JP2010127818A - Laser projector - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高出力レーザー光を空間に出射し、目標に照射するレーザー照射装置に関するものである。 The present invention relates to a laser irradiation apparatus that emits high-power laser light to a space and irradiates a target.
従来、ミサイルや航空機などの飛翔体の目標を、可視や赤外光などを検出する光波センサによりパッシブに探知し、探知した目標のテール部を抽出して目標を追尾した後、追尾目標の先頭部位を特定してレーザー光を照射することにより、その先頭部位を照準点として目標追尾を継続するレーザー照射装置が知られている。また、電波レーダを用いることで、遠距離に存在する目標を初期探知する装置も知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, the target of a flying object such as a missile or aircraft is passively detected by a light wave sensor that detects visible or infrared light, etc., the tail of the detected target is extracted, the target is tracked, and then the head of the tracking target There has been known a laser irradiation device that identifies a part and irradiates a laser beam, thereby continuing target tracking with the head part as an aiming point. There is also known an apparatus that initially detects a target existing at a long distance by using a radio wave radar (see, for example, Patent Document 1).
また、光波センサにより捕捉及び追尾中の目標に対して高出力レーザー光を照射し、目標の動作、機能を停止させるか、もしくは破壊するレーザー照射装置として、レーザーガンシステムが知られている。このシステムにおいては、電波レーダを用いて遠距離に存在する目標を検出した後、光波センサにより目標を捕捉、追尾することで、所定の射程距離内に存在する目標に対し、高出力レーザー光を照射するための照準を合わせることができる。 Further, a laser gun system is known as a laser irradiation apparatus that irradiates a target being captured and tracked by a light wave sensor with a high-power laser beam to stop or destroy the operation and function of the target. In this system, a radio wave radar is used to detect a target that exists at a long distance, and then the target is captured and tracked by a light wave sensor. The aim for irradiation can be adjusted.
従来のレーザー照射装置は、電波レーダを用いて遠距離に存在する目標を探知する場合、レーダークラッタの影響により低高度で接近してくる目標の探知が難しかった。特に、レーザー照射装置を海面上で利用する場合、海面からのレーダクラッタの信号レベルが大きく、海面上を低空飛行する目標の探知が難しくなる。 When a conventional laser irradiation apparatus detects a target existing at a long distance using a radio wave radar, it is difficult to detect a target approaching at a low altitude due to the influence of radar clutter. In particular, when the laser irradiation device is used on the sea surface, the signal level of the radar clutter from the sea surface is large, and it becomes difficult to detect a target flying low over the sea surface.
また、光学センサは低高度に存在する物体でも捕捉可能であるが、パッシブセンサであるため遠距離にいる目標の捕捉ができなかった。そのため、低高度、超音速で接近してくる目標の発見が遅れ、遠域で目標に対処することができないという問題があった。 Moreover, although the optical sensor can capture an object existing at a low altitude, it cannot capture a target at a long distance because it is a passive sensor. For this reason, there was a problem that the discovery of a target approaching at a low altitude and supersonic speed was delayed, and the target could not be dealt with in the far field.
本発明は、係る課題を解決するためになされたものであり、高出力レーザー光を用いて遠距離の目標を探知することで、低高度及び超音速で接近する目標を遠距離で対処可能とすることを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and by detecting a target at a long distance using a high-power laser beam, a target approaching at a low altitude and supersonic speed can be dealt with at a long distance. The purpose is to do.
本発明によるレーザー照射装置は、高出力レーザー光を発生する高出力レーザー発振器と、上記高出力レーザー発振器により発生したレーザー光をパルス変調するパルス変換器と、上記パルス変換器によりパルス変調されたレーザー光を空間に出射するレーザー光学系と、上記レーザー光学系から出射され、目標で反射した反射レーザー光を受光し、目標を検出する受光器と、上記受光器の検出目標が所定距離内に接近したときに、上記パルス変調器から連続光が出力されるように上記パルス変調器を制御する制御器と、を備えたものである。 A laser irradiation apparatus according to the present invention includes a high-power laser oscillator that generates high-power laser light, a pulse converter that performs pulse modulation on the laser light generated by the high-power laser oscillator, and a laser that is pulse-modulated by the pulse converter. A laser optical system that emits light into space, a receiver that receives reflected laser light emitted from the laser optical system and reflected by the target, and detects the target, and the detection target of the receiver approaches within a predetermined distance. A controller that controls the pulse modulator so that continuous light is output from the pulse modulator.
