JP4796384B2 - 弾丸位置計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、弾丸の着弾位置を検出するために弾丸の通過位置を計測する弾丸位置計測装置に係り、特に、エアピストルやエアライフルなどの弾速の遅い弾丸を使用する射撃に好適な弾丸位置計測装置に関する。

弾丸の着弾位置を検出する装置として、弾丸が標的に当たった位置を非接触で検出できる電子式射的用標的が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような電子式射的用標的は、標的を取り付ける窓の、射撃を行う側つまり前面側周囲に、光源と、この光源に対向する位置に光センサを隙間なく列状に並べた光センサアレイとの組を少なくとも１組設けている。つまり、標的は、光源と光センサアレイとの間に対応する位置にある。そして、弾丸が標的に到達する際、弾丸によって光源からの光が遮られることによって、光センサアレイを構成する光センサのうち、光を検出できなくなる光センサが生じ、この光を検出できなくなる光センサの位置に基づいて弾丸の着弾位置を演算している。

一方、弾丸の着弾位置を検出するために、弾丸によって反射した光に基づいて弾丸の軌道つまり飛行時の通過位置を計測する弾丸位置計測装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。このような弾丸位置計測装置は、弾丸の軌道の途中つまり標的の前方に、レーザ光を照射して、標的と同じか、または、それ以上の大きさの空間に平たい幕状の光を形成する１つ以上のレーザ発振器や、このレーザ発振器から照射されるレーザ光が弾丸で反射した反射光を受光する２つ以上の受光器などを備えている。そして、各受光器が検出したレーザ反射光の位置を示す出力信号から反射光の発生角度を計算し、その反射光の発生角度に基づいてレーザ光を照射した計測領域における弾丸の通過位置を計算している。

特開平７−２２５１００号公報（第２−３頁、第１図、第２図） 特開平９−１９７０３７号公報（第４−６頁、第１図）

ところで、特許文献１のような電子式射的用標的では、弾丸の位置の計測精度を向上しようとすると、光源と光センサアレイとの組を、標的の周囲に、光源から照射される光の進行方向が交わるように２組設ける必要がある。このとき、弾丸の位置を計測する計測領域は、２つの光源から照射された光が交わり重なった領域のみ、例えば実際に各々の光源から光が照射されている領域の半分程度のみしか計測領域とならず、弾丸の通過位置を計測できない無駄な領域が大きくなる。このため、計測領域を標的の面積以上の大きさにするためには、例えば実際に各々の光源から光が照射されている領域の半分程度が計測領域の場合、標的の幅の倍以上に離す必要がある。したがって、設置場所の広さなどの条件によって光源と光センサアレイとの距離が制限されると、計測領域の光源から光が照射される領域の広さも制限されてしまうといったように、弾丸の位置を計測するための計測領域の広さに制限が生じてしまう。

一方、特許文献２に記載されたような弾丸位置計測装置では、弾丸の位置の計測精度を向上するために異なる位置に複数のレーザ発振器を設けても、反射光に基づいて弾丸の通過位置を計測するため、複数のレーザ発振器と受光器を設置する間隔などの問題が生じないため、計測領域の広さに制限が生じ難い。しかし、特許文献２に記載されたような弾丸位置計測装置では、レーザ弾丸の表面がレーザ光を反射する素材である必要があり、鉛製の訓練弾やプラスチック製の訓練弾などを使用した場合、弾丸の位置の計測に必要な反射光を得ることができず、弾丸の種類によって弾丸の通過位置を計測できない場合があり、計測できる弾丸の種類に制限が生じてしまう。このため、計測領域の広さ及び計測できる弾丸の種類が制限され難い弾丸位置計測装置が求められている。

