JP3665280B2 - 模擬手榴弾及び模擬手榴弾訓練システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザ光線を照射する模擬手榴弾、および模擬手榴弾から照射したレーザ光線を受信する受信装置を有する模擬手榴弾訓練システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
模擬手榴弾（発信機能）から電波を発信し、模擬手榴弾から発信した電波を受信器（受信機能）で探知検出する模擬手榴弾訓練方式が考えられる。この場合、発信・媒介手段として電波が用いられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
電波を発信・媒介とする模擬手榴弾訓練方式では本質的に模擬手榴弾の投擲後の落下地点の場所・周囲環境(例えば周囲が土、岩、砂、コンクリート、芝生、金属等）により模擬手榴弾から発信する電波の指向性が著しく影響を受け、従って探知範囲・探知距離の全周性が著しく損なわれることが容易に推測できる。
【０００４】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、発信側の指向性を極力損なうことなく探知範囲・探知距離がほぼ一定となるようにして、訓練用に最適な模擬手榴弾及び模擬手榴弾訓練システムを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の模擬手榴弾は、安全ピンを解除し、安全レバーをはずすことにより起動信号が印加されるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、 前記ＣＰＵに起動信号が印加され所定時間経過後にレーザ信号光を発射するように駆動され、手榴弾本体の前部、後部に設けられる複数のレーザ素子と、前記各レーザ素子から発射されるレーザ信号光にコードを付加するコード付加手段と、前記各レーザ素子から発射されるレーザ信号光を、模擬手榴弾の投擲後の場所による指向性への影響を少なくしほぼ均一な探知範囲・探知距離を実現できるように放射角を広げるように拡散する拡散手段と、前記各レーザ素子からレーザ信号光を発射した場合にブザー音を発生するブザーとを具備することを特徴とするものである。
【０００７】
また本発明の模擬手榴弾訓練システムは、安全ピンを解除し、安全レバーをはずすことにより起動信号が印加されるＣＰＵと、前記ＣＰＵに起動信号が印加され所定時間経過後にレーザ信号光を発射するように駆動され、手榴弾本体の前部、後部に設けられる複数のレーザ素子と、前記各レーザ素子から発射されるレーザ信号光にコードを付加するコード付加手段と、前記各レーザ素子から発射されるレーザ信号光を、模擬手榴弾の投擲後の場所による指向性への影響を少なくしほぼ均一な探知範囲・探知距離を実現できるように放射角を広げるように拡散する拡散手段と、前記各レーザ素子からレーザ信号光を発射した場合にブザー音を発生するブザーとよりなる模擬手榴弾と、前記各レーザ素子から発射されたレーザ信号光を受信する受光素子と、前記受光素子により受信されたレーザ信号光のコードを識別する受信処理回路と、前記受信処理回路に接続された被弾結果として発光する発光器及び被弾表示する表示器及びデータ伝送するデータ無線機とよりなる受信装置とを具備することを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施形態例を詳細に説明する。
【００１０】
図１は本発明の実施形態例に係る模擬手榴弾の回路を示す構成説明図である。すなわち、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１１にはレバースイッチ１２を介して安全レバー１３が設けられ、この安全レバー１３には安全ピン１４が設けられる。前記ＣＰＵ１１にはＤＣ／ＤＣコンバータ１５を介して内蔵電池１６が接続される。前記ＤＣ／ＤＣコンバータ１５は第１の昇圧回路（レーザ電源）１７を介して４個のレーザ素子例えばレーザダイオード１８１，１８２，１８３，１８４のアノードに接続され、この各レーザダイオード１８１，１８２，１８３，１８４のカソードはそれぞれ対応したレーザ駆動回路１９１，１９２，１９３，１９４を介してＣＰＵ１１に接続される。