａを備えており、飛行体（移動体）１０を追尾する。
【００１１】
他方、飛行体１０は光応答装置１２を搭載している。光応答装置１２は、レーザ発生器１２ａ、受信器１２ｂ、並びに解析器１２ｃを備えている。レーザ発生器１２ａは、波長掃引可能なパルスレーザ光１８を飛翔体３０に照射する。なお、レーザ発生器１２ａについては後に説明する。
【００１２】
受信器１２ｂはレーザ発生器１２ａからのパルスレーザ光１８の赤外線波長帯域に感度を有し、飛翔体３０からの反射光２０を受光して電気信号１３に変換し、解析器１２ｃに伝達する。受信器１２ｂ及び飛翔体３０のセンサ３０ａには、半導体ｐｎ接合を用いた赤外線検知素子を用いることができる。この場合、赤外線検知素子の遮断波長は、Ｓｉでは１．１μｍ、Ｇｅでは１．８μｍ、ＰｂＳでは３μｍ、ＩｎＳｂでは７．７μｍである。また、赤外線検知素子を単素子ではなく１次元または２次元のアレイ状に配置し、ＳｉのＣＣＤ駆動回路とハイブリッド接続して赤外線強度分布を表示する固体撮像装置とすることが可能である。
【００１３】
解析器１２ｃは、この電気信号１３に基づき飛翔体３０のセンサ３０ａの探索波長を推定し、これと同一波長に固定したパルスレーザ光２２を出射させる制御信号１５をレーザ発生器１２ａへ伝達する。また、解析器１２ｃは反射光解析により飛翔体３０の空間位置などを推定する。
【００１４】
レーザ発生器１２ａは、センサ３０ａの探索波長と同一波長のパルスレーザ光２２をセンサ３０ａに向けて出射し、センサ３０ａの正常動作を妨害する。
【００１５】
なお、繰り返し周波数が一定であるパルスレーザ光からの反射光を周波数解析すると、飛翔体の識別は可能であるが探索波長の判別はできない。探索波長と異なる波長を用いてセンサを妨害した場合、妨害効果が低下するか、または妨害がかからない可能性がある。これと比較して本実施形態にかかる光応答装置１２及び光応答システムにおいては、探索波長を推定できるためこの波長に固定したパルスレーザ光２２を照射し、センサ３０ａの正常動作を妨害できるので不要なパルスレーザ光を照射する必要がなく、妨害効果をより高めることが容易となる。
【００１６】
図２は、本実施形態にかかる光応答システムの応答順序を表すフロー図である。  
また、図３は、光応答システムにおいて用いられる光強度の波長依存性を表し、縦軸は相対光強度であり、横軸は相対波長である。図３（ａ）は飛行体１０の排気ガス１４の赤外線強度の波長依存性の一例であり、広い赤外線波長帯域となっている。
【００１７】
飛翔体３０が有するセンサ３０ａは帯域通過フィルタなどを用いるので、図３（ｂ）のように探索波長λ１、波長通過帯域Δλが狭い受光感度であることが多い。レーザ発生器１２ａは、図３（ｃ）に表すように赤外線波長帯域において波長掃引しつつ、パルスレーザ光１８を空間にスキャンして放射する（Ｓ１００）。
【００１８】
パルスレーザ光１８が飛翔体３０で反射され、受信器１２ｂには反射光２０のパルス列が入射する（Ｓ１０２）。受信器１２ｂからの電気信号１３の解析により飛翔体３０の空間位置などを推定することができる（Ｓ１０４）。
【００１９】
さらに、解析器１２ｃはパルス列である反射光強度波長依存性から反射光強度が低下する探索波長λ１を推定する（Ｓ１０６）。図３（ｄ）に表す探索波長λ１はセンサ３０ａがパルスレーザ光１８を吸収していることを表している。
【００２０】
次に、レーザ発生器１２ａは、解析器１２ｃからの制御信号１５により図３（ｅ）に表すように探索波長λ１と同一波長を有するパルスレーザ光２２を飛翔体３０に向けて放出する（Ｓ１０８）。光応答装置１２は、パルスレーザ光２２の出力、変調方法、変調波形、出射方向などを制御して放出し、飛翔体３０のセンサ３０ａの正常動作を妨害する。例えばパルスレーザ光２２の出力を飛行体１０から放射される赤外線強度よりも高くするとセンサ３０ａを容易に妨害することができる。また、センサ３０ａの検知素子が単素子の場合、パルス変調周波数を変化するとセンサ３０ａが飛行体１０の進行方向などを誤認識する。さらに、検知素子が画像撮像装置である場合、ハレーションなどを生じセンシングを困難とできる。
【００２１】
このようにセンサ３０ａの正常動作を妨害し、飛翔体３０の追尾を免れることができれば、パルスレーザ光２２の照射を終了する。もし追尾が継続されていれば照射が継続される（Ｓ１１０）。
