JP2007218807A

JP2007218807A - レーザ監視装置

Info

Publication number: JP2007218807A
Application number: JP2006041495A
Authority: JP
Inventors: Kohei Kawazoe; 浩平川添; Tomoyoshi Baba; 智義馬場
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2006-02-17
Filing date: 2006-02-17
Publication date: 2007-08-30

Abstract

【課題】構成が簡易なレーザ監視装置を提供する。
【解決手段】レーザ光１１を送信するレーザ光送信部１２と、前記レーザ光１１に所定の拡がり角を付与して対象物Ｘへレーザ送信光（送光）１３を送信すると共に、対象物Ｘからの反射光１４を集光する複数のレンズ群を有する送受信光ユニット１５と、集光されたレーザ反射光（集光）１６を受信するレーザ光受信部１７と、前記レーザ光送信部１２から射出されたレーザ光１１の光束が、前記レーザ光受信部１７の受光光束と同一の光束径及び拡がり角となるように成形する成形レンズ１８と、前記反射光１４の光軸と直交する光軸から入射され、成形されたレーザ光１１を反射すると共に、対象物Ｘからの反射光１４を透過する分離手段１９と、を具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、対象物を簡易にしかも効率良く監視又は捜索することができると共に構成が簡易なレーザ監視装置に関する。

海上遭難者又は海上遭難船等は、空域からはヘリコプタや飛行機、海域では船舶により捜索される。また、目視捜索を補充するためにレーダ捜索が行われている。船舶に搭載され画像を動画として形成するレーダは、結果的には双眼鏡の目視捜索である。レーダにより走査的に静止画像を形成する技術は知られている（参照：後掲特許文献１）。また、得られた画像を処理する技術は知られている（参照：後掲特許文献２）。

特開２０００−１８８７４７号公報特開２００２−０６３５７５号公報

ところで、捜索海域では目標物がなく、図８に示すように、捜索する捜索海域０１は１０〜２０ｋｍ四方を短時間で捜索する必要があり、しかも捜索者等の捜索対象物Ｘは小さいので、捜索船０２の自船位置を常に確認しつつレーザレーダ等の監視装置０３によりレーザ光０４を照射して捜索するのは、高度な技術を要する。

そこで、レーザレーダ等のレーザ監視装置を飛行機やヘリコプタに搭載して簡易迅速に広範囲な領域を捜索することが提案されるが、レーザ光を広範囲に照射するためには、レーザ光源には高出力が要求され、レーザレーダ装置の大型化や重量増加の要因となり、簡易な構成のレーザによる監視方法の出現が要望されている。

即ち、現状のレーザ監視装置はレーザの送光、受光を行うレンズ群が各々設けてあるので、レンズ群のスペース、前面窓ガラスサイズが増加するため、送受光部のサイズ・重量増加の要因となり、惹いては旋回装置の大型化にもつながる。
また、送光と受光とを独立している場合には、各々レンズ制御コントローラが別途必要なため、制御部のサイズ増、送受光部-制御部間のケーブル増加にもつながる。

本発明は、前記問題に鑑み、例えば海上における対象物を簡易にしかも効率良く監視又は捜索することができると共に構成が簡易なレーザ監視装置を提供することを課題とする。

上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、レーザ光を送信するレーザ光送信部と、レーザ反射光を受信するレーザ光受信部と、レーザ光送信部からのレーザ光を変換する光ユニットと、レーザ光の光束が、前記レーザ光受信部の受光光束と同一の光束径と拡がり角となるように成形する成形レンズと、受光光軸と直交する光軸から入射されたレーザ光を対象物側へ反射すると共に、該対象物からの反射光を透過する分離手段とを具備することを特徴とするレーザ監視装置にある。

第２の発明は、第１の発明において、前記分離手段の中心位置と成形レンズの中心位置との距離と、分離手段の中心位置とレーザ光受信部の受信面との距離が、同一であることを特徴とするレーザ監視装置にあるにある。

