JP2009139569A - Optical response device and optical response system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光応答装置及び光応答システムに関する。 The present invention relates to an optical response device and an optical response system.
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。 The radiation of high-temperature exhaust gas emitted from an aircraft such as a jet has a wavelength in the infrared band. For this reason, it is possible to track the flying object with a sensor having sensitivity in this wavelength band.
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。 If this sensor emits interfering light toward the sensor in a wavelength band having detection sensitivity, normal operation of the sensor becomes difficult and tracking from the flying object can be avoided.
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。 The infrared transmittance at the flight altitude depends on the wavelength, and the infrared band having a high transmittance is called an “atmosphere window”. Usually, a sensor for tracking a flying object is designed to have detection sensitivity in a narrow wavelength band within the band of the atmospheric window.
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。
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。 An optical response device and an optical response system capable of avoiding tracking from a flying object having an infrared sensor.
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。 According to one aspect of the present invention, a laser generator that emits laser light that has been wavelength-swept in the infrared band, and a sensitivity that is emitted in the wavelength band that is swept in the wavelength range, is emitted from the laser generator and A receiver for detecting the reflected laser beam; and an analyzer for analyzing the detection signal obtained by the receiver, wherein the analyzer reduces the intensity of the laser beam reflected by the detected object. An optical response device is provided in which the search wavelength is analyzed, and the laser generator emits laser light fixed to the search wavelength toward the detection target.
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。 Moreover, according to another aspect of the present invention, toward a flying body that tracks the moving body using a search wavelength in a wavelength band narrower than the wavelength band of infrared rays emitted from the exhaust gas of the moving body, A laser generator for emitting wavelength-swept laser light from the moving body, and an analyzer for estimating the search wavelength based on wavelength dependence of reflected light intensity of the laser light reflected by the flying body. An optical response system is provided, wherein laser light fixed to the estimated search wavelength is emitted from the laser generator toward the flying object, and tracking of the flying object can be obstructed. Is done.
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。 Provided are an optical response device and an optical response system capable of avoiding tracking from a flying object having an infrared sensor.
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。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a conceptual diagram for explaining an optical response system according to the present embodiment.
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。
On the other hand, the
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。
The
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。
The
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。
The
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。
Note that if the reflected light from the pulsed laser light having a constant repetition frequency is subjected to frequency analysis, the flying object can be identified but the search wavelength cannot be identified. If the sensor is disturbed using a wavelength different from the search wavelength, the disturbing effect may be reduced or not disturbed. Compared with this, in the
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。
FIG. 2 is a flowchart showing the response order of the optical response system according to the present embodiment.
FIG. 3 shows the wavelength dependence of the light intensity used in the optical response system. The vertical axis represents the relative light intensity, and the horizontal axis represents the relative wavelength. FIG. 3A is an example of the wavelength dependence of the infrared intensity of the
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)。
Since the
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)。
The
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。
Further, the
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。
Next, the
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)。
If the normal operation of the
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。
When the
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。 Next, the infrared wavelength band used in the above optical response system will be described. Infrared rays have a wavelength band in which absorption by water vapor or carbon dioxide is large in the atmosphere. FIG. 4 shows the wavelength dependency of the infrared transmittance. FIG. 4A shows the case where the altitude is 6 km from the ground, and FIG. 4B shows the case where the altitude is 1 km. The vertical axis represents infrared transmittance (%), and the horizontal axis represents wavelength (μm).
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。
Generally, the infrared wavelength band is 0.7 μm to 1 mm. In FIG. 4, the infrared transmittance is high in the vicinity of the bands having wavelengths of 2 to 2.4, 3.4 to 4.2, and 4.5 to 4.9 μm. This band is called an atmospheric window and can increase the light receiving sensitivity of the
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。
As shown in FIG. 4, the difference in infrared transmittance at altitudes of 1 km and 6 km is small, and it can be said that the windows of the atmosphere are substantially the same. For the
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。
FIG. 5 is a configuration diagram showing a specific configuration of the
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。
First, the seed light can be obtained by exciting the
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)
The obtained pulse laser beam is wavelength-converted by an OPO (Optical Parametric Oscillator)
1 / λp = (1 / λs) + (1 / λi) (Formula 1)
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。 When the excitation light is an Nd: YAG laser and the wavelength λp is 1.064 μm, for example, λs = 1.9 μm and λi = 2.418 μm. A case where λs = λi = 2.128 μm is called degenerate OPO. The obtained pulse laser beam is wavelength-converted by an OPO element using a nonlinear crystal such as KTP (KTiOP 4 ).
