JP2006162206A - Infrared guidance device, and guiding method for missile - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a small, lightweight, and reliable infrared guidance device, and a guiding method for a missile. <P>SOLUTION: The infrared guidance device is provided with a wedge prism 3 with one face slanted at a predetermined angle with respect to another face, a condensing optical system 4, a detector 5 carrying out photoelectric transducing of an infrared ray, a rotating mechanism 6 rotating the wedge prism 3 in a face substantially orthogonal to an optical axis of the detector 5, an arithmetic processing part 7 generating an infrared image on the basis of signals from the detector 5 and an angle detecting part 8 detecting a rotational angle of the wedge prism 3, analyzing the infrared image to find a target, and generating a control signal for guiding the missile to the target on the basis of at least positional information of the target in the infrared image and angle information detected by the angle detecting part, and a rotating mechanism control part 10 supplying electric power to the rotating mechanism for rotating the wedge prism 3. A visual field is enlarged by rotating the wedge prism 3 by the rotating mechanism 6. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、光波誘導装置及び飛翔体の誘導方法に関し、特に、赤外線を用いて目標物を捕捉して追尾する赤外線誘導装置及び飛翔体の誘導方法に関する。   The present invention relates to a light wave guiding device and a flying object guiding method, and more particularly, to an infrared guiding device and a flying object guiding method for capturing and tracking a target using infrared rays.

ミサイルなどの飛翔体に搭載される赤外線誘導装置として、図9に示すような装置がある。この赤外線誘導装置12は、飛翔体先端部のドーム内に設置される2軸の自由度を有するジンバル13と、ジンバル13を2軸の各々で駆動する第1駆動機構14a及び第2駆動機構14bと、ジンバル13の2軸の角度を検出する第1角度検出部15a及び第2角度検出部15bと、飛翔体の角速度(レート)を検出するレート検出部9と、ジンバル13上に固定される集光光学系4及び検知器5と、検知器5からの信号を処理して赤外線画像を生成し、該赤外線画像をオートパイロット18に送信すると共に、オートパイロット18からの角度指令と第1角度検出部15a及び第2角度検出部15bからの角度情報とに基づく角度制御信号と、オートパイロット18からのレート指令とレート検出部9からのレート情報とに基づくレート制御信号とからなる制御信号を生成し、該制御信号を駆動機構制御部16に送信する演算処理部17と、演算処理部17からの制御信号に基づいて第1駆動機構14a及び第2駆動機構14bを制御する駆動機構制御部16と、演算処理部17からの赤外線画像を解析して目標物を検出し、飛翔体の進行方向を制御すると共に、演算処理部17に角度指令及びレート指令を送るオートパイロット18とを備えている。   As an infrared guiding device mounted on a flying object such as a missile, there is a device as shown in FIG. This infrared guiding device 12 includes a biaxial freedom gimbal 13 installed in the dome at the tip of the flying object, and a first drive mechanism 14a and a second drive mechanism 14b that drive the gimbal 13 with each of the two axes. A first angle detector 15a and a second angle detector 15b for detecting the biaxial angle of the gimbal 13; a rate detector 9 for detecting the angular velocity (rate) of the flying object; The condensing optical system 4 and the detector 5, and signals from the detector 5 are processed to generate an infrared image, the infrared image is transmitted to the autopilot 18, and the angle command and the first angle from the autopilot 18 are transmitted. The rate based on the angle control signal based on the angle information from the detection unit 15a and the second angle detection unit 15b, the rate command from the autopilot 18 and the rate information from the rate detection unit 9 The control processing unit 17 generates a control signal composed of the control signal and transmits the control signal to the drive mechanism control unit 16, and the first drive mechanism 14 a and the second drive mechanism based on the control signal from the calculation processing unit 17. 14b is controlled, and the infrared image from the arithmetic processing unit 17 is analyzed to detect a target, the traveling direction of the flying object is controlled, and an angle command and a rate command are sent to the arithmetic processing unit 17. And an autopilot 18 for sending.

そして、目標物から放射された赤外線は集光光学系4によって検知器5に集光され、集光された赤外線は検知器5で電気信号に変換されて演算処理部17に送られ、演算処理部17では該信号からTVモニタ等の表示装置に適した形態の赤外線画像を生成してオートパイロット18に送信し、オートパイロット18ではその赤外線画像を解析して目標物を検出し、飛翔体の進行方向を制御すると共に、角度の目標値である角度指令とレートの目標値であるレート指令とを演算処理部17に送る。一方、ジンバル13の2軸の角度は各々第1角度検出部15a及び第2角度検出部15bで検出されて演算処理部17に送られ、また、飛翔体の角速度はレート検出部9で検出されて演算処理部17に送られる。   The infrared rays radiated from the target are condensed on the detector 5 by the condensing optical system 4, and the condensed infrared rays are converted into electric signals by the detector 5 and sent to the arithmetic processing unit 17 for arithmetic processing. The unit 17 generates an infrared image in a form suitable for a display device such as a TV monitor from the signal and transmits it to the autopilot 18. The autopilot 18 detects the target by analyzing the infrared image and detects the flying object. While controlling the traveling direction, an angle command that is a target value of an angle and a rate command that is a target value of a rate are sent to the arithmetic processing unit 17. On the other hand, the biaxial angles of the gimbal 13 are detected by the first angle detector 15a and the second angle detector 15b, respectively, and sent to the arithmetic processing unit 17, and the angular velocity of the flying object is detected by the rate detector 9. To the arithmetic processing unit 17.

演算処理部17では、オートパイロット18からの角度指令と第1角度検出部15a及び第2角度検出部15bからの角度情報とに基づいて角度制御信号を生成して駆動機構制御部16に送信すると共に、オートパイロット18からのレート指令とレート検出部9からのレート情報とに基づいてレート制御信号を生成して駆動機構制御部16に送信する。そして、これらの制御信号を送信した駆動機構制御部16では第1駆動機構14a及び第2駆動機構14bを制御し、ジンバル13を目標物に向けて目標物の追尾を行う。このような制御を行う赤外線誘導装置として、例えば、下記特許文献1に記載された赤外線追尾装置がある。   The arithmetic processing unit 17 generates an angle control signal based on the angle command from the autopilot 18 and the angle information from the first angle detection unit 15 a and the second angle detection unit 15 b and transmits the angle control signal to the drive mechanism control unit 16. At the same time, a rate control signal is generated based on the rate command from the autopilot 18 and the rate information from the rate detection unit 9 and transmitted to the drive mechanism control unit 16. The drive mechanism control unit 16 that has transmitted these control signals controls the first drive mechanism 14a and the second drive mechanism 14b, and tracks the target with the gimbal 13 facing the target. As an infrared guidance device that performs such control, for example, there is an infrared tracking device described in Patent Document 1 below.

特開2000−147123号公報(第3−6頁、第1図)JP 2000-147123 A (page 3-6, FIG. 1)

ここで、従来の赤外線誘導装置12に用いられているジンバル13は、図10に示すように、検知器5や集光光学系4が固定される筐体を一方の軸(図ではインナジンバル軸)を中心に回転させる第1駆動機構14a(インナートルクモータ)と、該筐体を他方の軸(図ではアウタジンバル軸)を中心に回転させる第2駆動機構14b(アウタトルクモータ)と、インナジンバル軸方向の角度を検出する第1角度検出部15a(インナ角度検出器)と、アウタジンバル軸方向の角度を検出する第2角度検出部15b(アウタ角度検出器)とを備えており、第1駆動機構14aと第2駆動機構14bとを独立して制御することにより検知器5の光軸を任意の方向に向けることができるが、ジンバル13を用いる赤外線誘導装置12には以下に示す問題がある。   Here, as shown in FIG. 10, the gimbal 13 used in the conventional infrared guiding device 12 has a housing to which the detector 5 and the condensing optical system 4 are fixed as one axis (in the figure, the inner gimbal axis). ), A second drive mechanism 14b (outer torque motor) for rotating the casing around the other shaft (outer gimbal shaft in the figure), an inner A first angle detector 15a (inner angle detector) for detecting an angle in the gimbal axis direction, and a second angle detector 15b (outer angle detector) for detecting an angle in the outer gimbal axis direction. By independently controlling the first driving mechanism 14a and the second driving mechanism 14b, the optical axis of the detector 5 can be directed in an arbitrary direction, but the infrared guiding device 12 using the gimbal 13 is shown below. There is a problem.