【００２２】
光応答装置１２が飛行体１０に搭載されている場合、本実施形態にかかる光応答装置１２及び光応答システムにより、例えばミサイルのような飛翔体３０の追尾を妨害し、飛行体１０の撃墜を免れることができる。また、光応答装置１２が船舶や車両に搭載されている場合にも、同様にして飛翔体３０の追尾を妨害できる。
【００２３】
次に、上記のような光応答システムに用いられる赤外線波長帯域について説明する。赤外線は大気中において水蒸気や二酸化炭素による吸収が大きい波長帯域を有している。図４は赤外線の透過率の波長依存性を表し、図４（ａ）は地上からの高度６ｋｍ、図４（ｂ）は高度１ｋｍの場合である。縦軸は赤外線透過率（％）、横軸は波長（μｍ）を表す。
【００２４】
一般的に、赤外線の波長帯域は０．７μｍ〜１ｍｍを言う。図４において、波長が２乃至２．４、３．４乃至４．２、４．５乃至４．９μｍの帯域近傍において赤外線の透過率が高い。この帯域は大気の窓と呼ばれ、センサ３０ａの受光感度を高めることができる。また、光応答システムに用いる場合にも光損失を低減できるので、パルスレーザ光の減衰を低減し、かつ受信感度を高くできる。
【００２５】
なお、図４に表すように、高度１ｋｍと６ｋｍでの赤外線透過率の差は小さく、大気の窓は略同一と言える。飛翔体３０のセンサ３０ａには、帯域通過フィルタを用いてこの大気の窓の波長帯域の中の狭い波長帯域が選択されている。飛行体１０からはこの帯域が当然ながら不明であり、飛翔体３０に向けてのパルスレーザ光１８の波長は可能性がある範囲で広く掃引する必要がある。
【００２６】
図５は本実施形態にかかる光応答装置１２のうちレーザ発生器１２ａの具体的構成を表す構成図である。レーザ発生器１２ａは、シード光源５０、ファイバ増幅器７０、波長変換部９５、合成ミラー部１００を有しており、パルスレーザ光１８、２２を外部に出射光軸６５に沿って放出する。
【００２７】
まず、シード光は、ＹＡＧロッド５３をＬＤ励起光源５１などにより励起し、ミラー５５、５７により構成されるファブリ・ペロ共振器により誘導放出を生じることにより得ることができる。なお、ＡＯ（Acousto-Optic)素子などからなるＱスイッチ５４を用いてパルスレーザ光とする。
【００２８】
得られたパルスレーザ光はＫＴＰ（ＫＴｉＯＰ４）のような非線形結晶を用いたＯＰＯ（Optical  Parametric  Oscillator)素子５８により波長変換される。すなわち、２つのミラーで形成される光共振器内に配置された非線形結晶において、１つの高いエネルギー（高周波数）のフォトンが、２つの低エネルギーのフォトンに分割されることにより波長変換が行われ、励起光からシグナル光及びアイドラ光を得ることができる。シグナル光の波長（λｓ）はアイドラ光の波長（λｉ）よりも短く、励起光の波長をλｐとするとこれらの間には（式１）が成り立つ。
１／λｐ＝（１／λｓ）＋（１／λｉ）        （式１）
【００２９】
励起光がＮｄ：ＹＡＧレーザであり波長λｐが１．０６４μｍの場合、例えばλｓ＝１．９μｍ、λｉ＝２．４１８μｍとできる。また、λｓ＝λｉ＝２．１２８μｍとなる場合を縮退ＯＰＯと言う。得られたパルスレーザ光はＫＴＰ（ＫＴｉＯＰ４）のような非線形結晶を用いたＯＰＯ素子により波長変換される。
【００３０】
シード光源５０から出射されたシグナル光及びアイドラ光は直交しているのでポラライザ６０により偏光分離される。すなわち、波長の長いアイドラ光は折り曲げられ、さらにミラー６１で折り曲げられ外部に出射される。他方、短い波長のシグナル光はファイバ増幅器７０に入射する。シード光のピーク出力は低く、長距離伝送が困難なのでツリウム（Ｔｍ）添加光ファイバ７５などを用いたファイバ増幅器７０などで増幅することが好ましい。この場合にも、光ファイバ７５の両端部からＬＤ励起光源７１ａ、７１ｂから励起光を入射しＴｍを励起する。Ｔｍの増幅利得帯域は広いので入射波長が変化しても、増幅出力を得ることは容易である。
【００３１】