本発明の課題は、計測領域の広さ及び計測できる弾丸の種類が制限され難くい弾丸位置計測装置を提供することにある。

本発明の弾丸位置計測装置は、射撃の目標となる標的への射撃を行う側に弾丸の弾道と交わる方向の平たい幕状の光を照射し、予め設定した間隔で離して設置され、互いに異なる波長の光を発光する複数の光発生器と、これら複数の光発生器と対向する位置に、これら複数の光発生器が並ぶ方向で、これら光発生器で形成する幕状の光に対応して延在する受光器と、この受光器からの出力信号に基づいて、少なくとも２つの光発生器によって形成される幕状の光が重なり合う領域に対応する計測領域を通過する弾丸の位置を演算する弾丸通過位置演算部とを備えた構成とすることにより上記課題を解決する。

このような構成とすることにより、弾丸からの反射光を用いずに、弾丸で遮光されることによって形成された影に関する情報を受光器で得、この受光器で得た弾丸の影に関する情報に基づいて弾丸の通過位置を計測できる。このように反射光を用いずに、弾丸の影の情報を用いて弾丸の通過位置を計測するため、計測できる弾丸の種類に制限が生じ難い。さらに、並べて設置された複数の光発生器の数や設置間隔、受光器の長さなどの調整によって計測領域の大きさを拡げることができ、計測領域を拡げるために光発生器と受光器の間の間隔を離す必要がないため、計測領域の広さに制限が生じ難い。したがって、計測領域の広さ及び計測できる弾丸の種類が制限され難くい弾丸位置計測装置を提供できる。

また、受光器は、光発生器が発生した光が計測領域を通過する弾丸で遮光されることにより生成される影の位置及び範囲の情報と、この影の位置及び範囲の情報を得た光の波長の情報を関連づけて弾丸通過位置演算部に出力し、この弾丸通過位置演算部は、影の位置及び範囲の情報を得た光の波長の情報に基づいて、この影の位置及び範囲の情報を得た光を発光した光発生器を識別し、この識別した光発生器の位置の情報と、対応する影の位置及び範囲の情報とに基づいて、識別した光発生器の位置に対する弾丸の中心の位置の方向に対応する角度を演算し、この演算した少なくとも２つの異なる光発生器の位置に対する弾丸の中心の位置の方向を示す角度に基づいて計測領域を通過する弾丸の位置を演算する構成とする。このように、少なくとも２つの異なる光発生器の位置に対する弾丸の中心の位置の方向を示す角度に基づいて計測領域を通過する弾丸の位置を演算することにより、計測した弾丸の通過位置と実際の弾丸の通過位置との誤差を補正でき、弾丸の通過位置の計測精度をより向上できる。

さらに、受光器は、光発生器が発生した光が計測領域を通過する弾丸で遮光されることにより生成される影の位置及び範囲の情報と、この影の位置及び範囲の情報を得た光の波長の情報を関連づけて弾丸通過位置演算部に出力し、この弾丸通過位置演算部は、影の位置及び範囲の情報を得た光の波長の情報に基づいて、この影の位置及び範囲の情報を得た光を発光した前記光発生器を識別し、光発生器が３つ以上設置されているとき、弾丸通過位置演算部は、発光によって弾丸の影が形成された３つ以上の光発生器のうち、最も距離が離れた位置に設置された２つの光発生器からの光が遮光されることによって得られた弾丸の影の位置及び範囲の情報と、対応する前記光発生器の位置の情報とに基づいて演算した２つの異なる光発生器の位置に対する弾丸の中心の位置の方向に対応する角度に基づいて計測領域を通過する弾丸の位置を演算する構成とする。これにより、計測した弾丸の通過位置と実際の弾丸の通過位置との誤差をより正確に補正でき、弾丸の通過位置の計測精度をさらに向上できる。