まず、第1の問題は、赤外線誘導装置12の小型化を図ることが難しいということである。すなわち、赤外線誘導装置12の中で、演算処理部17や駆動機構制御部16などの回路要素は専用のチップや多層配線基板などを使用することによって集積度を高めることができ、これによってサイズを縮小することが可能であるが、ジンバル13は検知器5と集光光学系4とを間隔をあけて固定するためのサイズの大きい筐体や該筐体を2軸で回転させるための2つの駆動手段(第1駆動機構14a及び第2駆動機構14b)や筐体の2軸の角度を検出するための2つの角度検出手段(第1角度検出部15a及び第2角度検出部15b)が必要であり、かつ、2軸の各々を中心にして筐体を回転させたときに、筐体がドームなどの他の構成部材に接触しないようにスペースを確保する必要もあるためにサイズの縮小が困難である。   First, the first problem is that it is difficult to reduce the size of the infrared guiding device 12. That is, in the infrared guidance device 12, circuit elements such as the arithmetic processing unit 17 and the drive mechanism control unit 16 can be highly integrated by using a dedicated chip, a multilayer wiring board, and the like. Although it is possible to reduce the size, the gimbal 13 has a large size housing for fixing the detector 5 and the condensing optical system 4 with a space therebetween, and two for rotating the housing around two axes. Requires drive means (first drive mechanism 14a and second drive mechanism 14b) and two angle detection means (first angle detection unit 15a and second angle detection unit 15b) for detecting the biaxial angle of the housing. In addition, when the casing is rotated around each of the two axes, it is necessary to secure a space so that the casing does not come into contact with other components such as a dome. Have difficulty.

また、第2の問題は、赤外線誘導装置12の軽量化を図ることが難しいということである。すなわち、ジンバル13は検知器5と集光光学系4とを間隔をあけて固定するためのサイズの大きい筐体や該筐体を2軸方向に回転させるための2つの駆動手段が必要であるため軽量化が難しく、また、サイズの大きい筐体を駆動するためにトルクの大きい駆動手段を用いる必要があることから必然的に各々の駆動手段も重くなってしまう。   The second problem is that it is difficult to reduce the weight of the infrared guiding device 12. That is, the gimbal 13 requires a large-sized casing for fixing the detector 5 and the condensing optical system 4 with a space therebetween, and two driving means for rotating the casing in two axial directions. Therefore, it is difficult to reduce the weight, and since it is necessary to use a driving means having a large torque to drive a large-sized casing, each driving means inevitably becomes heavy.

また、第3の問題は、赤外線誘導装置12の信頼性を向上させることが難しいということである。すなわち、ジンバル13は2軸の各々で独立して制御する必要があるために構造が複雑であり、また、2つの駆動手段を制御するための駆動機構制御部16や2軸の角度情報やレート情報に基づいて制御信号を生成する演算処理部17の回路構成も複雑になり、更には、2つの駆動手段と駆動機構制御部16とを繋ぐ配線や2つの角度検出手段と演算処理部17とを繋ぐ配線が必要であるために配線構造も複雑になってしまい、故障の要因が多くなってしまう。   The third problem is that it is difficult to improve the reliability of the infrared guidance device 12. That is, since the gimbal 13 needs to be controlled independently for each of the two axes, the structure is complicated, and the driving mechanism control unit 16 for controlling the two driving means, the angle information and the rate of the two axes, and the like. The circuit configuration of the arithmetic processing unit 17 that generates the control signal based on the information is also complicated, and furthermore, the wiring that connects the two driving units and the driving mechanism control unit 16, the two angle detection units, and the arithmetic processing unit 17 Therefore, the wiring structure is complicated and the cause of failure increases.

このような問題は、大型の機器(例えば、船舶や飛行機、ヘリコプターなど)に固定して使用される赤外線誘導装置においても生じるが、特に、機器のサイズや重量の制限が厳しく、また、発射時などに大きな力が加わるなどの過酷な環境下でも確実に動作することが求められるミサイルなどの小型飛翔体に使用される赤外線誘導装置においては重大な問題となる。   Such problems also occur in infrared guidance devices that are used fixed to large equipment (for example, ships, airplanes, helicopters, etc.), but the size and weight of equipment are particularly severe, and during launch This is a serious problem in an infrared guidance device used for a small flying object such as a missile that is required to operate reliably even in a severe environment such as a large force applied to the.

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、その主たる目的は、小型、軽量であり、信頼性が高い赤外線誘導装置及び飛翔体の誘導方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and a main object thereof is to provide an infrared guiding device and a flying object guiding method that are small and light in weight and high in reliability.

上記目的を達成するために、本発明の赤外線誘導装置は、入射赤外線を集光する集光光学系と集光された前記赤外線を電気信号に変換する検知器とを含む検知部を備え、少なくとも前記検知部からの電気信号に基づいて生成される画像を参照して飛翔体を目標物に誘導する赤外線誘導装置において、前記検知部に、一方の面が他方の面に対して所定の角度で傾斜する1又は複数のウェッジプリズムと、前記1又は複数のウェッジプリズムを前記検知器の光軸に略直交する面内で回転させる回転機構とを備え、前記目標物から放射された赤外線を前記1又は複数のウェッジプリズムで屈折させて前記集光光学系に入射させるものである。   In order to achieve the above object, an infrared guiding device of the present invention includes a detection unit including a condensing optical system that condenses incident infrared light and a detector that converts the condensed infrared light into an electrical signal, and at least In the infrared guidance device that guides the flying object to the target with reference to an image generated based on the electrical signal from the detection unit, the detection unit has one surface at a predetermined angle with respect to the other surface. Inclining one or a plurality of wedge prisms, and a rotating mechanism for rotating the one or a plurality of wedge prisms in a plane substantially perpendicular to the optical axis of the detector, infrared rays emitted from the target are Alternatively, the light is refracted by a plurality of wedge prisms and is incident on the condensing optical system.

また、本発明の赤外線誘導装置は、一方の面が他方の面に対して所定の角度で傾斜するように構成され、目標物から放射された赤外線を屈折させる1又は複数のウェッジプリズムと、屈折された前記赤外線を集光する集光光学系と、集光された前記赤外線を電気信号に変換する検知器と、前記1又は複数のウェッジプリズムを前記検知器の光軸に略直交する面内で回転させる回転機構とを含む検知部と、少なくとも前記検知器からの電気信号に基づいて画像を生成する演算処理部と、前記回転機構に前記1又は複数のウェッジプリズムを回転させるための電力を供給する回転機構制御部とを含む処理部と、前記演算処理部から送信された前記画像を解析して前記目標物を探索し、前記目標物が検出された場合に、少なくとも前記画像における前記目標物の位置情報に基づいて前記飛翔体の進行方向を制御するオートパイロットと、を少なくとも備えるものである。   In addition, the infrared guidance device of the present invention is configured such that one surface is inclined at a predetermined angle with respect to the other surface, and one or more wedge prisms that refract the infrared radiation radiated from the target, A condensing optical system for condensing the collected infrared light, a detector for converting the collected infrared light into an electric signal, and the one or more wedge prisms in a plane substantially orthogonal to the optical axis of the detector A detection unit including a rotation mechanism that is rotated at a time, an arithmetic processing unit that generates an image based on at least an electric signal from the detector, and power for rotating the one or more wedge prisms in the rotation mechanism. When the target is detected by analyzing the image transmitted from the arithmetic processing unit and a processing unit including a rotation mechanism control unit to be supplied, at least in the image And autopilot that controls the traveling direction of the projectile on the basis of the position information of the serial target, in which at least includes.

