(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３軸回転自由度を持つジンバルと、
目標物からの入射光を検出する光学的像検出器と、
ミラーと、
入射される光を前記光学的像検出器に集光する集光レンズとを具え、
前記ジンバルは、
第１ジンバル駆動軸と、
前記第１ジンバル駆動軸に独立である第２ジンバル駆動軸と、
前記第２ジンバル駆動軸に独立である第３ジンバル駆動軸とを備え、
前記光学的像検出器と前記集光レンズは前記第１ジンバル駆動軸に支持され、
前記ミラーは、前記第２ジンバル駆動軸に支持され、
前記第１ジンバル駆動軸を駆動することで、前記光学的像検出器と前記ミラーとの相対位置は変更され、前記相対位置に応じて前記目標物からの入射光は、前記ミラーを介して、又は前記ミラーを介さずに前記集光レンズに入射される
誘導装置。
【請求項２】
３軸回転自由度を持つジンバルと、
目標物からの入射光を検出する光学的像検出器と、
ミラーと、
入射される光を前記光学的像検出器に集光する集光レンズとを具え、
前記ジンバルは、
第１ジンバル駆動軸と、
前記第１ジンバル駆動軸に独立である第２ジンバル駆動軸と、
前記第２ジンバル駆動軸に独立である第３ジンバル駆動軸とを備え、
前記光学的像検出器は、前記第１ジンバル駆動軸に支持され、
前記集光レンズと前記ミラーは、前記第２ジンバル駆動軸に支持され、
前記第１ジンバル駆動軸を駆動することで、前記光学的像検出器と前記ミラーとの相対位置は変更され、
前記相対位置に応じて、前記集光レンズは前記目標物からの入射光を前記ミラーを介して、又は前記ミラーを介さずに前記光学的像検出器に集光する
誘導装置。
【請求項３】
３軸回転自由度を持つジンバルと、
目標物からの入射光を検出する光学的像検出器と、
ミラーと、
入射される光を前記光学的像検出器に集光する集光レンズとを具え、
前記ジンバルは、
第１ジンバル駆動軸と、
前記第１ジンバル駆動軸に独立である第２ジンバル駆動軸と、
前記第２ジンバル駆動軸に独立である第３ジンバル駆動軸とを備え、
前記集光レンズと前記ミラーは前記第１ジンバル駆動軸に支持され、
前記光学的像検出器は、前記第２ジンバル駆動軸に支持され、
前記第１ジンバル駆動軸を駆動することで、前記光学的像検出器と前記ミラーとの相対位置は変更され、前記相対位置に応じて前記目標物からの入射光は、前記ミラーを介して、又は前記ミラーを介さずに前記集光レンズに入射される誘導装置。
【請求項４】
前記集光レンズは、
前記第２ジンバル駆動軸に支持される第１集光レンズと、
前記第２ジンバル駆動軸に支持される第２集光レンズとを具え、
前記ミラーは、前記第２集光レンズと前記光学的像検出器の間の光路に介設される
請求項２の誘導装置。
【請求項５】
前記集光レンズは、
前記第１ジンバル駆動軸に支持される第１集光レンズと、
前記第１ジンバル駆動軸に支持される第２集光レンズとを具え、
前記ミラーは、前記第２集光レンズと前記光学的像検出器の間の光路に介設される
請求項３の誘導装置。
【請求項６】
前記第１集光レンズと前記第２集光レンズとは、切り換えられて用いられる
請求項４又は５の誘導装置。
【請求項７】
３軸自由度を持つジンバルを用いて前記ジンバルを搭載する飛翔体を誘導する誘導方法であり、複数ステップを具え、
前記複数ステップは、
前記３軸自由度のうちの１軸自由度を有する第１ジンバル駆動軸を駆動することにより、前記ジンバルに接続されたミラーと光学的像検出器との相対位置を変更するステップと、
前記３軸自由度のうちの他の２軸自由度を有する第２及び第３ジンバル駆動軸が駆動することにより、前記ミラーを２次元的に制御するステップと、
前記目標物からの入射光が、前記ミラーを介して前記光学的像検出器に入射されるステップとを備える
誘導方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘導装置に関し、特に、ミサイルの後方の脅威を光学的に捕捉する誘導装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