本発明によれば、低高度及び超音速で接近して来る目標についても、遠距離で捕捉及び追尾することができる。また、目標の捕捉及び追尾時に、目標にパルス変調されたレーザー光が照射された状態で、目標が所定距離に到達した時点でレーザー光を迅速に連続波光に変化させることができるため、目標への迅速な対処が可能となる。 According to the present invention, a target approaching at a low altitude and supersonic speed can be captured and tracked at a long distance. In addition, when capturing and tracking the target, the laser light can be quickly changed to continuous wave light when the target reaches a predetermined distance in a state where the target is irradiated with pulse-modulated laser light. Can be dealt with quickly.
実施の形態1.
以下、本発明に係る実施の形態1のレーザー照射装置について、図を用いて説明する。
図1は、実施の形態1によるレーザー照射装置の構成を示す図である。
図において、レーザー照射装置は、光学補償を行うレーザ光学系17と、光学センサ18と、高出力レーザー光を発振する高出力レーザー発振器3と、パルス変換器22と、受信信号処理器5とを備えている。レーザー光学系17と光学センサ18と駆動制御器6は、レーザー放射器9を構成する。また、光学センサ18と受信信号処理器5は受光器を構成する。目標100は、例えば十分遠方から接近してくる航空機やミサイル等の飛翔体である。レーザ光学系17は目標100に対しレーザー光23を照射し、目標100から反射して戻って来るレーザー反射光(以下、反射光)24を受光する。パルス変換部22は、高出力レーザー発振器3の出射口の先に配置され、入力されるレーザー光をパルス化して出力する機能を有する。また、パルス変換部22は、その作動を停止することで、レーザー光を連続波のまま出力する機能も有する。
Embodiment 1 FIG.
Hereinafter, the laser irradiation apparatus of Embodiment 1 which concerns on this invention is demonstrated using figures.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a laser irradiation apparatus according to the first embodiment.
In the figure, the laser irradiation apparatus includes a laser
高出力レーザー発振器3は、励起用レーザ光源から射出されたレーザー光を、例えばレーザ媒質ガスの充填されたレーザ共振器に照射することで、連続波の高出力レーザー光(連続波レーザー光)を発振する。高出力レーザー発振器3から出力された連続波レーザー光は、パルス変換器22に入力され、パルス変換部22は連続波レーザー光をパルス波(パルスレーザ光)に変換する。レーザー光学系17は、パルス変換部22により変換されたパルスレーザ光を集光し、空間内の所望方向に放射する。レーザー放射器9は、レーザー光学系17のレーザ出射方向(視軸方向)を直交2軸周りに回転可能に基台(図示せず)に軸支されており、例えば半球内の任意方向に存在する目標100に向けて、レーザー光学系17により集光されたパルスレーザ光23を出射することができるように、駆動制御器6により走査駆動される。これによって、レーザー放射器9は、パルスレーザ光を出力するパルスレーザレーダとして機能する。
The high-
レーザー放射器9から目標100に向け出射されたパルスレーザー光23は、目標100に照射されると、目標100の表面にて反射され、その反射光24の一部がレーザー放射器9の光学センサ18にて受光される。このとき、光学センサ18はレーザー光学系17とともに直交2軸周りに回転し、光学センサ18の受光面垂直方向はレーザー光学系17の視軸方向に一致するように、レーザー放射器9に取り付けられている。光学センサ18は、フォトダイオードのような光電素子を含む光電変換回路によって構成されている。光学センサ18により受光した反射光24は、光学センサ18において光信号から電気信号に変換され、受信信号処理器5に出力される。受信信号処理器5は、光学センサ18からの電気信号に基づいて、目標抽出および目標測距、目標測角のための信号処理を行って目標を探知し、探知した目標の存在方向や目標までの距離、速度を含む目標情報を求め、求めた目標情報を制御器30に送信する。