第３の発明は、第１又は２の発明において、前記光束径が４．５〜１６ｍｍの範囲であることを特徴とするレーザ監視装置にある。

第４の発明は、第１乃至３のいずれか一つの発明において、前記拡がり角が２０〜８０の範囲であることを特徴とするレーザ監視装置にある。

第５の発明は、第１乃至４のいずれか一つの発明において、前記分離手段がハーフミラーであることを特徴とするレーザ監視装置にある。

第６の発明は、第１乃至４のいずれか一つの発明において、前記分離手段がプリズムであることを特徴とするレーザ監視装置にある。

第７の発明は、第１乃至４のいずれか一つの発明において、前記分離手段が反射ミラーであり、レーザ光送信の際とレーザ反射光の受信の際に駆動自在であることを特徴とするレーザ監視装置にある。

本発明によれば、本発明ではレーザ受光部の受光レンズを送受信用として共用することにより、従来送光用に設けていた送光レンズを設置することが無くなり、また、成形レンズにより送信と受信の条件と同一とするので、レーザ監視装置の送受光部の小型軽量化を図ることができる。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

本発明による実施例１に係るレーザ監視装置について、図面を参照して説明する。
図１は、実施例１に係るレーザ監視装置を示す概略図である。
図１に示すように、本実施例に係るレーザ監視装置１０−１は、レーザ光１１を送信するレーザ光送信部１２と、前記レーザ光１１に所定の拡がり角を付与して対象物Ｘへレーザ送信光（送光）１３を送信すると共に、対象物Ｘからの反射光１４を集光する複数のレンズ群を有する送受信光ユニット１５と、集光されたレーザ反射光（集光）１６を受信するレーザ光受信部１７と、前記レーザ光送信部１２から射出されたレーザ光１１の光束が、前記レーザ光受信部１７の受光光束と同一の光束径及び拡がり角となるように成形する成形レンズ１８と、前記反射光１４の光軸と直交する光軸から入射され、成形されたレーザ光１１を反射すると共に、対象物Ｘからの反射光１４を透過する分離手段１９と、を具備するものである。

ここで、本実施例では、レーザ光送信部１２からのレーザ光１１は光ファイバ２０を用いてレーザ光伝送しており、前記光ファイバ２０の射出端２０ａからレーザ光１１を射出するようにしている。
本実施例では、前記光ファイバ２０の射出端２０ａと分離手段１９との間に、成形レンズ１８を介装しており、該成形レンズ１８により、レーザ光受信部（例えば撮像カメラ）１７の受光条件と同様になるようにレーザ光１１を成形するようにしている。

具体的には、図２に示すように、成形レンズ１８をＬ₁＝Ｌ₂となるように配置にして、光ファイバ２０の出射端２０ａからの射出後の光束が集光された受光光束と同様の光束径（例えば撮像カメラのイメージサークルの直径（Φ）＝８ｍｍ)と拡がり角（θ＝３１°）となるように成形するようにしている。
Ｌ₁＝は分離手段１９の中心とレーザ光受信部１７のセンサ１７ａとの距離であり、Ｌ₂＝は分離手段１９の中心と成形レンズ１８との距離である。

このように成形レンズ１８を用いて成形するのは、前記光ファイバ２０からの出射光は光束径（例えば４００μｍ）と拡がり角（例えばθ＝１１．５°）が受光光束と異なるからである。よって、前記成形レンズ１８を介装させることにより条件を同じとして、送受信光ユニット１５を共用することができる。

ここで、ＣＣＤカメラのサイズが１インチの場合には、光束径が１６ｍｍであり、拡がり角が約２０°であり、ＣＣＤカメラのサイズが１／４インチの場合には、光束径が４．５ｍｍであり、拡がり角が約８０°であるので、レーザ光受信部１７の形式に合致するように成形レンズ１８で成形するようにすればよい。