また、本発明においては、前記回転機構は、前記飛翔体内面に固定されるリング状の外側筐体と、前記1又は複数のウェッジプリズムが固定され、ベアリング機構によって前記外側筐体に対して回転可能に保持されるリング状の内側筐体と、前記外側筐体の内周面に固定されるモータステータと、前記内側筐体の外周面に固定され、前記モータステータに対向して配置されるモータロータとを少なくとも有する構成とすることができる。   In the present invention, the rotation mechanism includes a ring-shaped outer casing fixed to the inner surface of the flying object and the one or more wedge prisms, and is rotated with respect to the outer casing by a bearing mechanism. A ring-shaped inner casing that can be held, a motor stator that is fixed to the inner peripheral surface of the outer casing, and an outer peripheral surface that is fixed to the outer casing of the inner casing, and is disposed to face the motor stator. It can be set as the structure which has a motor rotor at least.

また、本発明の飛翔体の誘導方法は、所定の回転機構を用いて、一方の面が他方の面に対して所定の角度で傾斜するように構成された1又は複数のウェッジプリズムを回転させ、各々の回転角度において、目標物から放射される赤外線を屈折させて集光光学系に入射させ、該集光光学系で集光された赤外線を検知器で検出するステップと、前記検知器からの電気信号に基づいて生成された画像を参照して飛翔体の進行方向を制御するステップと、を少なくとも備えるものである。   The flying object guiding method of the present invention uses a predetermined rotation mechanism to rotate one or more wedge prisms configured such that one surface is inclined at a predetermined angle with respect to the other surface. , Refracting infrared rays radiated from the target at each rotation angle so as to enter the condensing optical system, and detecting the infrared rays condensed by the condensing optical system with a detector; And a step of controlling the traveling direction of the flying object with reference to an image generated based on the electrical signal.

また、本発明の飛翔体の誘導方法は、所定の回転機構を用いて、一方の面が他方の面に対して所定の角度で傾斜するように構成された1又は複数のウェッジプリズムを回転させ、各々の回転角度において、目標物から放射される赤外線を屈折させて集光光学系に入射させ、該集光光学系で集光された赤外線を検知器で検出するステップと、前記検知器からの電気信号に基づいて画像を生成するステップと、前記画像を解析して前記目標物を探索し、前記目標物が検出された場合に、少なくとも前記画像における前記目標物の位置情報に基づいて飛翔体の進行方向を制御するステップと、を少なくとも備えるものである。   The flying object guiding method of the present invention uses a predetermined rotation mechanism to rotate one or more wedge prisms configured such that one surface is inclined at a predetermined angle with respect to the other surface. , Refracting infrared rays radiated from the target at each rotation angle so as to enter the condensing optical system, and detecting the infrared rays condensed by the condensing optical system with a detector; Generating an image on the basis of the electrical signal, and searching for the target by analyzing the image and, when the target is detected, flying based on at least position information of the target in the image And at least a step of controlling a traveling direction of the body.

本発明においては、前記1又は複数のウェッジプリズムを回転させることによって、前記目標物の探索範囲を拡大することが好ましい。   In the present invention, it is preferable to expand the search range of the target by rotating the one or more wedge prisms.

このように、本発明はウェッジプリズムのみを回転させるという簡単な構造を用いているため、駆動部分のサイズそのものを縮小することができると共に駆動のためのスペースを確保する必要もなくなり、これにより赤外線誘導装置の小型化を実現することができる。また、1軸を中心に回転させるだけでよいため駆動手段の構成を簡略化することができ、かつ、ウェッジプリズムのみを回転させるだけでよいためトルクの小さい駆動手段を用いることができ、これにより赤外線誘導装置の軽量化を実現することができる。更に、構成部品の点数の削減、回転機構制御部や演算処理部などの回路構成の簡略化、接続配線の削減が可能であるため、赤外線誘導装置の信頼性の向上も実現することもできる。   As described above, since the present invention uses a simple structure in which only the wedge prism is rotated, it is possible to reduce the size of the driving portion itself, and it is not necessary to secure a space for driving. Miniaturization of the guidance device can be realized. Further, since it is only necessary to rotate about one axis, the configuration of the driving means can be simplified, and since only the wedge prism needs to be rotated, a driving means having a small torque can be used. It is possible to reduce the weight of the infrared guiding device. Furthermore, since the number of components can be reduced, the circuit configuration of the rotation mechanism control unit and the arithmetic processing unit can be simplified, and the number of connection wirings can be reduced, the reliability of the infrared induction device can also be improved.

本発明の赤外線誘導装置及び飛翔体の誘導方法によれば、下記記載の効果を奏する。   According to the infrared guiding device and the flying object guiding method of the present invention, the following effects can be obtained.

本発明の第1の効果は、赤外線誘導装置の小型化を図ることができるということである。その理由は、集光光学系の前段にウェッジプリズムを配置し、このウェッジプリズムを回転機構によって検知器の光軸に略直交する面内で回転させることによって視野の拡大を実現しているため、駆動部分自体のサイズを縮小することができ、かつ、駆動部分と他の構成部材との干渉を避けるためのスペースを設ける必要がないからである。   The first effect of the present invention is that the infrared induction device can be miniaturized. The reason is that a wedge prism is arranged in front of the condensing optical system, and this wedge prism is rotated in a plane substantially perpendicular to the optical axis of the detector by a rotation mechanism, so that the field of view is enlarged. This is because the size of the drive part itself can be reduced and it is not necessary to provide a space for avoiding interference between the drive part and other components.

また、本発明の第2の効果は、赤外線誘導装置の軽量化を図ることができるということである。その理由は、回転機構は、1軸を中心に回転させればよいため構造を簡略化することができ、かつ、回転機構はウェッジプリズムのみを回転させるため、検知器と集光光学系とが載置された筐体全体を駆動するジンバル方式に比べてトルクの小さい駆動手段を用いることができるからである。   The second effect of the present invention is that the infrared guiding device can be reduced in weight. The reason is that the rotation mechanism only needs to be rotated about one axis, so that the structure can be simplified, and since the rotation mechanism rotates only the wedge prism, the detector and the condensing optical system are This is because it is possible to use a driving means having a smaller torque than that of the gimbal system that drives the entire mounted casing.

また、本発明の第3の効果は、赤外線誘導装置の信頼性を向上させることができるということである。その理由は、ウェッジプリズムを回転させる構造を採用することによって駆動部分の構造自体を簡略化することができると共に、駆動部分を制御する回転機構制御部や演算処理部などの回路構成も簡略化することができ、更に、駆動手段や角度検出手段との接続配線数も削減することができるため、故障の発生を未然に防止することができるからである。   The third effect of the present invention is that the reliability of the infrared guiding device can be improved. The reason is that the structure of the drive part itself can be simplified by adopting the structure for rotating the wedge prism, and the circuit configuration of the rotation mechanism control unit and the arithmetic processing unit for controlling the drive part is also simplified. This is because the number of connection wirings to the driving means and the angle detecting means can be reduced, and the occurrence of a failure can be prevented in advance.

従来技術で示したように、目標を捕捉して追尾する赤外線誘導装置として、特許文献1に示すようなドーム内にジンバル機構を備えるものがある。しかしながら、赤外線誘導装置をマイクロミサイルなどの超小型の飛翔体の内部に設置する場合には、飛翔体自体のサイズや重量の制限から赤外線誘導装置の小型化及び軽量化が必要であり、2軸の各々の方向を独立して制御するための2つの駆動手段や2つの角度検出手段が必要なジンバル方式ではこの要求に応えることは難しい。また、ミサイルなどの小型の飛翔体では発射時などに大きな力が加わる過酷な環境下でも確実に動作することが求められることから装置の信頼性を高める工夫も必要であり、2軸の各々の方向を独立して制御するための複雑な機構が必要なジンバル方式ではこの要求に応えることも難しい。   As shown in the prior art, some infrared guidance devices that capture and track a target include a gimbal mechanism in a dome as shown in Patent Document 1. However, when the infrared guidance device is installed inside an ultra-small flying object such as a micro missile, it is necessary to reduce the size and weight of the infrared guidance device due to restrictions on the size and weight of the flying object itself. It is difficult to meet this requirement in a gimbal system that requires two drive means and two angle detection means for independently controlling the directions of the two. In addition, since small flying objects such as missiles are required to operate reliably even in harsh environments where a large force is applied during launch, it is necessary to devise measures to increase the reliability of the device. It is difficult to meet this requirement with a gimbal system that requires a complicated mechanism to control the direction independently.