When the
制御器30は、得られた目標情報を、制御器30の所持する入出力装置である入出力コンソール4に送り、入出力コンソール4は操作者に対して目標情報を図示しない表示装置に表示する。制御器30は、得られた目標情報に基づいて追尾フィルタや目標移動予測位置などの目標の追尾情報を求め、レーザー放射器9が目標を追尾するように、駆動制御器6に追尾制御信号を送る。駆動制御器6は、制御器30からの追尾制御信号に基づいてレーザー放射器9を駆動制御して、レーザー放射器9から目標100に向け出射されるパルスレーザー光23が継続して目標に照射されるように、目標を追尾する。また、制御器30は、受信信号処理器5から送出される目標情報に基づいて、目標100がレーザー放射器9から所定距離(レーザーガン射程距離)以内に接近した場合、レーザー放射器9から連続波レーザー光が出力されるように、パルス変換器22における変調動作を制御する。これによって、レーザー放射器9は高出力連続波レーザーを出力することで、目標に対して高エネルギーレーザーを照射するレーザーガンとして機能する。上述のレーザーガン射程距離とは、レーザー放射器9から連続波レーザー光が出力される際に、目標100に減衰して到達する連続波レーザー光のエネルギー強度が、目標100の動作、機能を停止させるか、もしくは破壊するのに十分な強度を確保するのに十分な距離として、操作者により適宜設定される。
The
このように、レーザー光をパルス化することでレーザーガンを測距機能に長けたレーザーレーダーとして機能させ、また大気減衰によるレーザーの出力低下に対しても、高出力レーザー発振器3から出力される高出力レーザーの特性を活かして、より遠方の探知及び測距を実現することが可能となる。すなわち、実施の形態1によるレーザー照射装置は、目標の探知、測距、追尾及びレーザーガン機能を有する。
In this way, by pulsing the laser beam, the laser gun functions as a laser radar having a great distance measuring function, and the high power output from the high-
また、光学センサ18は、単体でも目標100の捕捉及び追尾ができる。例えば、光学センサ18は2次元画像検出素子で構成されることにより、その視線方向に存在する目標100の画像を検出することができるので、その検出画像に基づいて目標100のより精度の高い画像追尾を行うことができる。
Further, the
なお、ここで説明するパルス変換器22は、連続波をパルス化することができるものであればどのようなものでもよく、例えば電磁シャッターのようなものが挙げられる。電磁シャッターを用いる場合は、断続的にシャッターが閉じている間、レーザー光がシャッターにより遮蔽される。また、パルス変換器22の作動が停止すれば、シャッターが開き、レーザー光が遮蔽されずに連続的にパルス変換器22を通過することとなる。このとき、レーザー光がシャッターにより遮蔽され、シャッターに直接レーザー光が照射されることにより、シャッターが発熱する。このため、発熱によるシャッターの損傷を防止するように、シャッターにヒートシンクや冷却配管などの排熱及び冷却機能を設けておくと良い。
The
次に、実施の形態1によるレーザー照射装置の動作について説明する。
図2は、実施の形態1によるレーザー照射装置の処理動作の一例を示したフローチャートである。
まず、遠方や周囲に配置されたレーダ装置や、航空機に搭載されたレーダ装置などの外部装置から取得されたレーダ情報に基づいて、操作者が十分遠方から接近する目標100の存在を認知し、接近する目標の概略位置や速度を示す目標接近情報を得る。
すると、操作者が入力する動作開始指令、又は目標接近情報の外部装置からの自動入力に応じて自動的に発生される起動指令に基づいて、レーザー照射装置がレーザーレーダー機能を用いた目標の探知を開始し、空間スキャンが開始される(ステップS110:パルスレーザーモード)。
Next, the operation of the laser irradiation apparatus according to Embodiment 1 will be described.