また、受光器は、複数の光発生器に対向させて並べて設置された複数のフォトセンサを有し、この各フォトセンサには、光発生器からの光を選択的に通過させる光学フィルタが設けられている構成とする。または、発生器は、可視光を発光し、受光器は、複数の光発生器に対向させて設置される受光面と、この受光面を撮影するカメラを有し、光発生器が発生した光の波長を光の色で判別する構成とする。または、受光器は、複数の光発生器に対向させて設置され、特定の波長の光を透過し、他の波長の光を反射する鏡と、この鏡を透過した光を受光可能な位置に並べて設置された複数のフォトセンサからなる第１のフォトセンサアレイと、この鏡で反射した光を受光可能な位置に並べて設置された複数のフォトセンサからなる第２のフォトセンサアレイとを有する構成とする。これらの構成により、弾丸で遮光されることにより生成される影の位置及び範囲の情報と、この影の位置及び範囲の情報を得た光の波長の情報を関連づけて弾丸通過位置演算部に出力する受光器を形成できる。

本発明によれば、計測領域の広さ及び計測できる弾丸の種類が制限され難くい弾丸位置計測装置を提供できる。

（第１の実施形態）
以下、本発明を適用してなる弾丸通過位置計測装置の第１の実施形態について図１乃至図５を参照して説明する。図１は、本発明を適用してなる弾丸通過位置計測装置の概略構成を受光器の一部を破断して示す斜視図である。図２は、本発明を適用してなる弾丸通過位置計測装置の受光器の概略構成を模式的に示す図である。図３は、本発明を適用してなる弾丸通過位置計測装置における複数のレーザ発振器、受光器及び計測領域の関係を説明する正面図である。図４は、本発明を適用してなる弾丸通過位置計測装置におけるレーザ発振器の位置に対する弾丸の中心の位置の方向に対応する角度の求め方を説明する図である。図５は、本発明を適用してなる弾丸通過位置計測装置におけるレーザ発振器の位置に対する弾丸の中心の位置の方向に対応する角度に基づく弾丸の通過位置の求め方について説明する図である。

本実施形態の弾丸通過位置計測装置１は、図１に示すように、平たい幕状の光を照射し、予め設定した間隔で離して設置される複数の光発生器となるレーザ発振器３ａ−３ｇ、レーザ発振器３ａ−３ｇと対向してレーザ発振器３ａ−３ｇが並ぶ方向に沿って延在する受光器５、レーザ発振器３ａ−３ｇのレーザの発振つまり発光を制御する発光制御部となる発光制御回路７、受光器５からの出力信号などに基づいて弾丸８の通過位置を演算する弾丸通過位置演算部９などを備えている。

レーザ発振器３ａ−３ｇと受光器５は、標的１１の前方つまり弾丸８を発射する側に設置されており、レーザ発振器３ａ−３ｇは、標的１１と同じ大きさか、または、それ以上の大きさの平面状の空間を照射する。レーザ発振器３ａ−３ｇは、標的１１の大きさなどに応じた必要な範囲を通過する弾丸８の位置を計測できるように、予め設定された間隔離した状態で１列に設置されている。

本実施形態では、レーザ発振器３ａ−３ｇは、平面状の標的１１の面に沿う方向で、標的１１の上縁部分の上方に対応する位置に並べて設置されており、下方に向けて扇型に拡がる平たい幕状のレーザ光を発振する。したがって、レーザ発振器３ａ−３ｇから発振された幕状のレーザ光は、弾丸８の弾道ｔと交わる方向に形成される。このとき、レーザ発振器３ａ−３ｇのうち少なくとも２つのレーザ発振器を発振させたときに形成した幕状のレーザ光が重なる部分を併せた領域が、弾丸８の通過位置を計測するための計測領域１３となり得る。このため、この計測領域１３が、少なくとも通過する弾丸８の位置を計測できる必要がある範囲以上になるように、レーザ発振器の数及びレーザ発振器の設置間隔などが決定されている。

本実施形態では、実際に弾丸８の通過位置の計測を行う場合、各レーザ発振器３ａ−３ｇは、発光制御回路７によって、常時発光するように発光が制御される。さらに、本実施形態では、各レーザ発振器３ａ−３ｇは、互いに異なる波長の光を発光する。なお、本実施形態では、レーザ発振器３ａ−３ｇとして、幕状のレーザ光を形成するため、幕状にレーザ光線を発振するラインレーザ発振器を用いている。また、各レーザ発振器３ａ−３ｇと発光制御回路７とは、配線１４を介して電気的に接続されている。