ここで、赤外線誘導装置の小型化を図るためには駆動部分のサイズ自体を小さくすると共に駆動部分とその周りの構成部材との干渉を避けるためのスペースを小さくすることが重要であり、また、軽量化を図るためには駆動機構を簡略化すると共に駆動に必要なトルクを小さくして駆動手段自体の軽量化を図ることが重要であり、更に、信頼性を向上させるためには駆動機構や回路構成を簡略化して部品点数や接続配線を削減することが重要である。   Here, in order to reduce the size of the infrared induction device, it is important to reduce the size of the drive portion itself and to reduce the space for avoiding interference between the drive portion and the surrounding components. In order to reduce the weight, it is important to simplify the driving mechanism and reduce the torque required for driving to reduce the weight of the driving means itself. Further, in order to improve the reliability, It is important to simplify the circuit configuration and reduce the number of parts and connection wiring.

そこで、本願発明者は、上記観点を総合的に勘案して、小型、軽量及び高信頼性が求められる特殊な用途でも使用できるようにするために、集光光学系や検知器を固定する筐体自体の角度を変えるのではなく、集光光学系の前段にウェッジプリズムを配置し、このウェッジプリズムのみを検知器の光軸に対して略直交する面内で回転させるという簡単な構造を採用し、これによって上記問題を解決している。   Therefore, the inventor of the present application comprehensively considers the above viewpoints, and in order to be able to use it for special applications that require small size, light weight, and high reliability, a housing for fixing the condensing optical system and the detector. Instead of changing the angle of the body itself, a simple structure is adopted in which a wedge prism is arranged in front of the condensing optical system and only this wedge prism is rotated in a plane substantially perpendicular to the optical axis of the detector. This solves the above problem.

なお、ウェッジプリズム自体は光学機器に用いられる部材であり、このウェッジプリズムを用いてレーザ光を所定の位置に集光させるレーザ加工機などは知られているが、ミサイルなどの特殊な用途に使用される赤外線誘導装置にウェッジプリズムを使用するものはなく、まして、このウェッジプリズムを回転させて視野を拡大させるものはなく、上記構造は本願発明者の知見によって得られた新規な構造である。   Note that the wedge prism itself is a member used in optical equipment, and laser processing machines that use this wedge prism to focus laser light at a predetermined position are known, but are used for special purposes such as missiles. None of the infrared guiding devices uses a wedge prism, and none of them rotate the wedge prism to expand the field of view, and the above structure is a novel structure obtained by the knowledge of the present inventor.

上記した本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明すべく、本発明の一実施例に係る赤外線誘導装置及び飛翔体の誘導方法について、図1乃至図8を参照して説明する。図1は、本発明の一実施例に係る赤外線誘導装置の構成を模式的に示す図であり、図2は、検知部の構造の具体例を示す断面図である。また、図3及び図4は、ウェッジプリズムのバリエーションを示す図であり、図5乃至図7は、ウェッジプリズムを用いた視野拡大の様子を模式的に示す図である。また、図8は、本実施例の赤外線誘導装置を用いた目標物の追尾手順を示すフローチャート図である。   In order to describe the above-described embodiment of the present invention in more detail, an infrared guiding device and a flying object guiding method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram schematically illustrating the configuration of an infrared guiding device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a specific example of the structure of a detection unit. 3 and 4 are diagrams showing variations of the wedge prism, and FIGS. 5 to 7 are diagrams schematically showing how the field of view is expanded using the wedge prism. FIG. 8 is a flowchart showing a target tracking procedure using the infrared guiding device of this embodiment.

図1に示すように、本実施例の赤外線誘導装置1は、くさび形の屈折光学部材(以下、ウェッジプリズム3と呼ぶ。)と、該ウェッジプリズム3を検知器5の光軸に略直交する面内で回転させるための回転機構6と、ウェッジプリズム3の回転角度を検出する角度検出部8と、飛翔体の角速度(レート)を検出するレート検出部9と、ウェッジプリズム3で屈折した赤外光を検知器5に集光する集光光学系4と、入射光を電気信号に変換する赤外線検出素子がアレイ状に配列された検知器5と、検知器5からの信号を増幅しTVモニタなどの表示手段に適した形態の赤外線画像を生成して該赤外線画像をオートパイロット18に送信すると共に、必要に応じて、オートパイロット18から送信された角度指令と角度検出部8から送信された角度情報とに基づいて角度制御信号を生成し、オートパイロット18から送信されたレート指令とレート検出部9から送信されたレート情報とに基づいてレート制御信号を生成する演算処理部7と、回転機構6を駆動させるための電力を供給する回転機構制御部10と、演算処理部7から送信された赤外線画像を解析して目標物を検出し、飛翔体の進行方向を制御すると共に、赤外線画像における目標物の位置情報に基づいて角度指令及びレート指令を生成して演算処理部7に送信するオートパイロット18とを少なくとも備えている。   As shown in FIG. 1, the infrared guiding device 1 of this embodiment includes a wedge-shaped refractive optical member (hereinafter referred to as a wedge prism 3) and the wedge prism 3 substantially orthogonal to the optical axis of the detector 5. A rotation mechanism 6 for rotating in the plane, an angle detection unit 8 for detecting the rotation angle of the wedge prism 3, a rate detection unit 9 for detecting the angular velocity (rate) of the flying object, and red refracted by the wedge prism 3 A condensing optical system 4 for condensing external light on the detector 5, a detector 5 in which infrared detecting elements for converting incident light into an electric signal are arranged in an array, and a signal from the detector 5 is amplified and the TV is amplified. An infrared image in a form suitable for a display means such as a monitor is generated and transmitted to the autopilot 18 and, if necessary, transmitted from the angle command and angle detector 8 transmitted from the autopilot 18. Corner An arithmetic control unit 7 that generates an angle control signal based on the information, generates a rate control signal based on the rate command transmitted from the autopilot 18 and the rate information transmitted from the rate detection unit 9, and a rotation mechanism The rotating mechanism control unit 10 that supplies power for driving 6 and the infrared image transmitted from the arithmetic processing unit 7 are analyzed to detect the target, control the traveling direction of the flying object, and in the infrared image At least an autopilot 18 that generates an angle command and a rate command based on the position information of the target and transmits the command to the arithmetic processing unit 7 is provided.

なお、ここでは演算処理部17で、赤外線画像を生成する処理と角度制御信号を生成する処理とレート制御信号を生成する処理の全てを行う構成としているが、各々の処理を独立した手段(例えば、画像信号処理部と捜索処理部と追尾処理部など)で個別に行う構成としてもよい。また、本実施例の赤外線誘導装置1では、回転機構制御部10はウェッジプリズム3を一定方向に回転させるだけでよいため、必ずしも角度制御信号やレート制御信号を生成する必要はない。   Here, the arithmetic processing unit 17 is configured to perform all of the process of generating an infrared image, the process of generating an angle control signal, and the process of generating a rate control signal. However, each process is performed independently (for example, The image signal processing unit, the search processing unit, the tracking processing unit, and the like may be individually performed. Further, in the infrared guiding device 1 of the present embodiment, the rotation mechanism control unit 10 only needs to rotate the wedge prism 3 in a certain direction, and therefore it is not always necessary to generate an angle control signal or a rate control signal.

また、ウェッジプリズム3は検知器5の視野を所定の方向にずらす機能を備えたものであればよく、その断面形状は、図3(a)に示すように一方の面が所定のビーム偏角で傾斜した形状としてもよいし、図3(b)に示すように、両方の面が所定のビーム偏角(各々の面のビーム偏角は同じでもよいし異なっていてもよい。)で傾斜した台形形状としてもよい。また、ウェッジプリズム3を正面から見た形状も特に限定されず、図3(a)に示すように円形にしてもよいし、楕円形や多角形などにしてもよい。また、ウェッジプリズム3を構成する材料も特に限定されず、使用する波長帯に適した材料で形成されていればよく、目標物から放射される赤外線を検出する場合はGeやZnSe、ZnSなどを用いることができる。   The wedge prism 3 only needs to have a function of shifting the field of view of the detector 5 in a predetermined direction, and its cross-sectional shape is such that one surface has a predetermined beam deflection angle as shown in FIG. It is good also as the shape which inclined in (4), and as shown in FIG.3 (b), both surfaces incline by the predetermined beam deflection angle (The beam deflection angle of each surface may be the same or different.). A trapezoidal shape may be used. The shape of the wedge prism 3 viewed from the front is not particularly limited, and may be circular as shown in FIG. 3A, or may be elliptical or polygonal. Further, the material constituting the wedge prism 3 is not particularly limited as long as it is formed of a material suitable for the wavelength band to be used. When detecting infrared rays emitted from a target, Ge, ZnSe, ZnS, or the like is used. Can be used.

