JP2010276262A - レーザ照準装置 - Google Patents

Abstract

【課題】移動体に搭載して遠隔操作される小火器に装着するレーザ照準装置であって、装置構造が簡単であると共に、操作者の熟練度に関係なく正確な射撃を行うことができるレーザ照準装置を提供する。
【解決手段】移動体Ｖに搭載した小火器Ｗに装着するレーザ照準装置であって、目標Ｔに向けてレーザ光を照射するレーザ発振器１と、目標Ｔを撮像する固定焦点カメラ２と、画像３Ａを表示する表示部３と、画像３Ａ上に目標マーカＭを表示するための制御部４を備え、制御部４が、レーザ照準点Ａを特定する照準点特定手段４１と、レーザ発振器１からレーザ照準点Ａまでの目標間距離Ｒ１を検出する距離検出手段４２と、レーザ照準点Ａの位置及び目標間距離Ｒ１に基づいて目標マーカＭの表示位置を決定する表示位置決定手段４３を備えた構成とすることで、装置構造が簡単であると共に、操作者の熟練度に関係なく正確な射撃を行えるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、小火器に装着して使用するレーザ照準装置に関し、とくに、移動体に搭載して遠隔操縦される小火器に適用するレーザ照準装置に関するものである。

従来のレーザ照準装置としては、例えば特許文献１に開示されたものがある。この特許文献１に記載されたレーザ照準装置は、ゴーグル型暗視装置と併用する装置であって、赤外線レーザ発振器、電池、制御器及びフィルタを備え、レーザ光をフィルタに通過させて小火器の狙点に照準用のレチクルを投影することにより、狙点の識別性等の向上を図ったものである。

特開２００３−１３０５８９号公報

ところで、近年では、観測、捜査及び警備などの活動を行うために、様々な遠隔操縦型ロボットが研究開発されており、その中の一つに、搭載した小火器により爆発物等の不審物を破壊して無力化する処理ロボットがある。このような処理ロボットでは、搭載カメラで撮像した画像を見ながら、ロボット自体及び小火器を遠隔操作することになるので、小火器にレーザ照準装置を装着すると射撃性能の向上に効果的である。

しかしながら、上記したような従来のレーザ照準装置にあっては、小火器の軸とレーザ光の軸とが平行になるように装着するので、とくに近距離において、目標に照射したレーザ照準点と小火器の狙点との間にずれが生じ、このずれ量を推測して射撃しなければならないという問題点があり、このような問題点を解決することが課題であった。

なお、目標までの距離に応じてレーザ照準点と狙点とを一致させる機械的な補正機構も考えられる。しかし、機械的な補正機構は、射撃手が直接操作する小火器に好適であるものの、遠隔操作するような小火器では装置構造が非常に複雑になる恐れがある。

本発明は、上記従来の課題に着目して成されたもので、移動体に搭載して遠隔操作される小火器に装着するレーザ照準装置であって、装置構造が簡単であると共に、操作者の熟練度に関係なく正確な射撃を行うことができるレーザ照準装置を提供することを目的としている。

本発明のレーザ照準装置は、移動体に搭載して遠隔操作される小火器に装着するレーザ照準装置であって、目標に向けてレーザ光を照射するレーザ発振器と、目標を撮像する固定焦点カメラと、固定焦点カメラで撮像した画像を表示する表示部と、表示部の画像上に小火器の狙点となる目標マーカを表示するための制御部を備えている。

そして、レーザ照準装置は、前記制御部が、画像上でレーザ照準点を特定する照準点特定手段と、レーザ発振器からレーザ照準点までの目標間距離を検出する距離検出手段と、照準点特定手段で特定したレーザ照準点の位置及び距離検出手段で検出した目標間距離に基づいて画像上の目標マーカの表示位置を決定する表示位置決定手段を備えている構成としており、上記構成をもって従来の課題を解決するための手段としている。

本発明のレーザ照準装置によれば、移動体に搭載して遠隔操作される小火器に装着するレーザ照準装置において、装置構造が簡単であるうえに、操作者の熟練度に関係なく正確な射撃を行うことができるという優れた効果がもたらされる。

本発明に係わるレーザ照準装置の第１実施形態を示す説明図である。 本発明に係わるレーザ照準装置の第２実施形態を示す説明図である。 本発明に係わるレーザ照準装置の第３実施形態を示す説明図である。