FIG. 2 is a flowchart showing an example of the processing operation of the laser irradiation apparatus according to the first embodiment.
First, based on radar information acquired from an external device such as a radar device arranged at a distance or around, or a radar device mounted on an aircraft, the operator recognizes the presence of the
Then, the laser irradiation device detects a target using the laser radar function based on an operation start command input by an operator or a start command automatically generated in response to an automatic input of target approach information from an external device. And a spatial scan is started (step S110: pulse laser mode).
この空間スキャンでは、パルス変換器22にて高出力レーザー発振器3から発生する高出力連続レーザー光のパルス変調が行われる。これによって、高出力連続レーザー光がパルス化され、レーザー光学系17を経由してレーザー放射器9から、十分遠方より接近してくる目標100に向けて、パルスレーザー光23が出射される。
このとき、レーザー放射器9は、駆動制御器6により目標が接近して来る方角付近で空間スキャンできるように駆動される。レーザー放射器9から出射されたパルスレーザー光23は目標100の表面で反射される。目標100の表面で反射されたパルスレーザー光の反射波20の一部は、光学センサ18にて受信される。
In this spatial scan, pulse modulation of high-power continuous laser light generated from the high-
At this time, the laser emitter 9 is driven by the
光学センサ18にて受信された受信信号は、受信信号処理器5へ送信され、受信信号処理器5にて処理された目標情報が制御器30に送られる。制御器30は、受信信号処理器5から入力された目標情報を分析し、受信信号処理器5で目標100からの反射信号を検出できたか否かの判断を行う(ステップS111)。
この判断は、例えば予め得られた目標の概略存在位置の周辺位置(例えば所定半径以内)から、所定強度以上の反射信号が得られたか否かで判断する。
また、受信信号処理器5は、入出力コンソール4へ目標情報を送信し、目標100の位置情報のリアルタイム出力を行う。
The reception signal received by the
This determination is made, for example, based on whether or not a reflection signal having a predetermined intensity or higher is obtained from a peripheral position (for example, within a predetermined radius) of the target approximate existence position obtained in advance.
The received signal processor 5 transmits target information to the input /
このとき、もし目標100からの反射信号を検出できていない場合、ステップS110に戻り、目標100の空間スキャンを継続する。
また、目標100からの反射信号を検出できた場合、目標100の捕捉及び追尾を開始し(ステップS112)、目標100の位置までの測距を行う(ステップS113)。
その結果、ステップS113にて測距された距離は図示しない制御器30の入出力コンソール4に表示され、操作者が、当該測距された距離がレーザーガンの射程距離以内であるかどうかの判断を、入出力コンソール4を通じて行い、その判断結果が制御器30に伝達される(ステップS114)。
また、ステップS113にて測距された距離がレーザーガンの射程距離以内であるかどうかの判断を支援するため、入出力コンソール4が予め設定した基準射程距離との比較結果を表示し、判断結果の入力を促す操作指示表示を操作者に提供しても良い。
At this time, if the reflection signal from the
If the reflected signal from the
As a result, the distance measured in step S113 is displayed on the input /
In addition, in order to assist in determining whether the distance measured in step S113 is within the range of the laser gun, the input /
制御器30に伝達される判断結果に基づいて、もし測距された距離がレーザーガンの射程距離内でない場合には、ステップS112へ戻り、目標追尾及び測距処理を継続して行う。
また、測距された距離がレーザーガンの射程距離内である場合には、制御器30から動作停止指令が発生し、当該動作停止指令に基づいて、パルス変換器22が作動を停止し、連続波によるレーザー光の出射が行われ、レーザーガンとしての機能が作動する(ステップS115:レーザーガンモード)。
このとき、射程距離以内に目標100が接近したことが判明した時点で、レーザーレーダーによるアクティブな捕捉及び追尾が、光学センサー18単体によるパッシブな捕捉及び追尾に切り替わる。
そして、レーザー放射器9は光学センサー18で捕捉した目標に高出力の連続波レーザー光を照射し、数秒間の照射の後、目標の損傷又は破壊を行う(ステップS116)。
かくして、ステップS116が処理された後、再びステップS110に戻り、空間スキャンが開始される。
Based on the determination result transmitted to the
Further, when the measured distance is within the range of the laser gun, an operation stop command is generated from the
At this time, when it is determined that the
The laser emitter 9 irradiates the target captured by the
Thus, after step S116 is processed, the process returns to step S110 again, and a space scan is started.