また、ウェッジプリズム3は1枚のみとしてもよいが、視野を拡大するためにウェッジプリズム3を2枚対向して配置してもよいし、3枚以上のウェッジプリズム3を組み合わせて配置してもよい。その場合においても、各々のウェッジプリズム3は、図4(a)に示すように一方の面のみが傾斜した形状としてもよいし、図4(b)に示すように両方の面が所定のビーム偏角(各々の面のビーム偏角は同じでもよいし異なっていてもよい。)で傾斜した台形形状としてもよいし、それらを組み合わせた構成としてもよい。また、複数枚のウェッジプリズム3を組み合わせる場合において、対向するウェッジプリズム3は隙間なく接触させてもよいし、間隔を空けて配置してもよい。   In addition, although only one wedge prism 3 may be provided, two wedge prisms 3 may be arranged to face each other or a combination of three or more wedge prisms 3 in order to enlarge the field of view. Good. Even in this case, each wedge prism 3 may have a shape in which only one surface is inclined as shown in FIG. 4A, or both surfaces have predetermined beams as shown in FIG. 4B. The trapezoidal shape may be inclined with a declination (the beam declination of each surface may be the same or different), or a combination of them may be employed. When a plurality of wedge prisms 3 are combined, the opposing wedge prisms 3 may be in contact with each other without a gap, or may be arranged with an interval.

また、集光光学系4はウェッジプリズム3を透過した光を検知器5に集光する機能を備えていればよく、図1のように1枚の凹レンズで構成してもよいし、複数枚のレンズで構成してもよい。また、検知器5は入射光を電気信号に変換する機能を備えていればよく、赤外線を検出する場合は熱型検知器や量子型検知器などを用いることができる。また、検知器5は複数の画素が配列された構造であればよく、各々の画素の形状や画素数なども任意に設定することができる。   Further, the condensing optical system 4 only needs to have a function of condensing the light transmitted through the wedge prism 3 onto the detector 5, and may be composed of one concave lens as shown in FIG. You may comprise with the lens of. Moreover, the detector 5 should just be provided with the function to convert incident light into an electrical signal, and when detecting infrared rays, a thermal detector, a quantum detector, etc. can be used. The detector 5 may have a structure in which a plurality of pixels are arranged, and the shape and the number of pixels of each pixel can be arbitrarily set.

次に、上記赤外線誘導装置1における検知部2の具体的な構造について説明する。図2に示すように、検知部2全体を覆うドーム2aの内側に、ウェッジプリズム用外側筐体2bと外側ベアリング受け部2eとが固定され、ベアリング2gを挟んで内側ベアリング受け部2fが配置され、該内側ベアリング受け部2fにウェッジプリズム用内側筐体2cが固定され、このウェッジプリズム用内側筐体2cによってウェッジプリズム3が回転可能に保持されている。また、ウェッジプリズム用外側筐体2bには回転機構6を構成するモータステータ6a及び角度検出部8を構成する角度検出部ステータ8aが固定され、ウェッジプリズム用内側筐体2cには、モータステータ6aに対向する位置に回転機構6を構成するモータロータ6bが固定され、角度検出部ステータ8aに対向する位置に角度検出部8を構成する角度検出部ロータ8bが固定されている。そして、モータステータ6aに電力を供給すると磁場が発生してモータロータ6bに回転方向の力が加わり、ベアリング2gによって、内側ベアリング受け部2fとモータロータ6bとウェッジプリズム用内側筐体2cとウェッジプリズム3とが一体となって回転し、角度検出部ステータ8aと角度検出部ロータ8bとでウェッジプリズム3の回転角度を検出する。   Next, a specific structure of the detection unit 2 in the infrared guidance device 1 will be described. As shown in FIG. 2, a wedge prism outer casing 2b and an outer bearing receiving portion 2e are fixed inside a dome 2a covering the entire detecting portion 2, and an inner bearing receiving portion 2f is disposed with the bearing 2g interposed therebetween. The wedge prism inner casing 2c is fixed to the inner bearing receiving portion 2f, and the wedge prism 3 is rotatably held by the wedge prism inner casing 2c. A motor stator 6a constituting the rotation mechanism 6 and an angle detector stator 8a constituting the angle detector 8 are fixed to the outer housing 2b for wedge prism, and the motor stator 6a is attached to the inner housing 2c for wedge prism. A motor rotor 6b that constitutes the rotation mechanism 6 is fixed at a position that faces the angle detection section, and an angle detection section rotor 8b that constitutes the angle detection section 8 is fixed at a position that faces the angle detection section stator 8a. Then, when electric power is supplied to the motor stator 6a, a magnetic field is generated and a rotational force is applied to the motor rotor 6b. And the angle detector stator 8a and the angle detector rotor 8b detect the rotation angle of the wedge prism 3.

なお、図2の構造は本発明の検知部2の構造の一例であり、ウェッジプリズム3、集光光学系4、検知器5、角度検出部8及び各筐体の形状や配置は図の構成に限定されない。また、図2では、モータステータ6aとモータロータ6bとを用いてウェッジプリズム3を回転させているが、例えば、ウェッジプリズム用内側筐体2cの外周面に凹凸を設け、一方、ウェッジプリズム用外側筐体2bにモータを固定し、モータの回転によって駆動するギアを凹凸に接触させてウェッジプリズム用内側筐体2cを回転させるなどのギア構造を用いてもよいし、ギア構造に代えてベルトなどの動力伝達手段を用いてウェッジプリズム3を回転させてもよい。また、図2では、ウェッジプリズム3をスムーズに回転させるためにベアリング構造を用いているが、ベアリング構造に代えて電磁的にウェッジプリズム用内側筐体2cを浮遊させる構造としてもよい。   2 is an example of the structure of the detection unit 2 of the present invention, and the shapes and arrangements of the wedge prism 3, the condensing optical system 4, the detector 5, the angle detection unit 8, and the respective cases are as shown in the figure. It is not limited to. In FIG. 2, the wedge prism 3 is rotated using the motor stator 6a and the motor rotor 6b. For example, the outer periphery of the wedge prism inner casing 2c is provided with irregularities, while the wedge prism outer casing is provided. A gear structure such as fixing the motor to the body 2b and rotating the wedge prism inner casing 2c by bringing the gear driven by the rotation of the motor into contact with the projections and depressions may be used. The wedge prism 3 may be rotated using power transmission means. In FIG. 2, the bearing structure is used to smoothly rotate the wedge prism 3. However, the wedge prism inner casing 2c may be floated electromagnetically instead of the bearing structure.

次に、ウェッジプリズム3を回転させることによってどのように視野が拡大されるかを説明する。まず、図5に示すように、ウェッジプリズム3が実線のように(レンズの肉厚が厚い部分が図の下になるように)配置されている場合、検知器5を起点とする光路は集光光学系4で平行光となってウェッジプリズム3に到達する。ここで、ウェッジプリズム3は少なくとも一方の面が検知器5の光軸に直交する面に対して一定の角度(図3のビーム偏角)で傾斜しているため、傾斜面で図の下方に光路が屈折して実線で示す視野方向となる。一方、ウェッジプリズム3を180°回転させて図の破線のように(レンズの肉厚が厚い方が図の上になるように)配置した場合には、光路は上記と逆の方向(図の上方)に屈折して破線で示す視野方向となる。従って、従来のようにジンバルを用いて検知器5の光軸の方向を変化させなくても、ウェッジプリズム3を回転させることによって簡単に視野方向を変化させることができる。   Next, how the field of view is expanded by rotating the wedge prism 3 will be described. First, as shown in FIG. 5, when the wedge prism 3 is arranged as shown by a solid line (so that the thick part of the lens is at the bottom of the figure), the optical path starting from the detector 5 is collected. It becomes parallel light in the optical optical system 4 and reaches the wedge prism 3. Here, since at least one surface of the wedge prism 3 is inclined at a certain angle (the beam deflection angle in FIG. 3) with respect to the surface orthogonal to the optical axis of the detector 5, the inclined surface is below the figure. The optical path is refracted to the viewing direction indicated by the solid line. On the other hand, when the wedge prism 3 is rotated 180 ° and arranged as shown by the broken line in the figure (the lens having a thicker wall is on the figure), the optical path is in the opposite direction (in the figure). The viewing direction is refracted upward) as indicated by a broken line. Therefore, the visual field direction can be easily changed by rotating the wedge prism 3 without changing the direction of the optical axis of the detector 5 using a gimbal as in the prior art.