脅威を追撃する飛翔体として、ミサイルが知られている。追撃のためには、そのミサイルが目標物体に向かう方向が探索される。そのような探索の技術として、図８に示されるような複数次元軸の自由度を持ったジンバル（機構）が知られている。ジンバル１０１に固定されている光学的検出器１０２の光軸は、特開昭６０−３３０６９号で知られているように、そのジンバルの２次元的方向の制御により走査される。その走査により、目標物体の方向が探索される。
【０００３】
ジンバルの角度変化は、物理的な制限により９０度の程度が限界である。ミサイルと目標物体を結ぶ直線と、ミサイルの運動方向との間の角度であるオフボアサイト角（図９参照）は、そのような物理的制限を受ける。このような制限を受ける公知のミサイルは、後方の物体を探索することができない。更に、ミサイル自体が視界を妨害するから、真後ろにある脅威を探索することができない。特に、空中戦の戦闘機は、後方の脅威に対しては逃げることしかできない。このように、公知の探索技術は、ミサイルの後方の脅威に立ち向かうことができない。
【０００４】
目標を探索するための光学系は、その対象捕捉立体角範囲が広いことが求められる。単一光学系で視野を拡大することには、限界がある。視野拡大のために反射ミラーを用いることが、特開平１０−３０７０００号で知られている。
【０００５】
サイドスラスタを搭載したミサイルが開発されている。サイドスラスタを持つミサイルは、瞬時的にその運動方向を転換することができ、後方の脅威に対して迎撃することができる能力を持っている。公知の技術は、後方の脅威を捕捉して迎撃又は追撃することができない。
【０００６】
後方の脅威に対して探索することができる技術を確立することが求められる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、後方の脅威に対して探索する技術を確立することができる誘導装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
その課題を解決するための手段が、下記のように表現される。その表現中に現れる技術的事項には、括弧（）つきで、番号、記号等が添記されている。その番号、記号等は、本発明の実施の複数の形態又は複数の実施例のうちの少なくとも１つの実施の形態又は複数の実施例を構成する技術的事項、特に、その実施の形態又は実施例に対応する図面に表現されている技術的事項に付せられている参照番号、参照記号等に一致している。このような参照番号、参照記号は、請求項記載の技術的事項と実施の形態又は実施例の技術的事項との対応・橋渡しを明確にしている。このような対応・橋渡しは、請求項記載の技術的事項が実施の形態又は実施例の技術的事項に限定されて解釈されることを意味しない。
【０００９】
本発明による誘導装置は、３軸回転自由度を持つジンバル（１，２，５）と、光学的像検出器（１５）と、光学的像検出器（１５）に対して相対的に３軸回転自由度のうちの１軸回転自由度に基づいて２位置が選択されて前記ジンバルに支持されるミラー（１７）とから形成されている。ここで、２位置は、多くの位置から選択される２位置であり得て、２位置のみであるとは限らない。ミラー（１７）と光学的像検出器（１５）の基準光軸との角度が相対的に可変であり、光学的像検出器（１５）は、ジンバルにより立体的に揺動する揺動角度範囲を越えて、ミラー（１７）を介する光路が向かう脅威、特に、後方の脅威を捕捉することができる。
【００１０】
ジンバルは、公知のジンバルと同じであり、第１ジンバル駆動軸（３，Ｚ）と、第１ジンバル駆動軸（３，Ｚ）に独立である第２ジンバル駆動軸（４，Ｙ）と、第２ジンバル駆動軸に独立である第３ジンバル駆動軸（６，Ｘ）とから構成されている。脅威を２次元的に光学的に捕捉するためには、更に第３ジンバル駆動軸（５，Ｘ）が必要である。この場合、ミラー（１７）と光学的像検出器（１５）と後述される集光レンズとは、下記の組により両軸（Ｚ，Ｙ）に振り分けられて配置されて支持され、同一の集光作用を持つことができる。
【００１１】