本実施の形態1によるレーザー照射装置は以上のように構成されるので、低高度及び超音速で接近してくる目標100を遠距離で捕捉及び追尾することができる。また、捕捉及び追尾の時点で、既に目標100にレーザーを照射している状態であるので、目標100がレーザーガンの射程距離内に接近した時点で、目標100に対して高出力レーザーを照射可能な状態へ迅速に移行することができる。このため、遠域での目標対処を可能にする。
Since the laser irradiation apparatus according to the first embodiment is configured as described above, the
また、本実施の形態1によれば、飛翔体発射システムのような他の射撃指揮装置との連接により、電波センサーで捕捉しにくい低高度及び超音速の目標情報を、飛翔体発射システムへ提供することができ、より精密な飛翔体誘導を行うことができる。特に、本実施の形態1によるレーザー照射装置を艦船に搭載することにより、高出力レーザーを利用してその防空域に侵入してくる目標を破壊することができるので、艦船から対空に向けて飛翔体を発射する飛翔体発射システムに対する補完システムを得ることができる。 In addition, according to the first embodiment, by connecting to another shooting command device such as a flying object launching system, low altitude and supersonic target information that is difficult to be captured by a radio wave sensor is provided to the flying object launching system. And more precise flying object guidance can be performed. In particular, by mounting the laser irradiation device according to the first embodiment on a ship, it is possible to destroy a target entering the air defense area using a high-power laser. A complementary system to the flying object launch system that launches the body can be obtained.
さらに、光学センサーは低高度探知の可能なパッシブセンサーであり、その有効な探知範囲が数km程度の近距離に限定されるのに対し、本実施の形態1によるレーザー照射装置はパルスレーザーモードを有しているので、レーザーガンを遠距離に存在している目標の探知補完手段として利用することができる。 Furthermore, the optical sensor is a passive sensor capable of low-altitude detection, and its effective detection range is limited to a short distance of about several kilometers, whereas the laser irradiation apparatus according to the first embodiment has a pulse laser mode. Therefore, the laser gun can be used as a means for supplementing detection of a target existing at a long distance.
3 高出力レーザー発振器、4 入出力コンソール、5 受信信号処理器、6 駆動制御器、9 レーザー放射器、17 レーザー光学系、18 光学センサー、22 パルス変換器、30 制御器。 3. High power laser oscillator, 4. Input / output console, 5. Receive signal processor, 6. Drive controller, 9. Laser emitter, 17. Laser optical system, 18. Optical sensor, 22. Pulse converter, 30. Controller.
Claims (1)
上記高出力レーザー発振器により発生したレーザー光をパルス変調するパルス変換器と、
上記パルス変換器によりパルス変調されたレーザー光を空間に出射するレーザー光学系と、
上記レーザー光学系から出射され、目標で反射した反射レーザー光を受光し、目標を検出する受光器と、
上記受光器の検出目標が所定距離内に接近したときに、上記パルス変調器から連続光が出力されるように上記パルス変調器を制御する制御器と、
を備えたレーザー照射装置。 A high-power laser oscillator that generates high-power laser light;
A pulse converter for pulse-modulating the laser light generated by the high-power laser oscillator;
A laser optical system for emitting laser light pulse-modulated by the pulse converter to space;
A light receiver that receives the reflected laser light emitted from the laser optical system and reflected by the target, and detects the target;
A controller for controlling the pulse modulator so that continuous light is output from the pulse modulator when the detection target of the light receiver approaches within a predetermined distance;
Laser irradiation device equipped with.
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