図１は、本発明のレーザ照準装置の第１実施形態を説明する図である。
図示のレーザ照準装置は、移動体Ｖに搭載して遠隔操作される小火器Ｗに装着する装置であって、目標Ｔに向けてレーザ光を照射するレーザ発振器１と、目標Ｔを撮像する固定焦点カメラ２と、固定焦点カメラ２で撮像した画像３Ａを表示する表示部３と、表示部３の画像３Ａ上に小火器Ｗの狙点となる目標マーカＭを表示するための制御部４を備えている。

移動体Ｖは、小火器Ｗを保持する可動アーム５を備えた走行ロボットであって、遠隔操縦装置ＲＣにより操縦することができる。そこで、この実施形態のレーザ照準装置は、移動体Ｖ側に、レーザ発振器１及び固定焦点カメラ２を備えると共に、遠隔操縦装置ＲＣ側に、表示部３及び制御部４を備えている。

移動体Ｖは、車体５１に、前後の走行輪５２と、前記駆動アーム５と、車載制御器５３を備えている。駆動アーム５は、いわゆる多軸制御型のロボットアームであって、車体５１に固定した基台５ａと、第１及び第２のアーム部材５ｂ、５ｃとを、第１及び第２の関節部５ｄ，５ｅにより順に連結すると共に、第２アーム部材５ｃの先端に、第３関節部５ｆを介して小火器Ｗが連結してある。各関節部５ｄ〜５ｆには、駆動用のモータや回転検出用のセンサなどが設けてある。

車載制御器５３は、移動体Ｖの走行速度や走行方向、可動アーム５及び小火器Ｗの動作を制御するものであって、遠隔操縦装置ＲＣとの間で各機器に関する信号を送受信する機能をも有している。

レーザ発振器１及び固定焦点カメラ２は、夫々の光軸が互いに平行になるように一体化してあって、小火器Ｗの上部に対して着脱可能であり、小火器Ｗに装着した状態において光軸Ｌｃと小火器Ｗの軸Ｌｗとが平行になる。そして、レーザ発振器１から目標Ｔに向けてレーザ光を照射すると、その反射スポットがレーザ照準点Ａとなって固定焦点カメラ２の画像３Ａ上に表れる。固定焦点カメラ２には、例えばＣＣＤカメラ等を用いることができる。なお、小火器Ｗの軸Ｌｗとは、例えば小火器Ｗが銃器である場合には、銃身の中心軸であり、弾体の軌跡に一致する軸である。

遠隔操縦装置ＲＣは、移動体Ｖの車載制御器５３との間で通信を行う送受信器６と、レーザ照準装置を構成する表示部３及び制御部４と、移動体Ｖ及び小火器Ｗを操作するための操作部７を備えている。

表示部３は、既知のディスプレイであって、固定焦点カメラ２で撮像した画像３Ａを表示する。制御部４は、ＣＰＵ（中央処理装置）や各種回路により所定のプログラムを実行するものである。そして、この実施形態の制御部４は、画像３Ａ上でレーザ照準点Ａを特定する照準点特定手段４１と、レーザ発振器１からレーザ照準点Ａまでの目標間距離Ｒ１を検出する距離検出手段４２と、照準点特定手段４１で特定したレーザ照準点Ａの位置及び距離検出手段４２で検出した目標間距離Ｒ１に基づいて画像３Ａ上の目標マーカＭの表示位置を決定する表示位置決定手段４３を備えている。

表示位置決定手段４３は、より具体的には、照準点特定手段４１で特定した画像３Ａ上のレーザ照準点Ａの位置、距離検出手段４２で検出した目標間距離Ｒ１、レーザ光の軸Ｌｃと小火器Ｗの軸Ｌｗとの軸間距離Ｒ２、目標間距離Ｒ１に応じて反比例的に変化する軸間距離相当分の画素数に基づいて、画像３Ａ上の目標マーカＭの表示位置を決定する機能を有する手段である。

また、この実施形態では、移動体Ｖが、小火器Ｗを保持する可動アーム５を備えた走行ロボットであることから、制御部４における距離検出手段４２が、移動体Ｖの各部位の寸法データ及び可動アーム５の動作データに基づいて、レーザ発振器１からレーザ照準点Ａまでの目標間距離Ｒ１を検出する機能を有するものとなっている。