また、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ１５は第２の昇圧回路（レーザ電源）２０を介して４個のレーザ素子例えばレーザダイオード１８５，１８６，１８７，１８８のアノードに接続され、この各レーザダイオード１８５，１８６，１８７，１８８のカソードはそれぞれ対応したレーザ駆動回路１９５，１９６，１９７，１９８を介してＣＰＵ１１に接続される。前記ＣＰＵ１１にはブザー駆動回路２１を介してブザー２２が接続される。前記ＣＰＵ１１には水晶発振器２３、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ ＆ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）２４、部隊識別スイッチ２５が接続される。２６で囲まれた部分は手榴弾ユニットであり、２７で囲まれた部分は模擬手榴弾である。
【００１１】
図２は本発明の実施形態例に係る模擬手榴弾を示し、（ａ）は手榴弾内郭部を示す上面図、（ｂ）は同じく正面図、（ｃ）は外郭部を含む手榴弾本体を示す上面図、（ｄ）は同じく正面図である。図において、１３は安全レバー、１４は安全ピン、３１はブザーの鳴動部、３２はレーザ素子の投光用レンズ部である。
【００１２】
図３は本発明の実施形態例に係るレーザ受信装置の回路を示す構成説明図である。すなわち、模擬手榴弾２７から発射されたレーザ信号光４６を受信する複数のレーザ受光素子４１１，４１２，…，４１ｎの出力端は受信処理回路４２の入力端に接続され、受信処理回路４２の出力端にはそれぞれ対応して発光器４３、表示器４４、データ無線機４５が接続される。
【００１３】
図４は本発明の実施形態例に係る模擬手榴弾及びレーザ受信装置の運用例を示す説明図である。すなわち、模擬手榴弾２７からはレーザ信号光４６が全部で８箇所から発射される。発光器４３はヘルメット４７に取り付けられ、レーザ受光素子４１１，４１２，…，４１ｎはヘルメット４７及び上着４８に取り付けられる。
【００１４】
次に動作を説明する。
【００１５】
安全ピン１４を解除し、安全レバー１３をはずすことによりレバースイッチ１２が動作してＣＰＵ１１に起動信号が印加される。前記ＣＰＵ１１に起動信号が印加され所定時間経過後に、各レーザ駆動回路１９１〜１９８が順次駆動されてそれぞれ対応した各レーザダイオード１８１〜１８８からレーザ信号光４６が順次発射される。この場合、コード付加手段の部隊識別スイッチ２５により各レーザダイオード１８１〜１８８から発射されるレーザ信号光４６にコードが付加される。各レーザダイオード１８１〜１８８からレーザ信号光４６を発射した場合にブザー駆動回路２１が駆動し、ブザー２２が動作してブザー音を発生する。
【００１６】
各レーザダイオード１８１〜１８８から発射されたレーザ信号光４６は受信装置の複数のレーザ受光素子４１１，４１２，…，４１ｎにより受信される。レーザ受光素子４１１，４１２，…，４１ｎにより受信されたレーザ信号光４６は受信処理回路４２で処理されてコードが識別される。この場合、受信処理回路４２は、発光器４３に被弾結果を発光させ、表示器４４に被弾表示し、データ無線機４５によりデータ伝送する。
【００１７】
この模擬手榴弾訓練システムは、屋外／屋内のいずれも使用可能であり、１回のレーザ発射により同時に複数人に対し被弾させることができる。
【００１８】
模擬手榴弾２７より発射されるレーザ信号光４６に手榴弾のコードを付加させることにより、敵／味方からの攻撃を識別することができる。空間に放射されたレーザ信号光４６は、隊員にあらかじめ装着した受信装置における受光素子（複数個）４１１〜４１ｎにより受信し、受信処理回路４２により即座にコードを識別し、被弾結果として発光器４３による発光、表示器４４による被弾表示、データ無線機４５を介しての遠隔地へのデータ伝送がされる。
【００１９】
図５は本発明の実施形態例に係る模擬手榴弾の動作タイミングを示す説明図である。すなわち、レーザ信号光照射方式であり、レーザ照射は、安全レバーの解放から約４秒後に行い、８個のレーザダイオードを順次駆動する。レーザ照射時のブザー鳴動時間は現示音の認識を配慮し、約５秒とした。
【００２０】
図６は本発明の実施形態例に係るレーザ拡散方式を示す説明図である。すなわち、最大有効範囲を満足するため、レーザ光線の到達距離を抑制し、レーザダイオード１個当たりの放射角を極力広げる必要がある。レーザ拡散方式としては、拡散平板方式、ロッドレンズ方式、拡散ドーム方式等を使用したものが考えられ、それぞれを比較検討した結果を図６に示す。