これにより、送受光部において、従来は受光レンズユニットと送光レンズユニットとを別々に設けていたが、本発明ではレーザ受信部１７の受光レンズを送受信用として共用することにより、従来送光用に設けていた送光レンズを設置することが無くなり、レーザ監視装置の送受光部の小型軽量化を図ることができる。

また、レンズへのレーザ入射拡がり制御により、レーザ照射領域をカメラ撮像領域に合致させるため、従来のカメラ撮像領域にレーザ照射領域を合わせるための送光レンズの繰出し量制御が不要となると共にそのコントローラが不要となり、結果としてレーザ光監視システムの制御部の小型化を図ることができる。

また、本実施例では、前記分離手段１９は反射ミラーを用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、入射するレーザ光を分離・反射できるものであれば、いずれでもよい。また、反射ミラーの代わりにハーフミラーを用いて分離するようにしてもよい。このハーフミラーとすることで、レンズ内、およびレンズ前方における送光側と受光側の光軸を合致させることが容易となる。

よって、本発明にかかる軽量化されたレーザ監視装置を飛行機やヘリコプタに搭載して簡易迅速に広範囲な領域を捜索することができる。

本発明による実施例２に係るレーザ監視装置について、図面を参照して説明する。
図３は、実施例２に係るレーザ監視装置を示す概略図である。なお、実施例１のレーザ監視装置と同一の構成部材については、同一の符号を付してその説明は省略する。
図３に示すように、本実施例に係るレーザ監視装置１０−２は、成形レンズ１８をレーザ光受信部１７と分離手段１９との間に設置したものである。
実施例１では、射出するレーザ光を成形するものであるのに対し、本実施例では反射したレーザ光を成形して射出条件と同一条件となるように成形レンズ１８で成形するようにしている。
これにより、カメラ撮像領域をレーザ照射領域に合致させるため、従来のカメラ撮像領域にレーザ照射領域を合わせるための送光レンズの繰出し量制御が不要となると共にそのコントローラが不要となり、結果としてレーザ光監視システムの制御部の小型化を図ることができる。

本発明による実施例３に係るレーザ監視装置について、図面を参照して説明する。
図４は、実施例３に係るレーザ監視装置を示す概略図である。なお、実施例１のレーザ監視装置と同一の構成部材については、同一の符号を付してその説明は省略する。
図４に示すように、本実施例に係るレーザ監視装置１０−３は、実施例１のレーザ監視装置において、送受信光ユニット１５とレーザ光受信部１７間において、送光側から送受信光ユニット１５へ入射するレーザ光１１の光路と、送受信光ユニット１５からレーザ光受信部１７へ向かう光束の光路の分離をプリズム３０によって行うようにしている。

また、受光時の損失を抑えるため、プリズム３０の反射面(斜辺)からの反射光をレーザ光受信部１７に入射するようにして、反射面からプリズム外へ透過成分を抑えるため、反射面への入射角（θ_i）を全反射条件となるように設定するようにしてもよい。

さらに、図５−１に示すように、送光時の損失を抑えるため、プリズム３０の各面に無反射コート（ＡＲコート）を施し、受光光軸と送光光軸とを合致させるようにプリズム(斜辺)へのレーザ光入射角（θ₂）を設定するようにしてもよい。

本実施例では、送光光束と受光光束の分離をハーフミラーによって行う場合に比べて、損失がなくなるため有利である。
また、後述する実施例４のような分離手段をレーザ照射に同期して挿脱する方式に比べて、可動部分がなく、同期制御が不要となるため、構成が簡素になり有利である。

また、本実施例において、図５−２に示すように、プリズム３０の反射面に誘電体多層膜３１等による反射強化膜を施すようにしてもよい。これにより、受光時の損失をさらに抑えることができる。よって、図５−１のような受光光路の分離をプリズム反射面の全反射条件下で行う方法に比べ、反射の損失を大幅に抑えることができる。