上記構成を備えたレーザ照準装置は、移動体Ｖに搭載した小火器Ｗにより爆発物等の不審物（目標Ｔ）を破壊処理するに際し、以下の動作を行う。

すなわち、レーザ照準装置は、レーザ発振器１から目標Ｔに向けてレーザ光を照射すると共に、固定焦点カメラ２で目標Ｔを撮像する。固定焦点カメラ２の画像３Ａには、レーザ光の反射スポットであるレーザ照準点Ａが含まれており、制御部４の照準点特定手段４１により、画像３Ａ上のレーザ照準点Ａの位置（画素の位置）を特定する。そして、制御部４の距離検出手段４２により、レーザ発振器１からレーザ照準点Ａまでの目標間距離Ｒ１を検出する

この実施形態の距離検出手段４２では、移動体Ｖにおいて、地表から第１関節部５ｄまでの高さＨ、第１関節部５ｄから第２関節部５ｅまでの長さＬ１、第２関節部５ｅから第３関節部５ｆまでの長さＬ２、及び小火器Ｗの諸寸法等が予め判っているので、これらを移動体Ｖの各部位の寸法データとする。また、可動アーム５の各関節部５ｄ〜５ｆの回動量（回転角度）を検出し、これらの検出データを可動アーム５の動作データとする。

これにより、距離検出手段４２では、上記移動体Ｖの各部位の寸法データ及び可動アーム５の動作データに基づいて、レーザ発振器１からレーザ照準点Ａまでの目標間距離Ｒ１を幾何学的に算出する。なお、目標間距離Ｒ１は、目標Ｔの高さを含まないので、厳密には、レーザ発振器１から移動体Ｖの設置面の延長線上に至る距離である。その後、制御部４の表示位置決定手段４３により、画像３Ａ上の目標マーカＭの表示位置を決定する。

この際、当該レーザ照準装置では、固定焦点カメラ２を用いているので、画角が一定であって、目標間距離Ｒ１が増減すると、撮像面積が比例的に変化することとなり、その一方で、画像３Ａ上の被写体の大きさが反比例的に変化する。つまり、目標間距離Ｒ１が増大すると、撮像面積が増大して被写体が小さく写ることになる。

ここで、当該レーザ照準装置では、レーザ光の軸Ｌｃと小火器Ｗの軸Ｌｗとの軸間距離Ｒ２が一定である。この軸間距離Ｒ２は、レーザ照準点Ａと小火器Ｗの狙点とのずれ量に相当する距離であるから、本来は一定であるが、固定焦点カメラ２の画像３Ａ上では、被写体の大きさの変化と同様に目標間距離Ｒ１に対して反比例的に変化する。つまり、画像３Ａ上において軸間距離Ｒ２に相当する画素数が変化する。

そこで、表示位置決定手段４３では、画像３Ａ上のレーザ照準点Ａの位置、目標間距離Ｒ１、軸間距離Ｒ２、及び目標間距離Ｒ１に対応した軸間距離Ｒ２相当分の画素数に基づいて、小火器Ｗの狙点となる目標マーカＭの表示位置を決定し、画像３Ａ上に目標マーカＭを表示する。より具体的には、画像３Ａ上において、レーザ照準点Ａから軸間距離Ｒ２相当分の画素数だけ下側に離れた位置に目標マーカＭを表示する。この制御は、レーザ光の照射及び撮像の実行中に継続的に行われる。

このように、上記実施形態のレーザ照準装置は、目標Ｔの所定の部位に目標マーカＭが表示されるように移動体Ｖ及び可動アーム５を遠隔操作すれば良く、近距離であってもレーザ照準点Ａと小火器Ｗの狙点とのずれを推測する必要が無くなり、装置構造が簡単であるうえに、操作者の熟練度に左右されることなく、小火器Ｗによる射撃を正確に行うことができる。

図２は、本発明のレーザ照準装置の第２実施形態を説明する図である。なお、先の実施形態と同一の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。また、この実施形態では小火器Ｗ及び車載制御器５３だけを図示したが、これらは図１に示す移動体Ｖに搭載したものであっても良い。