このようにしてウェッジプリズム3を360°回転させた場合に視野がどのようになるかを説明する。理解を容易にするために、図3(a)に示すようにウェッジプリズム3の肉厚が厚い部分の特定の位置(×印で表示)が図の下側になる状態を配置(a)とし、ウェッジプリズム3を90°時計回りに回転させた状態を配置(b)、180°回転させた状態を配置(c)、270°回転させた状態を配置(d)とする。その場合、配置(a)はウェッジプリズム3が図5の実線の配置であるため、検知器5から見た視野は図6の下側に示すように検知器正面の視野(ウェッジプリズム3がない場合の視野)よりも下方に移動する。次に、配置(b)の場合は、ウェッジプリズム3の肉厚部分が図5の手前側になるため、検知器5から見た視野は図6の左側に示すように検知器正面の視野よりも左側に移動する。同様に、配置(c)の場合は、ウェッジプリズム3が図5の破線の配置であるため、検知器5の視野は図6の上側に示すように検知器正面の視野よりも上方に移動し、配置(d)の場合は、ウェッジプリズム3の肉厚部分が図5の奥側になるため、検知器5の視野は図6の右側に示すように検知器正面の視野よりも右側に移動する。   The following describes how the field of view changes when the wedge prism 3 is rotated 360 °. In order to facilitate understanding, as shown in FIG. 3 (a), the arrangement (a) is a state where a specific position (indicated by a cross) of the thick portion of the wedge prism 3 is on the lower side of the figure. The state in which the wedge prism 3 is rotated 90 ° clockwise is arranged (b), the state rotated 180 ° is arranged (c), and the state rotated 270 ° is arranged (d). In that case, since the wedge prism 3 is arranged in the solid line in FIG. 5 in the arrangement (a), the visual field seen from the detector 5 is the visual field in front of the detector (the wedge prism 3 is not present) as shown in the lower side of FIG. Move below the visual field). Next, in the case of the arrangement (b), since the thick portion of the wedge prism 3 is on the near side of FIG. 5, the visual field viewed from the detector 5 is more than the visual field in front of the detector as shown on the left side of FIG. Also move to the left. Similarly, in the case of the arrangement (c), since the wedge prism 3 is arranged in a broken line in FIG. 5, the field of view of the detector 5 moves above the field of view in front of the detector as shown in the upper side of FIG. In the case of the arrangement (d), since the thick portion of the wedge prism 3 is on the back side in FIG. 5, the visual field of the detector 5 moves to the right side of the front surface of the detector as shown on the right side of FIG. To do.

従って、ウェッジプリズム3を連続的に回転させると、全視野は図7に示すように検知器正面の視野を上下左右の全方向に広げた範囲となり、ジンバルを上下左右に振った場合と同様に視野を拡大することができる。なお、視野の移動量はビーム偏角を変えることによって大きくすることも小さくすることもでき、本発明では所望の視野が得られるようにビーム偏角を任意に設定することができるが、視野の移動量が検知器正面の視野の短辺の半分より大きくなると、視野の中央部分にいずれの状態でも視野からはずれた空白の領域が生じてしまい、その空白領域に目標物が入ってしまうと目標物を検知することができなくなるため好ましくない。従って、ビーム偏角の設定に際しては、空白の領域が生じない範囲内で選択する必要がある。   Therefore, when the wedge prism 3 is continuously rotated, the entire field of view becomes a range in which the field of view of the detector front is expanded in all directions, up, down, left and right as shown in FIG. The field of view can be enlarged. The amount of movement of the field of view can be increased or decreased by changing the beam deflection angle. In the present invention, the beam deflection angle can be arbitrarily set so as to obtain a desired field of view. If the amount of movement is greater than half the short side of the field of view in front of the detector, a blank area will be created in the center of the field of view in any state, and if the target enters the blank area, the target will enter. This is not preferable because an object cannot be detected. Therefore, when setting the beam deflection angle, it is necessary to select within a range where no blank area occurs.

次に、上記構成の赤外線誘導装置1を用いて目標物を追尾する手順について、図8のフローチャート図を参照して説明する。   Next, a procedure for tracking a target using the infrared guiding device 1 having the above-described configuration will be described with reference to a flowchart of FIG.

まず、ステップS101で、回転機構制御部10は回転機構6に電力を供給し、回転機構6を構成するモータステータ6aに電流が流れて磁場が発生し、この磁場によってモータロータ6bに回転方向の力が発生し、モータロータ6bと共にウェッジプリズム用内側筐体2cに固定されたウェッジプリズム3が回転を始める。そして、ウェッジプリズム3の回転が安定したら、ステップS102で、ミサイルなどの飛翔体を目標物があると思われる方向に向けて発射する。   First, in step S101, the rotation mechanism control unit 10 supplies power to the rotation mechanism 6, and a current flows through the motor stator 6a constituting the rotation mechanism 6 to generate a magnetic field. This magnetic field generates a force in the rotation direction on the motor rotor 6b. And the wedge prism 3 fixed to the wedge prism inner casing 2c together with the motor rotor 6b starts to rotate. When the rotation of the wedge prism 3 is stabilized, in step S102, a flying object such as a missile is launched in a direction in which the target is considered to be present.

ここで、上述したように、本実施例の赤外線誘導装置1では、ウェッジプリズム3を検知器5の光軸(すなわち、飛翔体の進行方向)に対して略直交する面内でのみ回転させているため、飛翔体の発射時などでもウェッジプリズム3には回転角によらず常に一定の方向からのみ力が作用する。これに対して従来のジンバル機構では、飛翔体の進行方向に平行な面内で検知器5及び集光光学系4が固定された筐体を駆動しているため、駆動状態に応じて検知器5や集光光学系4には様々な方向から力が作用する。従って、構成部材を安定して駆動させる観点からも本発明の構造が優れていると言える。   Here, as described above, in the infrared guiding apparatus 1 of the present embodiment, the wedge prism 3 is rotated only within a plane substantially orthogonal to the optical axis of the detector 5 (that is, the traveling direction of the flying object). Therefore, even when the flying object is launched, force is always applied to the wedge prism 3 only from a certain direction regardless of the rotation angle. On the other hand, in the conventional gimbal mechanism, the detector 5 and the condensing optical system 4 are driven in a plane parallel to the traveling direction of the flying object. 5 and the condensing optical system 4 are subjected to forces from various directions. Therefore, it can be said that the structure of the present invention is excellent from the viewpoint of stably driving the constituent members.

次に、ステップS103で、入射した赤外線はウェッジプリズム3で屈折され、集光光学系4で集光されて検知器5に入射し、検知器5では集光された赤外線を電気信号に変換して演算処理部7に送信する。そして、演算処理部7では検知器5から送信された電気信号を増幅して所定の角度における視野の赤外線画像を生成してオートパイロット18に送信する。一方、角度検出部8はその時のウェッジプリズム3の角度を検出し角度情報を演算処理部7に送信し、レート検出部9は飛翔体の角速度を検出しレート情報を演算処理部7に送信する。   Next, in step S103, the incident infrared rays are refracted by the wedge prism 3, collected by the condensing optical system 4, and incident on the detector 5. The detector 5 converts the collected infrared rays into an electrical signal. To the arithmetic processing unit 7. The arithmetic processing unit 7 amplifies the electrical signal transmitted from the detector 5 to generate an infrared image of a visual field at a predetermined angle and transmits it to the autopilot 18. On the other hand, the angle detection unit 8 detects the angle of the wedge prism 3 at that time and transmits the angle information to the calculation processing unit 7, and the rate detection unit 9 detects the angular velocity of the flying object and transmits the rate information to the calculation processing unit 7. .