１つの組では、光学的像検出器（１５）は第１ジンバル駆動軸（Ｚ）に支持され、ミラー（１７）は第２ジンバル駆動軸（Ｙ）に支持され、他の１つの組では、光学的像検出器（１５）は第２ジンバル駆動軸（Ｙ）に支持され、ミラー（１７）は第１ジンバル駆動軸（Ｚ）に支持される。
【００１２】
このように光学的に相対的である２つの組について、集光レンズ（１４）が追加される。集光レンズ（１４）は第１ジンバル駆動軸（Ｚ）に支持され、又は、第２ジンバル駆動軸（Ｙ）に支持される。
【００１３】
１つの組では、集光レンズ（１４）は、第２ジンバル駆動軸（Ｙ）に支持される第１集光レンズと（１４−１）と、第２ジンバル駆動軸（Ｙ）に支持される第２集光レンズ（１４−２）とから構成される。ミラー（１７）は、第２集光レンズ（１４−２）と光学的像検出器（１５）の間の光路に介設される。他の組では、集光レンズは、第１ジンバル駆動軸に支持される第１集光レンズと、第１ジンバル駆動軸に支持される第２集光レンズとから構成され、ミラーは、第２集光レンズと光学的像検出器（１５）の間の光路に介設される。このような２つの組について、第１集光レンズと第２集光レンズとは、切り換えられて用いられる。このような４通りの組合せの優劣は、一概には述べられない。求められる探索範囲の広狭、ジンバル機構の立体的動作角度範囲の広狭、ミラーの反射面積の広狭、光学的像検出器の受光角度面積の広狭、集光レンズの焦点距離の長短、捕捉距離の長短のような性能と用途に応じて、最適切な組合せが選択される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図に対応して、本発明による誘導装置の実施の形態は、光学的検出器がジンバル機構とともに設けられている。そのジンバル機構は、図１に示されるように、インナジンバル（Ｚ軸ジンバル）１と、四角形を形成する薄い４辺の薄板から形成されるアウタジンバル（Ｙ軸ジンバル）２とから構成されている。インナジンバル１は、アウタジンバル２の対向２辺で支持されるＺ軸３に同体に支持されている。アウタジンバル２は、他の２辺がＹ軸４に同体に支持されている。
【００１５】
インナジンバル１は、Ｙ軸の回転に影響を与えずにＺ軸３の回転軸心線のまわりに回転することができる。アウタジンバル２は、Ｚ軸の回転に影響を与えずにＹ軸３の回転軸心線のまわりに回転することができる。更に、ロールジンバル５が必須的に追加されている。ロールジンバル５は、Ｘ軸６に同体に支持されている。互いに直交するＺ軸とＹ軸とＸ軸とは、図示されていない軸受にそれぞれに支持されている。
【００１６】
アウタジンバル２の既述の対向２辺には、Ｚ軸３に同軸的にインナトルカ７とインナ角検出器８がそれぞれに回転自在に支持されている。インナトルカ７とインナ角検出器８のそれぞれの回転軸は、Ｚ軸３に同軸的である。インナトルカ７は、インナジンバル１にＺ軸回りのトルクを与える。インナ角検出器８は、Ｚ軸３の回転角度を検出する。アウタジンバル２の既述の他の対向２辺には、Ｙ軸４に同軸的にアウタトルカ９とアウタ角検出器１１がそれぞれに回転自在に支持されている。アウタトルカ９とアウタ角検出器１１のそれぞれの回転軸は、Ｙ軸４に同軸的である。
【００１７】
アウタトルカ９は、アウタジンバル２にＹ軸回りのトルクを与える。アウタ角検出器１１は、Ｙ軸４の回転角度を検出する。Ｘ軸４に同軸的に、ロールトルカ１２とロール角検出器１３がそれぞれに回転自在に支持されている。ロールトルカ１２とロール角検出器１３のそれぞれの回転軸は、Ｘ軸６に同軸的である。ロールトルカ１２は、Ｘ軸６にＸ軸回りのトルクを与える。ロール角検出器１３は、Ｘ軸６の回転角度を検出する。
【００１８】
インナジンバル１には、目標物体が発する光を検出する光学系が固定的に設定されている。その光学系としては、ＣＣＤカメラが好適に例示され、集光レンズ１４と１次元的又は２次元的な光学的検出器１５とから構成されている。その光学系の基本光軸線Ｌは、初期条件設定時に、Ｘ軸６の回転軸心線に一致している。
【００１９】