レーザ照準装置は、小火器Ｗに装着するレーザ発振器１及び固定焦点カメラ２を備えると共に、遠隔操縦装置ＲＣ側に、表示部３及び制御部４を備えている。制御部４は、画像３Ａ上でレーザ照準点Ａを特定する照準点特定手段４１と、レーザ発振器１からレーザ照準点Ａまでの目標間距離Ｒ１を検出する距離検出手段４２と、照準点特定手段４１で特定したレーザ照準点Ａの位置及び距離検出手段４２で検出した目標間距離Ｒ１に基づいて画像３Ａ上の目標マーカＭの表示位置を決定する表示位置決定手段４３を備えている。

そして、この実施形態では、制御部４の距離検出手段４２が、画像３Ａ上におけるレーザ照準点Ａと画像３Ａの中央線ＣＬとの距離Ｒ３に基づいて、レーザ発振器１からレーザ照準点Ａまでの目標間距離Ｒ１を検出する機能を有するものとなっている。この実施形態における画像３Ａの中央線ＣＬは水平線である。

当該レーザ照準装置では、レーザ発振器１及び固定焦点カメラ２をその光軸が互い平行になるように一体化した構造であるから、レーザ光軸と画像中心の間には一定量のずれがあり、図示例の場合には、固定焦点カメラ２とレーザ発振器１を上下に配置したので、画像中央線ＣＬの下側にレーザ照準点Ａが表れる。

また、当該レーザ照準装置では、固定焦点カメラ２を用いているので、先の実施形態で説明したように目標間距離Ｒ１の増大とともに被写体が小さく写る。つまり、レーザ光軸Ｌｃと画像中央線ＣＬとのずれ量は、先の実施形態の軸間距離（図１中符号Ｒ２）と同様に一定であるが、画像３Ａ上では、目標間距離Ｒ１に応じて反比例的に変化する。

具体的には、図２に示す如く、上記のずれ量すなわちレーザ照準点Ａと画像中央線ＣＬとの距離Ｒ３は、本来は一定であるが、目標間距離Ｒ１が小さい画像３Ａ１上では、撮像面積が小さくなるので相対的に大きくなり、目標間距離Ｒ１が大きい画像３Ａ２上では、撮像面積が大きくなるので相対的に小さくなる。

そこで、当該レーザ照準装置では、制御部４の距離検出手段４２において、レーザ照準点Ａと画像中央線ＣＬとの距離Ｒ３の大きさに基づいて目標間距離Ｒ１を算出し、制御部４の表示位置決定手段４３において、レーザ照準点Ａの位置、目標間距離Ｒ１、軸間距離Ｒ２、及び目標間距離Ｒ１に応じて反比例的に変化する軸間距離Ｒ２相当分の画素数に基づいて画像３Ａ上の目標マーカＭの表示位置を決定し、表示部３の画像３Ａ上に目標マーカＭを表示する。

上記実施形態のレーザ照準装置にあっても、先の実施形態と同様に、近距離であってもレーザ照準点Ａと小火器Ｗの狙点とのずれを推測する必要が無くなり、装置構造が簡単であるうえに、操作者の熟練度に左右されることなく、小火器Ｗによる射撃を正確に行うことができる。

図３は、本発明のレーザ照準装置の第３実施形態を説明する図である。なお、先の実施形態と同一の構成部位は、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

レーザ照準装置は、先の各実施形態と同様に、小火器Ｗに装着するレーザ発振器１及び固定焦点カメラ２を備えると共に、遠隔操縦装置ＲＣ側に、表示部３及び制御部４を備えている。制御部４は、照準点特定手段４１、距離検出手段４２及び表示位置決定手段４３を備えている。

そして、この実施形態では、制御部４の距離検出手段４２が、第１及び第２の実施形態の距離検出手段４２が夫々有する機能の両方を備えたものとなっている。すなわち、距離検出手段４２は、移動体Ｖの各部位の寸法データ及び可動アーム５の動作データに基づいてレーザ発振器１からレーザ照準点Ａまでの目標間距離Ｒ１を検出する第１検出手段４２Ａと、画像３Ａ上におけるレーザ照準点Ａと画像の中央線ＣＬとの距離Ｒ３に基づいてレーザ発振器１からレーザ照準点Ａまでの目標間距離Ｒ１を検出する第２検出手段４２Ｂを備えている。