シード光が直線偏光であっても、増幅光は光ファイバ７５内での伝送及び増幅により生じた直交成分を含むランダム偏光となる。このために、ファイバ増幅器７０から出射されたレーザ光は偏光分離ミラー（または偏光ビームスプリッタ）９０によりｐ波、ｓ波に分離され、光アイソレータ９２、９３を介して波長変換部９５へ入射する。すなわち、水平及び垂直方向に設けられた２つのＺＧＰ（ＺｎＧｅＰ２）からなるＯＰＯ素子９５ａ、９５ｂにより、ファイバ増幅器７０からのレーザ光はシグナル光及びアイドラ光を出射する。
【００３２】
また、ＯＰＯ素子を構成する光学結晶の向きと、励起光の光軸に対する設置角度と、を光学結晶によって決まる方向に回転すると、（式１）の関係を保ちつつ、λｓ及びλｉを連続的に変化させ波長掃引ができる。例えば、偏光分離ミラー９０により分離された波長光の光軸に対してＺＧＰ結晶の角度を変えると、３μｍ帯及び４μｍ帯の波長を掃引することができる。
【００３３】
なお、３、４μｍ帯域内に決定した探索波長λ１を有するパルスレーザ光２２を出射する場合には、２つのＯＰＯ素子９５ａ、９５ｂの角度を同一に固定し、同一波長を出射するようにするとよい。
【００３４】
合成ミラー部１００は、ＯＰＯ素子９５ａからのレーザ光をミラーＭ２により折り曲げ、ＯＰＯ素子９５ｂからのレーザ光をミラーＭ１により折り曲げる。
【００３５】
ミラーＭ１により折り曲げられたレーザ光はミラーＭ２を透過し、ミラーＭ２により折り曲げられたレーザ光と合成され、３μｍ帯及び４μｍ帯のレーザ光となる。
【００３６】
このようにしてｐ波、ｓ波が無駄なく合成された３μｍ及び４μｍ帯のレーザ光の光軸がダイクロイックミラーＭ３により折り曲げられ、ファイバ増幅器７０を介さない２μｍ帯レーザ光がミラー６２、６３により折り曲げられた光軸と合わされ、レーザ発生器１２ａの出射光軸６５となる。なお、ミラーＭ１を透過し検知器１０１に入射する光は、光の往復時間から飛翔体３０ａなど対象物までの距離を計測する場合の時間計測のスタートパルスとして用いられる。
【００３７】
なお、２μｍでは要求波長が決まっていることが多く、その場合には３及び４μｍ帯のみを掃引する。このように、センサ３０ａの探索波長λ１の使用帯域がより限定できれば、波長掃引帯域をより限定でき、レーザ発生器１２ａがより簡素な構成とできる。
【００３８】
探索波長λ１を推定した後に出射するパルスレーザ光２２は固定波長でよいので、他の波長光を生成する必要がなく、波長λ１のパルスレーザ光２２の出力をより高められ有効妨害距離を長くすることが容易となる。また、光応答装置１２の動作を簡素にできる。
【００３９】
また図５に例示したレーザ発生器１２ａは、ＯＰＯ素子により波長掃引し、ファイバ増幅器７０により高い出力とし、Ｑスイッチ５４により高いパルスレーザ出力としている。この構成要素には固体光学材料を用いているので、このレーザ発生器１２ａを備えた光応答装置１２は小型化が容易であり航空機への搭載が容易となる。
【００４０】
以上、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかしながら本発明は上記実施形態に限定されない。光応答装置を構成するレーザ発生器、受信器、解析器、光学部品の回路、材質、配置、サイズ、形状などに関して当業者が設計変更を行ったものであっても、本発明の主旨を逸脱しない限り本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本実施形態の光応答システムの概念図
【図２】光応答の順序を表すフロー図
【図３】光強度の波長依存性を表すグラフ図
【図４】赤外線吸収率の波長依存性を表すグラフ図
【図５】本実施形態にかかる光応答装置のレーザ発生器の構成図
【符号の説明】
【００４２】
１０  飛行体、１２  光応答装置、１２ａ  レーザ発生器、１２ｂ  受信器、１２ｃ  解析器、１４  排気ガス、１６  赤外線、１８  パルスレーザ光、２０  反射光、２２  パルスレーザ光、３０  飛翔体、３０ａ  センサ、５０  シード光源、６５  出射光軸、７０  ファイバ増幅器、９０  偏光分離ミラー、９５  波長変換部、１００  合成ミラー部、探索波長  λ１
【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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