アウタジンバル２のＹ軸４が通る１辺には、その１辺に同体である腕１６が取り付けられている。腕１６は、その１辺からＸ軸方向に前方に延びている。腕１６の前端部にミラー１７が取り付けられている。
【００２０】
インナ角検出器８とアウタ角検出器１１との角度が同時に零であるとき、Ｙ軸４とＺ軸３はＸ軸６に直交し、且つ、基本光軸線ＬがＸ軸６に一致するように、インナジンバル１とアウタジンバル２とロールジンバル５の機械的初期条件と幾何学的初期条件が与えられている。このような初期条件設定時には、光学系は基本光軸線Ｌの線上にある物体又はそれの視野角範囲内の物体を検出することができ、その物体の実像は光学的検出器１５の原点又は原点近傍に結像する。
【００２１】
インナトルカ７とアウタトルカ９とが互いに従属的に動作することにより、基本光軸線Ｌは、Ｚ軸３の回りに時計方向に適正な角度範囲で回転し、Ｚ軸３の回りに反時計方向に既述の適正な角度範囲で回転し、更に、基本光軸線Ｌは、Ｙ軸４の回りに時計方向にその角度範囲で回転し、Ｙ軸４の回りに反時計方向にその角度範囲で回転することができる。アウタトルカ９の動作によりアウタジンバル２がＹ軸４の回りに回転するときは、ミラー１７は腕１６とともにインナジンバル１と同体に回転する。インナトルカ７の動作によりインナジンバル１がＺ軸３の回りに回転するときは、基本光軸線Ｌはミラー１７に向かうことができる。
【００２２】
図２は、オフボアサイト角が零度又は９０度である場合の基本光軸線Ｌの設定方向を示している。インナジンバル１は、ミサイル本体２１の先頭部位に配置されるガラス製ドーム２２の中に収容されている。オフボアサイト角が零度〜９０度の範囲にある場合、基本光軸線Ｌは、初期基準方向に向いていて、ミラー１７の反射面２３から外れている。
【００２３】
図２（ａ）は、オフボアサイト角が零度であるミサイル本体２１を示している。図２（ａ）に示される基本光軸線Ｌは、ミサイル本体２１の機軸Ｌ’に一致していて、且つ、目標物体に向いている。図２（ｂ）は、オフボアサイト角が９０度であるミサイル本体２１を示している。図２（ｂ）に示される基本光軸線Ｌは、機軸Ｌ’に直交していて、且つ、目標物体に向いている。この場合にも、集光レンズ１４を介して光学的検出器１５が見る立体角範囲には、ミラー１７は存在していない。
【００２４】
図３は、オフボアサイト角が９０度又は１８０度である場合の基本光軸線Ｌの設定方向を示している。オフボアサイト角が９０度〜１８０度の範囲にある場合、基本光軸線Ｌは、ミラー１７の反射面２３に向いていて、ミラー１７は基本光軸線Ｌを中心軸とする光円錐の範囲に存在している。基本光軸線ｌとミラー１７の反射面２３との間の角度は、適正な角度に設定されている。その適正な角度は、４５度が例示されるが、理論的には任意でよい。
【００２５】
図３（ａ）は、オフボアサイト角が９０度であるミサイル本体２１を示している。図３（ｂ）は、オフボアサイト角が１８０度であるミサイル本体２１を示している。図３（ａ）に示される基本光軸線Ｌは、ミサイル本体２１の機軸Ｌ’に一致していて、且つ、ミサイル本体２１は機軸Ｌ’に直交する方向に目標物体を捕捉している。この場合、ミラー１７は、集光レンズ１４を介して光学的検出器１５が見る立体角範囲に存在している。図３（ｂ）に示される位置状態は、Ｙ軸４が初期設定角度位置に対して９０度の回転を受けている。基本光軸線Ｌは、機軸Ｌ’に直交していて、且つ、目標物体に向いている。
【００２６】
真横の脅威を捕捉する図３（ａ）の位置と真後ろの脅威を捕捉する図３（ｂ）の位置との間の立体角範囲に脅威がある場合、光学的検出器１５は反射面２３を介して脅威を捕捉する。基本光軸線Ｌは反射面２３に対して固定方向に向いたままで、ロールトルカ１２とアウタトルカ９により２軸回転制御される。
【００２７】
腕１６は、アウタジンバル２に同体に取り付けられ得る。この場合には、ミラー１７は基本光軸線Ｌに対して進退自在に腕１６に配置される。
【００２８】