この場合、制御部４は、距離検出手段４２又は表示位置決定手段４３、若しくは両手段４２，４３の間に、第１及び第２の検出手段４２Ａ，４２Ｂで検出した目標間距離Ｒ１の平均値を算出する機能（手段）を備えた構成にすることもできる。また、第１及び第２の検出手段４２Ａ，４２Ｂを切り換え可能にし、画像３Ａ上で確認した目標Ｔの距離や大きさなどに応じて検出手段４２Ａ，４２Ｂを選択するようにしても良い。

上記実施形態のレーザ照準装置にあっても、先の実施形態と同様に、近距離であってもレーザ照準点Ａと小火器Ｗの狙点とのずれを推測する必要が無くなり、装置構造が簡単であるうえに、操作者の熟練度に左右されることなく、小火器Ｗによる射撃を正確に行うことができる。

なお、第２及び第３の実施形態では、レーザ照準点Ａと画像中央線ＣＬとの距離Ｒ３の大きさに基づいて目標間距離Ｒ１を算出し、レーザ照準点Ａの位置や軸間距離Ｒ２に基づいてマーカＭの表示位置を決定したが、この他に、同様に上記距離３に基づいて目標間距離Ｒ１を算出した後、画像中央線（固定焦点カメラ２の光軸）ＣＬと小火器Ｗの軸Ｌｗとの距離（Ｒ２＋Ｒ３）に基づいてマーカＭの表示位置を決定することも可能である。

また、本発明のレーザ照準装置は、その構成が上記の各実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成を適宜変更することが可能である。さらに、本発明のレーザ照準装置は、例えば、距離検出手段としてレーザレンジファインダ等の測距装置を用いることも可能であるが、上記各実施形態の構成を採用すれば、装置構成のさらなる小型軽量化や、製造コストの低減などを実現することができる。

Ａ レーザ照準点
ＣＬ 画像の中央線
Ｌｃ レーザ光の軸
Ｌｗ 小火器の軸
Ｍ 目標マーカ
Ｒ１ 目標間距離
Ｒ２ 軸間距離
Ｒ３ レーザ照準点と画像の中央線との距離
Ｔ 目標
Ｖ 移動体
Ｗ 小火器
１ レーザ発振器
２ 固定焦点カメラ
３Ａ 画像
３ 表示部
４ 制御部
４１ 照準点特定手段
４２ 距離検出手段
４２Ａ 第１検出手段
４２Ｂ 第２検出手段
４３ 表示位置決定手段
５ 可動アーム

Claims (4)

1. 移動体に搭載して遠隔操作される小火器に装着するレーザ照準装置であって、
   目標に向けてレーザ光を照射するレーザ発振器と、目標を撮像する固定焦点カメラと、固定焦点カメラで撮像した画像を表示する表示部と、表示部の画像上に小火器の狙点となる目標マーカを表示するための制御部を備え、
   制御部が、画像上でレーザ照準点を特定する照準点特定手段と、レーザ発振器からレーザ照準点までの目標間距離を検出する距離検出手段と、照準点特定手段で特定したレーザ照準点の位置及び距離検出手段で検出した目標間距離に基づいて画像上の目標マーカの表示位置を決定する表示位置決定手段を備えていることを特徴とするレーザ照準装置。
2. 表示位置決定手段が、照準点特定手段で特定したレーザ照準点の位置、距離検出手段で検出した目標間距離、レーザ光の軸と小火器の軸との軸間距離、目標間距離に応じて反比例的に変化する軸間距離相当分の画素数に基づいて画像上の目標マーカの表示位置を決定する手段であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ照準装置。
3. 移動体が、小火器を保持する可動アームを備えた走行ロボットであって、
   制御部における距離検出手段が、移動体の各部位の寸法データ及び可動アームの動作データに基づいて、レーザ発振器からレーザ照準点までの目標間距離を検出する機能を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ照準装置。
4. 制御部における距離検出手段が、画像上におけるレーザ照準点と画像の中央線との距離に基づいて、レーザ発振器からレーザ照準点までの目標間距離を検出する機能を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のレーザ照準装置。

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