受光器５は、図１及び図２に示すように、直線状に並べられた複数の受光素子１５、複数の受光素子１５と電気的に接続された信号処理回路１７などを有している。そして、受光器５は、レーザ発振器３ａ−３ｇから発振された幕状のレーザ光を受光するため、レーザ発振器３ａ−３ｇに対向する側に複数の受光素子１５が並んだ面を向け、レーザ発振器３ａ−３ｇが一列に配置された方向に沿って延在させた状態で設置される。したがって、本実施形態では、受光器５は、レーザ発振器３ａ−３ｇに対向する位置で、標的１１の下縁部分の下方に対応する位置に水平に設置されている。なお、受光器５の長さや直線状に並べられた複数の受光素子１５の数などは、受光器５の受光面の位置での必要な計測領域１３の長さに応じて決定されている。

本実施形態の受光器５では、直線状に並べられた複数の受光素子１５の各々の受光面に、レーザ発振器３ａ−３ｇの数と波長に対応する光学フィルタ１９ａ−１９ｇが順に貼り付けられている。例えば、図２に示した例では、レーザ発振器３ａ−３ｇの波長に対応する光学フィルタ１９ａ−１９ｇが、端にある受光素子１５から、光学フィルタ１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、１９ｅ、１９ｆ、１９ｇの順に繰り返し設置されている。光学フィルタ１９ａ−１９ｇは、互いに異なる波長を選択的に透過させるものであり、各々、対応するレーザ発振器３ａ−３ｇの波長の光を選択して透過させる。

受光器５の信号処理回路１７は、銃器２１などから発射された弾丸８が計測領域１３を通過した際に、レーザ発振器３ａ−３ｇのいずれかから発振された幕状のレーザ光が遮光されたときに、光学フィルタ１９ａ−１９ｇどの光学フィルタを設けた受光素子１５にレーザ光が照射されているか、レーザ光が遮光されているかによって、レーザ光が照射されている部位と遮光されている部位の境界が直線上に並んだ複数の受光素子１５のどの部位であるかを判断する。すなわち、受光器５の信号処理回路１７は、レーザ発振器３ａ−３ｇのいずれかから照射したレーザ光が計測領域１３を通過する弾丸８で遮光され、レーザ光を受光した受光素子１５と、受光できなかった受光素子１５の位置から、計測領域１３を通過する弾丸８によって形成された影の位置及び範囲を検出する。さらに、レーザ光を受光できなかった受光素子１５の位置から、影ができたレーザ光の波長を識別する。

弾丸通過位置演算部９は、受光器５の信号処理回路１７で、影を検出した波長の情報に基づいて、レーザ発振器３ａ−３ｇのうち、影の位置及び範囲の情報を検出したレーザ発振器の位置を判断する。さらに、弾丸通過位置演算部９は、受光器５の信号処理回路１７で、検出した影の位置及び範囲の情報と、影を検出したレーザ発振器の位置の情報とに基づいて、影を検出したレーザ発振器の位置に対する弾丸８の中心の位置の方向に対応する角度を演算する。そして、弾丸通過位置演算部９は、その演算した角度に基づいて計測領域１３における弾丸８の通過位置を演算する。

このように、本実施形態の弾丸通過位置計測装置１は、レーザ発振器３ａ−３ｇが発振するレーザ光の波長、受光素子１５が受光するレーザ光の波長を互いに異なるものとすることで、レーザ計測領域１３を通過する弾丸８の影を受光器５が検出したときに、各レーザ発振器３ａ−３ｇのうちのどのレーザ発振器からの光によって作られた影であるかを判別可能になっている。