【００２１】
本実施形態例では、拡散性（放射角の広さ）、レーザ透過率、加工性、製品品質の均一化等の面から最もすぐれた特性を有する拡散平板方式を採用した。
【００２２】
図７は本発明の実施形態例に係る距離特性を示す特性図であり、レーザダイオード最大駆動電流は２５Ａ、レンズは拡散平板である。すなわち、距離特性の最大有効範囲は、要求値１０ｍ±３０％を確保するため図７に示す設計値を目標とする。設計条件は、人員用レーザ受信装置の受光感度２０μＷ／ｃｍ^２で要求値の最大１３ｍを超えないものとする。
【００２３】
図７の特性は、レーザダイオード単品の性能であり、受光器２ケによる受光感度２０μＷ／ｃｍ^２の場合、ほぼ理想値に近い特性となるが、６μＷ／ｃｍ^２については、約２６ｍまで受光が有効となる。
【００２４】
図８は図７の片側指向角度を示す説明図である。すなわち、図７の片側指向角度とは図８で示すレーザダイオードからのレーザ信号光がレーザ受光素子を反応させることができる角度を意味する。
【００２５】
図９は本発明の実施形態例に係る空間特性を示す特性図である。すなわち、８個のレーザ出力部より放出されるレーザビームの広がりにより、空間における最大有効範囲を確保するためのビーム幅は垂直／水平ともに開口角片側５５°以上必要となる。しかしながら、堅牢性を確保するため、外郭で手榴弾本体を覆わなければならない。この場合、開口角片側が５５°より小さくなるため、不感エリアを極力なくすため、垂直／水平ともに開口角片側５１°を目標とする。この場合、空間の広がりは図９となる。図９は空間特性として、レーザビームの広がり（開口角片側５１°のシミュレーション）である。
【００２６】
図１０は図９の開口角片側を示す説明図である。図において、１８は手榴弾のレーザ素子、３２は手榴弾のレンズ部である。すなわち、開口角片側とは、図１０で示すレーザ光線の機械的な広がり角を意味する。
【００２７】
図１１は本発明の実施形態例に係る命中範囲（受光感度２０μＷ／ｃｍ^２）の一例を示す説明図であり、（ａ）は手榴弾のレバー位置が右または左斜め下の場合、（ｂ）は手榴弾のレバー位置が上または下の場合である。すなわち、高さ方向０ｃｍにおける開口角片側５１°のレーザビーム平面バターン（命中範囲）を図１１に示す。高さ０ｃｍではレバーの向きにより到達距離が変動するほか、不感エリアが存在する。図１１（ｂ）に示すように、レバー位置が上または下の時は、４方向に不感エリアが発生し、図１１（ａ）に示すように、レバー位置が右または左斜め下の時は、２方向に不感エリアが発生する。
【００２８】
図１２は本発明の実施形態例に係る命中範囲（受光感度２０μＷ／ｃｍ^２）の他の例を示す説明図であり、（ａ）は手榴弾のレバー位置が右または左斜め下の場合、（ｂ）は手榴弾のレバー位置が上または下の場合である。すなわち、高さ方向１２０ｃｍにおける開口角片側５１°のレーザビーム平面バターン（命中範囲）を図１２に示す。高さ１２０ｃｍでは７ｍ到達距離を確保するには不安定な角度領域が存在するものの、ビームの広がりにより不感エリアはなくなる。
【００２９】
以上説明したように、比較的少ない数（前記実施形態例では前部に４個、後部に４個の計８個）のレーザダイオードとその拡散手段により投擲後の場所等の影響によることなくほぼ均一に全周に渉る有効範囲・有効距離を確保出来る。(有効範囲半径１０ｍ以内）
尚、探知範囲・探知距離によってはレーザダイオード数の増減と拡散手段の有無及びそれらの配置の仕方等によりシステムに最適な模擬手榴弾の提供も可能となる。また、レーザ光線拡散手段として、前記実施形態例では拡散平板方式の誘電体で説明したが、例えば図６に示したようなロッドレンズ方式や拡散ドーム方式のものも使用可能である。
【００３０】
また、レーザ受信装置と組み合わせて使用することにより訓練度の高い模擬手榴弾訓練システムをも同時に提供できる。
【００３１】
このように、発信・媒介手段として電波の代りにレーザ光線を用い、且つこのレーザ光線を広角度に拡散させ、更に全周性を確保するために複数個のレーザダイオードとレーザ拡散手段を設けるようにする。また、レーザ光線の拡散手段を用いずに単にレーザダイオードを多数個配置することによっても実現可能である。
【００３２】