本発明による実施例４に係るレーザ監視装置について、図面を参照して説明する。
図６は、実施例４に係るレーザ監視装置を示す概略図である。なお、実施例１のレーザ監視装置と同一の構成部材については、同一の符号を付してその説明は省略する。
図６に示すように、本実施例に係るレーザ監視装置１０−４は、実施例１のレーザ監視装置１０−１において、送受信光ユニット１５とレーザ光受信部１７との間において、送光側から送受信光ユニット１５へ入射するレーザ光１１の光路と、送受信光ユニット１５からレーザ光受信部１７へ向かう光束の光路の分離を、レーザ照射時に同期して光路内にミラーを挿入、それ以外では脱出させるミラー駆動部４１を設けている。本実施例では、前記ミラー駆動部４１を操作することにより反射率１００％ミラーを出し入れするようにしている。

また、図７に係るレーザ監視装置１０−５に示すように、回転板５０に受光用の穴５１と送光用のミラー５２とを設けた、該回転板５０を図示しない駆動装置によりレーザ照射時に同期して光路内にミラーを挿入、それ以外では脱出させるミようにしている。

実施例１のように、送光光束と受光光束の分離をハーフミラーによって行う場合、送光・受光双方にて５０％の透過・反射損失が発生するが、本実施例においては、送光時に分離手段１９が有り、受光時には分離手段１９が無しとなるため、損失が皆無となり、送光光束と受光光束の分離が可能となる。

以上のように、本発明に係るレーザ監視装置は、レーザ受光部の受光レンズを送受信用として共用することにより、従来送光用に設けていた送光レンズを設置することが無くなり、レーザ監視装置の送受光部の小型軽量化を図ることができ、空からの迅速な監視を行うことに用いて適している。

実施例１に係るレーザ監視装置の概略図である。実施例１に係るレーザ監視装置の要部概略図である。実施例２に係るレーザ監視装置の概略図である。実施例３に係るレーザ監視装置の概略図である。実施例３に係るレーザ監視装置のプリズムの概略図である。実施例３に係るレーザ監視装置の他のプリズムの概略図である。実施例４に係るレーザ監視装置の概略図である。実施例４に係る他のレーザ監視装置の概略図である。従来のレーザ監視方法の概略図である。

符号の説明

１０−１〜１０−５レーザ監視装置
１１レーザ光
１２レーザ光送信部
１３レーザ送信光（送光）
１４反射光
１５送受信光ユニット
１６レーザ反射光（集光）
１７レーザ光受信部
１８成形レンズ
１９分離手段
２０光ファイバ

Claims

レーザ光を送信するレーザ光送信部と、
レーザ反射光を受信するレーザ光受信部と、
レーザ光送信部からのレーザ光を変換する光ユニットと、
レーザ光の光束が、前記レーザ光受信部の受光光束と同一の光束径と拡がり角となるように成形する成形レンズと、
受光光軸と直交する光軸から入射されたレーザ光を対象物側へ反射すると共に、該対象物からの反射光を透過する分離手段とを具備することを特徴とするレーザ監視装置。
請求項１において、
前記分離手段の中心位置と成形レンズの中心位置との距離と、分離手段の中心位置とレーザ光受信部の受信面との距離が、同一であることを特徴とするレーザ監視装置。
請求項１又は２において、
前記光束径が４．５〜１６ｍｍの範囲であることを特徴とするレーザ監視装置。
請求項１乃至３のいずれか一つにおいて、
前記拡がり角が２０〜８０の範囲であることを特徴とするレーザ監視装置。
請求項１乃至４のいずれか一つにおいて、
前記分離手段がハーフミラーであることを特徴とするレーザ監視装置。
請求項１乃至４のいずれか一つにおいて、
前記分離手段がプリズムであることを特徴とするレーザ監視装置。
請求項１乃至４のいずれか一つにおいて、
前記分離手段が反射ミラーであり、レーザ光送信の際とレーザ反射光の受信の際に駆動自在であることを特徴とするレーザ監視装置。