なお、弾丸通過位置演算部９と受光器５の信号処理回路１７、そして、弾丸通過位置演算部９と発光制御回路７は、各々、配線１４を介して電気的に接続されている。また、弾丸通過位置演算部９は、通信回線２３を有しており、例えば弾丸通過位置演算部９からの弾丸８の通過位置の情報に基づいて弾丸８の標的１１への着弾位置を演算する外部機器などに対して弾丸８の通過位置の情報を出力可能になっている。

このような構成の弾丸通過位置計測装置１における弾丸８の通過位置の計測方法などについて説明する。なお、レーザ発振器３ａ−３ｇは、互いに波長の異なるレーザ光を常時発振しており、図３に示すように、レーザ発振器３ａ−３ｇのうち少なくとも２のレーザ発振器から発光された幕状の波長が異なるレーザ光２５ａ−２５ｇが重なる部分を併せた範囲が計測領域１３となり得る。なお、計測領域１３は、受光器５の受光面の長さ、つまり受光素子１５が並ぶ長さによっても規定される。

幕状のレーザ光２５ａ−２５ｇは、受光器５で受光されるが、計測領域１３を弾丸８が通過するとき、幕状のレーザ光の一部が弾丸８で遮光されることによって、受光器５は、幕状のレーザ光を受光できない場所を弾丸８の影として認識し、影の位置及び範囲の情報を弾丸通過位置演算部９に出力する。このとき、受光器５は、弾丸８の影ができたレーザ光の波長の情報も、影の位置及び範囲の情報に関連づけて弾丸通過位置演算部９に出力する。弾丸通過位置演算部９は、予め、各レーザ発振器３ａ−３ｇの波長の情報に対応させて位置情報を有しており、受光器５からの波長の情報から、影ができたレーザ発振器の位置情報を得る。

そして、本実施形態の弾丸通過位置演算部９は、受光器５からの影の位置及び範囲の情報と、その影を検出したときに発光していたレーザ発振器の位置情報とに基づいて、図４に示すように、その影を検出したときに発光していたレーザ発振器３に対する弾丸８の中心Ｃの位置の方向に対応する角度として、その影を検出したときに発光していたレーザ発振器３と弾丸８の中心Ｃの位置とを結ぶ線と水平線とのなす角度θを演算する。

ここで、受光器５によって得られる影の位置及び範囲の情報とは、受光器５内の複数の受光素子１５のうち、どの受光素子１５が、レーザ光が照射されている部分とレーザ光が照射されていない部分の境界であるかを示す情報である。そこで、弾丸８が計測領域１３を通過しているときに影となる部分の範囲をＲ（ｎ）からＲ（ｍ）とし、そのとき発光しているレーザ発振器３の座標を（ＸＬ，ＹＬ）、受光素子１５の配置ピッチをＰとすると、レーザ発振器３と弾丸８の中心Ｃの位置とを結ぶ線と水平線とがなす角度θは、次式（１）−（３）によって計算できる。
θｍａｘ＝ｔａｎ^−１｛ＹＬ／（ＸＬ−Ｒ（ｎ）×Ｐ）｝ ・・・（１）
θｍｉｎ＝ｔａｎ^−１｛ＹＬ／（ＸＬ−Ｒ（ｍ）×Ｐ）｝ ・・・（２）
θ＝（θｍａｘ＋θｍｉｎ）／２ ・・・（３）

なお、θｍａｘは、レーザ発振器３と弾丸８の外周面とを結ぶ線と水平線とがなす角度のうち大きい方の角度を、θｍｉｎは、レーザ発振器３と弾丸８の外周面とを結ぶ線と水平線とがなす角度のうち小さい方の角度とする。