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。
Since the signal light and idler light emitted from the
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。
Even if the seed light is linearly polarized light, the amplified light becomes random polarized light including orthogonal components generated by transmission and amplification in the
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。
Further, when the direction of the optical crystal constituting the OPO element and the installation angle of the excitation light with respect to the optical axis are rotated in the direction determined by the optical crystal, λs and λi are continuously set while maintaining the relationship of (Equation 1). Wavelength sweep is possible by changing. For example, when the angle of the ZGP crystal is changed with respect to the optical axis of the wavelength light separated by the
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。
When emitting the
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。
The combining
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。 The laser beam bent by the mirror M1 passes through the mirror M2, and is combined with the laser beam bent by the mirror M2 to become laser beams in the 3 μm band and the 4 μm band.
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。
The optical axis of the 3 μm and 4 μm band laser light in which the p wave and s wave are combined without waste is bent by the
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。
Note that the required wavelength is often determined at 2 μm, and in this case, only the 3 and 4 μm bands are swept. Thus, if the use band of the search wavelength λ1 of the
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。
Since the
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。
Further, the
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。 The embodiments of the present invention have been described above with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the above embodiment. Even if a person skilled in the art makes a design change with respect to the circuit, material, arrangement, size, shape, etc. of the laser generator, receiver, analyzer, and optical component constituting the optical response device, it deviates from the gist of the present invention. Unless otherwise included in the scope of the present invention.
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
DESCRIPTION OF
Claims (8)
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。 A laser generator that emits laser light that has been swept in the infrared band; and
A receiver having sensitivity in the wavelength band to be swept, and detecting laser light emitted from the laser generator and reflected by a detection object;
An analyzer for analyzing the detection signal obtained in the receiver;
With
The analyzer analyzes a search wavelength at which the intensity of the laser beam reflected by the detected object decreases,
The laser generator emits a laser beam fixed to the search wavelength toward the detected object.
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。 The laser generator includes a seed light source, and a wavelength conversion unit that converts emitted light from the seed light source,
The seed light source and the wavelength conversion unit include a nonlinear crystal element,
2. The optical response device according to claim 1, wherein the wavelength of the emitted light from the nonlinear crystal element can be swept by changing the angle of incident light to the nonlinear crystal element.
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。 The laser generator further includes a combining mirror unit,
The seed light source includes a first nonlinear crystal element, and emits a first signal light and a first idle light,
The wavelength conversion unit includes a second nonlinear element, and emits a second signal light and a second idle light,
4. The light according to claim 2, wherein the first idle light, the second signal light, and the second idle light can be emitted along an outgoing optical axis of the combining mirror unit. 5. Response device.
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。 Laser that emits wavelength-swept laser light from the moving body toward a flying body that tracks the moving body using a search wavelength in a wavelength band narrower than the wavelength band of infrared rays emitted from exhaust gas of the moving body A generator,
An analyzer for estimating the search wavelength based on the wavelength dependence of the reflected light intensity of the laser light reflected by the flying object;
With
An optical response system characterized in that a laser beam fixed to the estimated search wavelength is emitted from the laser generator toward the flying object so that tracking of the flying object can be disturbed.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013113286A (en) * | 2011-12-01 | 2013-06-10 | Ihi Corp | Exhaust structure, and jet engine |
JP2015526741A (en) * | 2012-08-30 | 2015-09-10 | アイティーアイ・スコットランド ‐ スコティッシュ・エンタープライズIti Scotland ‐ Scottish Enterprise | Long-wavelength infrared detection and image processing using a long-wavelength infrared light source |
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