次に、ステップS104で、オートパイロット18では受信した赤外線画像を解析して、その視野の中から所定の目標物を探索する。具体的には、赤外線画像の場合は目標物の温度が高くなるほど信号の強度が大きくなることから、しきい値以上の信号強度を有する領域を特定することによって目標物を検出することができる。   Next, in step S104, the autopilot 18 analyzes the received infrared image and searches for a predetermined target from the field of view. Specifically, in the case of an infrared image, the intensity of the signal increases as the temperature of the target increases, and therefore the target can be detected by specifying a region having a signal intensity equal to or higher than a threshold value.

そして、ステップS105で、その視野の中に目標物がない場合はステップS103に戻って、次の角度における視野を撮像して同様の処理を繰り返す。一方、ステップS105で目標物を検出した場合は、ステップS106で、オートパイロット18は赤外線画像上の目標物の位置と角度情報とに基づいて飛翔体が目標と会合するように進行方向の制御を行うと共に、演算処理部7に角度指令とレート指令とを送信する。そして、ステップS107で、演算処理部7では、必要に応じて、角度指令と角度検出部8からの角度情報とに基づいて角度制御信号を生成し、レート指令とレート検出部9からのレート情報とに基づいてレート制御信号を生成し、これらの制御信号を回転制御処理部10に送信する。なお、前述したように回転機構6はウェッジプリズム3を一定方向に回転させるだけであるため、回転を制御する必要がない場合はステップS107を省略することもできる。   In step S105, if there is no target in the field of view, the process returns to step S103, the field of view at the next angle is imaged, and the same processing is repeated. On the other hand, when the target is detected in step S105, in step S106, the autopilot 18 controls the traveling direction so that the flying object meets the target based on the position and angle information of the target on the infrared image. At the same time, an angle command and a rate command are transmitted to the arithmetic processing unit 7. In step S 107, the arithmetic processing unit 7 generates an angle control signal based on the angle command and the angle information from the angle detection unit 8 as necessary, and the rate command and the rate information from the rate detection unit 9. Then, a rate control signal is generated based on the above and these control signals are transmitted to the rotation control processing unit 10. Note that, as described above, the rotation mechanism 6 only rotates the wedge prism 3 in a certain direction, and therefore step S107 can be omitted when it is not necessary to control the rotation.

そして、ステップS108で、目標物が移動していないかを監視し、目標物が赤外線画像上の指定位置から外れている場合は、ステップS106に戻って、オートパイロット18では赤外線画像上の目標物の位置と角度情報とに基づいて再度、飛翔体の進行方向を制御し、ステップS106〜S108の動作を繰り返すことによって目標物を追尾する。   In step S108, it is monitored whether or not the target is moving. If the target is out of the designated position on the infrared image, the process returns to step S106, and the autopilot 18 detects the target on the infrared image. The traveling direction of the flying object is controlled again based on the position and angle information, and the target is tracked by repeating the operations in steps S106 to S108.

このように、本実施例の赤外線誘導装置1によれば、集光光学系4の前段にウェッジプリズムを配置し、このウェッジプリズム3を検知器5の光学軸に略直交する面内で回転させるための回転機構6が設けることにより、ウェッジプリズム3のビーム偏角に従って屈折された分だけ視野を拡大させることができる。そして、このような簡単な構造を採用することによって、ジンバル機構よりも遙かに小型化及び軽量化を図ることができ、かつ、信頼性を向上させることができるため、本発明の赤外線誘導装置1をミサイル用途などに使用することができるようになる。   As described above, according to the infrared guiding device 1 of the present embodiment, the wedge prism is arranged in front of the condensing optical system 4, and the wedge prism 3 is rotated in a plane substantially orthogonal to the optical axis of the detector 5. By providing the rotation mechanism 6 for this purpose, the field of view can be enlarged by the amount refracted according to the beam deflection angle of the wedge prism 3. And by adopting such a simple structure, it is possible to achieve a much smaller size and lighter weight than the gimbal mechanism, and to improve the reliability. 1 can be used for missile applications.

なお、上記実施例では、赤外の波長帯を用いて目標物を追尾する場合について記載したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、可視光などの任意の波長帯に対して同様に適用することができる。   In the above-described embodiment, the case where the target is tracked using the infrared wavelength band is described. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and for any wavelength band such as visible light. Can be applied similarly.

本発明の一実施例に係る赤外線誘導装置の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the infrared guidance apparatus which concerns on one Example of this invention. 本発明の一実施例に係る赤外線誘導装置における検知部の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the detection part in the infrared guidance device which concerns on one Example of this invention. 本発明の一実施例に係るウェッジプリズムのバリエーションを示す図である。It is a figure which shows the variation of the wedge prism which concerns on one Example of this invention. 本発明の一実施例に係るウェッジプリズムを複数枚組み合わせた構成のバリエーションを示す図である。It is a figure which shows the variation of the structure which combined the several wedge prism which concerns on one Example of this invention. 本発明の一実施例に係るウェッジプリズムにより視野が拡大される様子を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically a mode that a visual field is expanded by the wedge prism which concerns on one Example of this invention. 本発明の一実施例に係るウェッジプリズムの所定の回転位置における視野を示す図である。It is a figure which shows the visual field in the predetermined rotation position of the wedge prism which concerns on one Example of this invention. 本発明の一実施例に係るウェッジプリズムによって拡大された視野を示す図である。It is a figure which shows the visual field expanded by the wedge prism which concerns on one Example of this invention. 本発明の一実施例に係る赤外線誘導装置を用いた目標物の追尾方法を示すフローチャート図である。It is a flowchart figure which shows the tracking method of the target using the infrared guidance device which concerns on one Example of this invention. 従来の赤外線誘導装置の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the conventional infrared guidance apparatus. 従来の赤外線誘導装置におけるジンバルの構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the gimbal in the conventional infrared guidance apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1 赤外線誘導装置
2 検知部
2a ドーム
2b ウェッジプリズム用外側筐体
2c ウェッジプリズム用内側筐体
2d 集光光学系用筐体
2e 外側ベアリング受け部
2f 内側ベアリング受け部
2g ベアリング
3 ウェッジプリズム
4 集光光学系
5 検知器
6 回転機構
6a モータステータ
6b モータロータ
7 演算処理部
8 角度検出部
8a 角度検出部ステータ
8b 角度検出部ロータ
9 レート検出部
10 回転機構制御部
11 フィルタ
12 赤外線誘導装置
13 ジンバル
14a 第1駆動機構
14b 第2駆動機構
15a 第1角度検出部
15b 第2角度検出部
16 駆動機構制御部
17 演算処理部
18 オートパイロット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Infrared guidance device 2 Detection part 2a Dome 2b Wedge prism outer casing 2c Wedge prism inner casing 2d Condensing optical system casing 2e Outer bearing receiver 2f Inner bearing receiver 2g Bearing 3 Wedge prism 4 Condensing optics System 5 Detector 6 Rotation mechanism 6a Motor stator 6b Motor rotor 7 Arithmetic processing unit 8 Angle detection unit 8a Angle detection unit stator 8b Angle detection unit rotor 9 Rate detection unit 10 Rotation mechanism control unit 11 Filter 12 Infrared induction device 13 Gimbal 14a First Drive mechanism 14b Second drive mechanism 15a First angle detector 15b Second angle detector 16 Drive mechanism controller 17 Arithmetic processor 18 Autopilot

Claims (7)