さらに、弾丸通過位置演算部９は、図３に示すように、弾丸８の影を検出できたレーザ発振器３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄのうち、すなわち、発光によって弾丸の影が形成されたレーザ発振器３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄのうち、最もレーザ発振器間の離間距離が大きい位置のレーザ発振器３ａ、３ｄに対して上記のように計算された２つの角度θから弾丸８の位置を演算する。ここで、図５に示すように、レーザ発振器３ａ、３ｄに対する弾丸８の中心Ｃの位置の２つの角度をそれぞれθ１、θ２とし、２つのレーザ発振器３ａ、３ｄの座標をそれぞれ（Ｘ１，Ｙ１）、（Ｘ２，Ｙ２）とすると、弾丸８の通過位置座標（Ｘｐ，Ｙｐ）は、次式（４）−（７）により計算できる。
Ａ＝Ｙ１−Ｘ１×ｔａｎθ１ ・・・（４）
Ｂ＝Ｙ２−Ｘ２×ｔａｎθ２ ・・・（５）
Ｘｐ＝（Ｂ−Ａ）／（ｔａｎθ１−ｔａｎθ２） ・・・（６）
Ｙｐ＝Ｘｐ×ｔａｎθ１＋Ａ ・・・（７）

そして、弾丸通過位置演算部９で計算した計測領域１３における弾丸８の通過位置の座標つまり弾丸８の通過位置の情報は、図１に示すように、通信回線２３を介して外部機器などに出力される。

このように、本実施形態の弾丸通過位置計測装置１では、幕状の光を形成するために予め設定した間隔で離して設置される複数の光発生器となり、互いに異なる波長の光を発光するレーザ発振器３ａ−３ｇ、レーザ発振器３ａ−３ｇからのレーザ光を受光する受光器５、計測領域１３を通過する弾丸８の位置を演算する弾丸通過位置演算部９などを備えていることによって、レーザ光が弾丸８で遮光されることによって形成された影に関する情報、その影が形成された光の波長の情報に基づいて弾丸８の計測領域１３の通過位置を計測できる。

つまり、弾丸からの反射光を用いずに弾丸の通過位置を計測できる。このため、例えば鉛製の訓練弾やプラスチック製の訓練弾、その他の表面材質などによって反射光を得ることができない弾丸の種類であっても弾丸の通過位置を計測でき、計測できる弾丸の種類に制限が生じ難い。一方、光発生器であるレーザ発振器の数に制限がないため、レーザ発振器の数を増やすことなどにより、弾丸の通過位置を計測できない無駄な領域を低減でき、また、計測領域を拡げるために複数の光発生器と受光器との間の間隔を離す必要がなく、計測領域の広さに制限が生じ難い。したがって、計測領域の広さ及び計測できる弾丸の種類が制限され難くい弾丸位置計測装置を提供できる。

さらに、従来の標的を取り付ける窓の前面側周囲に、光源と、この光源に対向する位置に光センサを隙間なく列状に並べた光センサアレイとの組を少なくとも１組設けた弾丸位置計測装置では、弾丸が所定の空間に飛来しなかった場合、被弾する場所が増大してしまう。このため、弾丸位置計測装置を構成する各機器などへの防弾対策を施すための作業や部材などが増大する。しかし、本実施形態の弾丸通過位置計測装置１では、標的１１の対向する１組の辺に光発生器と受光器を設置するだけでよいため、弾丸位置計測装置を構成する各機器などへの被弾の可能性を低減でき、防弾対策を施すための作業や部材なども低減できる。

ところで、レーザ光の弾丸による反射を利用した従来の弾丸の弾丸通過位置計測装置では、弾丸の大きさつまり弾丸の径が考慮されていないため、反射光の発生角度を弾丸の半径の分だけ誤って計算してしまい、実際の弾丸の通過位置と計算した通過位置に誤差が発生する。