上記レーザダイオードとレーザ拡散手段を複数個用いて構成することにより模擬手榴弾の投擲後の場所等による指向性への影響を少なくしほぼ均一な探知範囲・探知距離が容易に実現できるようになる。
【００３３】
尚、レーザダイオードとその拡散手段の個数と配置の仕方については特に制限等は無いが、拡散時のレーザ特性や他の部品配置等との関係により決定すれば良い。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、発信側の指向性を極力損なうことなく探知範囲・探知距離がほぼ一定となるようにして、訓練用に最適な模擬手榴弾及び模擬手榴弾訓練システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態例に係る模擬手榴弾の回路を示す構成説明図である。
【図２】本発明の実施形態例に係る模擬手榴弾を示し、（ａ）は手榴弾内郭部を示す上面図、（ｂ）は同じく正面図、（ｃ）は外郭部を含む手榴弾本体を示す上面図、（ｄ）は同じく正面図である。
【図３】本発明の実施形態例に係るレーザ受信装置の回路を示す構成説明図である。
【図４】本発明の実施形態例に係る模擬手榴弾及びレーザ受信装置の運用例を示す説明図である。
【図５】本発明の実施形態例に係る模擬手榴弾の動作タイミングを示す説明図である。
【図６】本発明の実施形態例に係るレーザ拡散方式を示す説明図である。
【図７】本発明の実施形態例に係る距離特性を示す特性図である。
【図８】図７の片側指向角度を示す説明図である。
【図９】本発明の実施形態例に係る空間特性を示す特性図である。
【図１０】図９の開口角片側を示す説明図である。
【図１１】本発明の実施形態例に係る命中範囲（受光感度２０μＷ／ｃｍ^２）の一例を示す説明図である。
【図１２】本発明の実施形態例に係る命中範囲（受光感度２０μＷ／ｃｍ^２）の他の例を示す説明図である。
【符号の説明】
１１ ＣＰＵ
１２ レバースイッチ
１３ 安全レバー
１４ 安全ピン
１５ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１６ 内蔵電池
１７ 第１の昇圧回路（レーザ電源）
１８１〜１８８ レーザダイオード
１９１〜１９８ レーザ駆動回路
２０ 第２の昇圧回路（レーザ電源）
２１ ブザー駆動回路
２２ ブザー
２３ 水晶発振器
２４ ＥＥＰＲＯＭ
２５ 部隊識別スイッチ
２６ 手榴弾ユニット
２７ 模擬手榴弾

Claims (2)

1. 安全ピンを解除し、安全レバーをはずすことにより起動信号が印加されるＣＰＵと、
   前記ＣＰＵに起動信号が印加され所定時間経過後にレーザ信号光を発射するように駆動され、手榴弾本体の前部、後部に設けられる複数のレーザ素子と、
   前記各レーザ素子から発射されるレーザ信号光にコードを付加するコード付加手段と、
   前記各レーザ素子から発射されるレーザ信号光を、模擬手榴弾の投擲後の場所による指向性への影響を少なくしほぼ均一な探知範囲・探知距離を実現できるように放射角を広げるように拡散する拡散手段と、
   前記各レーザ素子からレーザ信号光を発射した場合にブザー音を発生するブザーと
   を具備することを特徴とする模擬手榴弾。
2. 安全ピンを解除し、安全レバーをはずすことにより起動信号が印加されるＣＰＵと、前記ＣＰＵに起動信号が印加され所定時間経過後にレーザ信号光を発射するように駆動され、手榴弾本体の前部、後部に設けられる複数のレーザ素子と、前記各レーザ素子から発射されるレーザ信号光にコードを付加するコード付加手段と、前記各レーザ素子から発射されるレーザ信号光を、模擬手榴弾の投擲後の場所による指向性への影響を少なくしほぼ均一な探知範囲・探知距離を実現できるように放射角を広げるように拡散する拡散手段と、前記各レーザ素子からレーザ信号光を発射した場合にブザー音を発生するブザーとよりなる模擬手榴弾と、
   前記各レーザ素子から発射されたレーザ信号光を受信する受光素子と、前記受光素子により受信されたレーザ信号光のコードを識別する受信処理回路と、前記受信処理回路に接続された被弾結果として発光する発光器及び被弾表示する表示器及びデータ伝送するデータ無線機とよりなる受信装置と
   を具備することを特徴とする模擬手榴弾訓練システム。

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