入射赤外線を集光する集光光学系と集光された前記赤外線を電気信号に変換する検知器とを含む検知部を備え、少なくとも前記検知部からの電気信号に基づいて生成される画像を参照して飛翔体を目標物に誘導する赤外線誘導装置において、
前記検知部に、一方の面が他方の面に対して所定の角度で傾斜する1又は複数のウェッジプリズムと、前記1又は複数のウェッジプリズムを前記検知器の光軸に略直交する面内で回転させる回転機構とを備え、前記目標物から放射された赤外線を前記1又は複数のウェッジプリズムで屈折させて前記集光光学系に入射させることを特徴とする赤外線誘導装置。
A detection unit including a condensing optical system that condenses incident infrared light and a detector that converts the collected infrared light into an electric signal, and at least refers to an image generated based on the electric signal from the detection unit In the infrared guidance device that guides the flying object to the target,
In the detection unit, one or more wedge prisms whose one surface is inclined at a predetermined angle with respect to the other surface, and the one or more wedge prisms in a plane substantially orthogonal to the optical axis of the detector. An infrared guiding device comprising: a rotating mechanism for rotating; and refracting infrared rays radiated from the target by the one or more wedge prisms to enter the condensing optical system.
一方の面が他方の面に対して所定の角度で傾斜するように構成され、目標物から放射された赤外線を屈折させる1又は複数のウェッジプリズムと、屈折された前記赤外線を集光する集光光学系と、集光された前記赤外線を電気信号に変換する検知器と、前記1又は複数のウェッジプリズムを前記検知器の光軸に略直交する面内で回転させる回転機構とを含む検知部と、
少なくとも前記検知器からの電気信号に基づいて画像を生成する演算処理部と、前記回転機構に前記1又は複数のウェッジプリズムを回転させるための電力を供給する回転機構制御部とを含む処理部と、
前記演算処理部から送信された前記画像を解析して前記目標物を探索し、前記目標物が検出された場合に、少なくとも前記画像における前記目標物の位置情報に基づいて前記飛翔体の進行方向を制御するオートパイロットと、を少なくとも備えることを特徴とする赤外線誘導装置。
One surface is configured to be inclined at a predetermined angle with respect to the other surface, and one or a plurality of wedge prisms that refract infrared rays radiated from the target, and a condensing light that condenses the refracted infrared rays. A detector that includes an optical system, a detector that converts the collected infrared light into an electrical signal, and a rotation mechanism that rotates the one or more wedge prisms in a plane substantially perpendicular to the optical axis of the detector. When,
A processing unit including an arithmetic processing unit that generates an image based on at least an electrical signal from the detector; and a rotation mechanism control unit that supplies power for rotating the one or more wedge prisms to the rotation mechanism; ,
The image transmitted from the arithmetic processing unit is analyzed to search for the target, and when the target is detected, the traveling direction of the flying object based on at least the position information of the target in the image An infrared pilot device comprising at least an autopilot that controls the infrared pilot device.
前記回転機構は、前記飛翔体内面に固定されるリング状の外側筐体と、前記1又は複数のウェッジプリズムが固定され、ベアリング機構によって前記外側筐体に対して回転可能に保持されるリング状の内側筐体と、前記外側筐体の内周面に固定されるモータステータと、前記内側筐体の外周面に固定され、前記モータステータに対向して配置されるモータロータとを少なくとも有することを特徴とする請求項1又は2に記載の赤外線誘導装置。   The rotation mechanism includes a ring-shaped outer casing fixed to the inner surface of the flying object, and a ring shape in which the one or more wedge prisms are fixed and are rotatably supported by the bearing mechanism with respect to the outer casing. An inner casing, a motor stator fixed to the inner peripheral surface of the outer casing, and a motor rotor fixed to the outer peripheral surface of the inner casing and disposed to face the motor stator. The infrared guidance device according to claim 1 or 2, characterized by the above-mentioned. 所定の回転機構を用いて、一方の面が他方の面に対して所定の角度で傾斜するように構成された1又は複数のウェッジプリズムを回転させ、各々の回転角度において、目標物から放射される赤外線を屈折させて集光光学系に入射させ、該集光光学系で集光された赤外線を検知器で検出するステップと、
前記検知器からの電気信号に基づいて生成された画像を参照して飛翔体の進行方向を制御するステップと、を少なくとも備えることを特徴とする飛翔体の誘導方法。
A predetermined rotation mechanism is used to rotate one or more wedge prisms configured such that one surface is inclined at a predetermined angle with respect to the other surface, and is emitted from the target at each rotation angle. Refracting infrared rays to be incident on a condensing optical system, and detecting the infrared rays collected by the condensing optical system with a detector;
And a step of controlling a traveling direction of the flying object with reference to an image generated based on an electric signal from the detector.
所定の回転機構を用いて、一方の面が他方の面に対して所定の角度で傾斜するように構成された1又は複数のウェッジプリズムを回転させ、各々の回転角度において、目標物から放射される赤外線を屈折させて集光光学系に入射させ、該集光光学系で集光された赤外線を検知器で検出するステップと、
前記検知器からの電気信号に基づいて画像を生成するステップと、
前記画像を解析して前記目標物を探索し、前記目標物が検出された場合に、少なくとも前記画像における前記目標物の位置情報に基づいて飛翔体の進行方向を制御するステップと、を少なくとも備えることを特徴とする飛翔体の誘導方法。
A predetermined rotation mechanism is used to rotate one or more wedge prisms configured such that one surface is inclined at a predetermined angle with respect to the other surface, and is emitted from the target at each rotation angle. Refracting infrared rays to be incident on a condensing optical system, and detecting the infrared rays collected by the condensing optical system with a detector;
Generating an image based on an electrical signal from the detector;
Analyzing the image to search for the target, and at least including the step of controlling the traveling direction of the flying object based on position information of the target in the image at least when the target is detected. A flying object guiding method characterized by the above.
前記1又は複数のウェッジプリズムを回転させることによって、前記目標物の探索範囲を拡大することを特徴とする請求項4又は5に記載の飛翔体の誘導方法。   6. The flying object guiding method according to claim 4, wherein the search range of the target is expanded by rotating the one or more wedge prisms. 前記回転機構は、前記飛翔体内面に固定されるリング状の外側筐体と、前記1又は複数のウェッジプリズムが固定され、ベアリング機構によって前記外側筐体に対して回転可能に保持されるリング状の内側筐体と、前記外側筐体の内周面に固定されるモータステータと、前記内側筐体の外周面に固定され、前記モータステータに対向して配置されるモータロータとを少なくとも有することを特徴とする請求項4乃至6のいずれか一に記載の飛翔体の誘導方法。   The rotation mechanism includes a ring-shaped outer casing fixed to the inner surface of the flying object, and a ring shape in which the one or more wedge prisms are fixed and are rotatably supported by the bearing mechanism with respect to the outer casing. An inner casing, a motor stator fixed to the inner peripheral surface of the outer casing, and a motor rotor fixed to the outer peripheral surface of the inner casing and disposed to face the motor stator. The method for guiding a flying object according to any one of claims 4 to 6.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006329744A (en) * 2005-05-25 2006-12-07 Nec Corp Infrared beam system
JP2009024938A (en) * 2007-07-19 2009-02-05 Nec Corp Gimbal mechanism, infrared guidance device and control method for gimbal mechanism
JP2010014649A (en) * 2008-07-07 2010-01-21 Tamagawa Seiki Co Ltd Method and apparatus for detecting rotation angle of inner gimbal
WO2014010107A1 (en) * 2012-07-11 2014-01-16 北陽電機株式会社 Scanning-type distance measuring device
CN104375515A (en) * 2014-10-14 2015-02-25 浙江大学 Turning device tracking human body automatically

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11508029A (en) * 1996-01-20 1999-07-13 ドルニエ、ゲゼルシャフト、ミット、ベシュレンクテル、ハフツング Flight target exploration, detection and tracking equipment

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11508029A (en) * 1996-01-20 1999-07-13 ドルニエ、ゲゼルシャフト、ミット、ベシュレンクテル、ハフツング Flight target exploration, detection and tracking equipment

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006329744A (en) * 2005-05-25 2006-12-07 Nec Corp Infrared beam system
JP2009024938A (en) * 2007-07-19 2009-02-05 Nec Corp Gimbal mechanism, infrared guidance device and control method for gimbal mechanism
JP2010014649A (en) * 2008-07-07 2010-01-21 Tamagawa Seiki Co Ltd Method and apparatus for detecting rotation angle of inner gimbal
WO2014010107A1 (en) * 2012-07-11 2014-01-16 北陽電機株式会社 Scanning-type distance measuring device
CN104375515A (en) * 2014-10-14 2015-02-25 浙江大学 Turning device tracking human body automatically

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