これに対して、本実施形態の弾丸通過位置計測装置１では、受光器５は、３つ以上設置されているレーザ発振器３ａ−３ｇが発生したレーザ光が計測領域１３を通過する弾丸で遮光されることにより生成される影の位置及び範囲の情報を弾丸通過位置演算部９に出力している。そして、弾丸通過位置演算部９は、発光によって弾丸の影が形成されたレーザ発振器３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄのうち、最も距離が離れた位置に設置された２つのレーザ発振器３ａ、３ｄからの光によって得られた弾丸の影の位置及び範囲の情報と、それらの光の波長の情報とに基づいて演算した２つの異なるレーザ発振器３ａ、３ｄの位置に対する弾丸の中心Ｃの位置の方向に対応する角度θ１、θ２に基づいて計測領域１３を通過する弾丸の位置を演算している。これにより、計測した弾丸の通過位置と実際の弾丸の通過位置との誤差を補正でき、弾丸の通過位置の計測精度を向上できる。

ただし、発光により弾丸８の影の幅を検出できた任意の少なくとも２つのレーザ発振器に対する角度を選択し、それらの角度に基づいて弾丸の通過位置を計算することもできる。この場合、計測した弾丸の通過位置と実際の弾丸の通過位置との誤差を補正して、弾丸の通過位置の計測精度を向上するためには、計算に用いるレーザ発振器に対する角度の数を増やすか、または、計算された複数の弾丸通過位置の平均値を求めることになる。

したがって、本実施形態の弾丸通過位置計測装置１のように、弾丸の影が形成された３つ以上のレーザ発振器のうち、最も距離が離れた位置に設置された２つのレーザ発振器からの光で得られた弾丸の影の位置及び範囲の情報と、それらの光の波長の情報とに基づいて演算した２つの角度に基づいて計測領域１３を通過する弾丸の位置を演算する弾丸通過位置演算部９を備えた構成とした方が、２つの角度の値から弾丸の通過位置を計算する場合、計測した弾丸の通過位置と実際の弾丸の通過位置との誤差をより正確に補正でき、弾丸の通過位置の計測精度をさらに向上できる。また、同程度の計測精度で弾丸の通過位置を得ようとした場合、本実施形態の弾丸通過位置計測装置１の方がより簡単な演算処理で弾丸の通過位置を得ることができる。

さらに、本実施形態の弾丸通過位置計測装置１では、レーザ光が弾丸で遮光されることによって形成された影に関する情報に基づいて弾丸の通過位置を計測するため、弾丸の弾速に影響されずに弾丸の通過位置を計測できる。加えて、本実施形態の弾丸通過位置計測装置１では、弾丸の中心Ｃが通過した位置を計測できるため、弾丸の大きさに影響されずに弾丸の通過位置を計測できる。さらに、本実施形態の弾丸通過位置計測装置１で得た弾丸の通過位置の情報を用いて標的に命中した弾丸の位置を計算することによって、標的に命中した弾丸の位置の検出精度も向上できる。

ここで、計測領域１３を広げる場合について説明する。計測領域１３を広げる場合、全ての光発生器の波長を互いに異なる波長とすることが難しい。しかし、例えば、図６に示すように、同時に発光させても形成される幕状のレーザ光２５が重なり合わないレーザ発振器３ｘ、３ｙ、３ｚが得られる場合がある。この場合、発光制御部は、形成される幕状のレーザ光２５が重なり合わないレーザ発振器３ｘ、３ｙ、３ｚを順次発光させる。さらに、発光制御部は、レーザ発振器３ｘ、３ｙ、３ｚのような形成される幕状のレーザ光２５が重なり合わない位置にあるレーザ発振器、つまり、受光器５の同じ位置に光を照射しないレーザ発振器を１つの組として同時に発光させるとともに、このような位置関係にあるレーザ発振器の組を順に繰り返し発光させる。このとき、同時に発光させるレーザ発振器は互いに異なる波長にしておく。

このようなレーザ発振器と発光制御部を設けた構成とすれば、レーザ発振器からの光の波長と、発光制御部からの弾丸の影を検出したときに発光していたレーザ発振器の情報から、弾丸の影を検出したときに発光していたレーザ発振器の位置を特定できる。このとき、計測領域１３を広げるために、より多数のレーザ発振器を設けた場合でも、少なくとも２つのレーザ発振器にて照射されたレーザ光が重なる部分を併せた領域を弾丸の通過位置を計測するための計測領域１３になる。このような構成とすることにより、波長の数を増やさずに計測領域を拡げることも可能になる。