図４は、本発明による誘導装置の実施の他の形態を示している。片持ち腕１６に代えられて、両持ち腕１６’が、アウタジンバル２に同体に取り付けられている。集光レンズ１４に代えられて、２つの集光レンズが用いられている。その２つの集光レンズは、前方用集光レンズ１４−１と、後方用集光レンズ１４−２として形成されている。前方用集光レンズ１４−１の視野角に対応する光円錐の中心線は、後方用集光レンズ１４−２の視野角に対応する光円錐の中心線に直交している。前方用集光レンズ１４−１で集められる前方の脅威像は、光学的検出器１５に集光される。後方用集光レンズ１４−２で集められる後方の脅威像は、両持ち腕１６’に内蔵されているミラー２４（図５参照）で形成される光誘導光学系により光学的検出器１５に集光される。
【００２９】
後方用集光レンズ１４−２が用いられ、アウタトルカ９により両持ち腕１６’が大きい角度で立ち上がる点は、実施の図１の形態に同じである。インナジンバル１の２角度位置の選択又は切換により前方捜索と後方捜索が選択的に切り換えられる点は、実施の先の形態に同じであるが、実施の本形態では、集光レンズ１４−１，２の選択的使用により前方捜索と後方捜索が選択的に切り換えられている。図５（ａ）はオフボアサイト角が零度〜９０度の範囲にある場合の前方捜索を示し、図５（ｂ）はオフボアサイト角が９０度〜１８０度の範囲にある場合の後方捜索を示している。
【００３０】
図６（ａ），（ｂ）は、図５（ａ），（ｂ）の集光用光学系を簡素化した他の集光用光学系を示している。図６（ａ），（ｂ）の光学系は、図５（ａ），（ｂ）のリレー式光学系の２つのレンズのうちの１つが省略されている。
【００３１】
図７は、本発明による誘導装置の実施の更に他の形態を示している。Ｚ軸３にボックス２５が取り付けられている。ボックス２５に、集光レンズ１４とミラー１７が取り付けられている。光学的検出器１５は、アウタジンバル２に取り付けられている。実施の図１の形態では、集光レンズ１４と光学的検出器１５とがインナジンバル１に取り付けられ、ミラー１７がアウタジンバル２に取り付けられている。実施の図１の形態では、集光レンズ１４と光学的検出器１５とが同体にそれらの向きが選択的に切り換えられるが、実施の本形態では、集光レンズ１４とミラー１７とが同体にそれらの向きが選択的に切り換えられる。実施の図１の形態の前方後方探索の光学系は、実施の本形態の前方後方探索の光学系に相対的であり、両光学系は脅威捕捉の光学的作用の点で同じである。
【００３２】
【発明の効果】
本発明による誘導装置は、後方の脅威に対して探索する技術を確立することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による誘導装置の実施の形態を示す斜軸投影図である。
【図２】図２（ａ），（ｂ）は、２方向の前方探索をそれぞれに示す平面図又は正面図である。
【図３】図３（ａ），（ｂ）は、２方向の後方探索をそれぞれに示す平面図又は正面図である。
【図４】図４は、本発明による誘導装置の実施の他の形態を示す斜軸投影図である。
【図５】図５（ａ），（ｂ）は、２方向の他の前方探索をそれぞれに示す平面図又は正面図である。
【図６】図６（ａ），（ｂ）は、２方向の他の後方探索をそれぞれに示す平面図又は正面図である。
【図７】図７は、本発明による誘導装置の実施の更に他の形態を示す斜軸投影図である。
【図８】図８は、公知の誘導装置を示す斜軸投影図である。
【図９】図９は、角度の定義を示す平面図である。
【符号の説明】
１，２…ジンバル
３，Ｚ…第１ジンバル駆動軸
４，Ｙ…第２ジンバル駆動軸
１４…集光レンズ
１４−１…第１集光レンズ
１４−２…第２集光レンズ
１５…光学的像検出器
１７…ミラー
【図１】
0003748062.tif 000002
【図２】
0003748062.tif 000003
【図３】
0003748062.tif 000004
【図４】
0003748062.tif 000005
【図５】
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【図６】
0003748062.tif 000007
【図７】
0003748062.tif 000008
【図８】
0003748062.tif 000009
【図９】
0003748062.tif 000010