また、本発明の弾丸通過位置計測装置は、本実施形態の構成の弾丸通過位置計測装置１に限らず、複数の光発生器、発光制御部、受光器、弾丸通過位置演算部などを備えていれば、様々な構成で形成することができる。例えば、発光制御部や弾丸通過位置演算部を一体にした構成、発光制御部や弾丸通過位置演算部を受光器の信号処理回路と一体にして受光器に納めた構成など様々な構成で形成できる。

また、本発明の弾丸通過位置計測装置は、弾丸の影を形成した光発生器のうち最も距離が離れた２つの光発生器の位置に基づいて弾丸通過位置を求めている。しかし、通過位置を算出する別の方法として、弾丸８の影の幅を検出できた３つ以上のレーザ発振器があった場合に、任意の２つの角度を選択して弾丸通過位置を計算し、計算された複数の弾丸通過位置の平均値により、真の弾丸通過位置を求めることも可能である。

（第２の実施形態）
以下、本発明を適用してなる弾丸位置計測装置の第２の実施形態について図７を参照して説明する。図７は、本発明を適用してなる弾丸通過位置計測装置の概略構成を示す斜視図である。なお、本実施形態では第１の実施形態と同一の構成などは同じ符号を付して説明を省略し、第１の実施形態と異なる構成などについて説明を行う。

本実施形態の弾丸通過位置計測装置が第１の実施形態と相違する点は、受光器の構造、弾丸通過位置演算部での処理などにある。すなわち、本実施形態の弾丸通過位置計測装置２７は、図７に示すように、標的１１の前方に標的１１と同じか、または、それ以上の大きさの平面空間を照射する波長の異なる可視光源２９ａ−２９ｇ、可視光源２９ａ−２９ｇからの光を受光し、弾丸８によって遮光され、形成された影を検出する受光器３１を備えている。可視光源２９ａ−２９ｇは、第１の実施形態のレーザ発振器と同様に、発光制御回路７によって常時発光され計測領域１３を形成する。

本実施形態の受光器６は、可視光源２９ａ−２９ｇからの光を受光する、例えば白色の平面帯状の受光面３３、受光面３３を撮影するためのカラーカメラ３５を有している。受光面３３は、計測領域１３を弾丸８が通過した際に、可視光源２９ａ−２９ｇからの光が遮光されるよう、可視光源２９ａ−２９ｇに対向する位置に直線状に設置されている。カラーカメラ３５は、受光面３３を撮影する方向と、弾丸８の弾道ｔが交差しない位置に設置してある。

本実施形態では、第１の実施形態と同様に、可視光源２９ａ−２９ｇは、計測領域１３の上方に標的１１の上辺に対応させて直線状に設置され、受光器３１の受光面３３は、計測領域１３の下方に標的１１の下辺に対応させて可視光源２９ａ−２９ｇと並行に設置されている。さらに、本実施形態では、受光器３１の受光面３３は、カラーカメラ３５で撮影し易いように、受光面３３をカラーカメラ３５の方向に傾けて設置されており、カラーカメラ３５は、弾丸８の弾道ｔの方向に対して下方となる位置に設置されている。

弾丸通過位置演算部３７は、第１の実施形態の弾丸通過位置演算部と同様に、弾丸８による影の位置及び範囲の情報と、その影を形成した光の波長の情報などに基づいて、弾丸８の中心のなす角度を算出し、その角度に基づいて弾丸８の通過位置を演算する。ただし、本実施形態の弾丸通過位置演算部３７は、カラーカメラ３５で撮影した画像を解析して弾丸８による影の位置及び範囲の情報と、その影を形成した光の波長の情報などを得ている。

弾丸８が計測領域１３を通過した際に、可視光源２９ａ−２９ｇのうちの少なくとも２つの可視光源が遮光されることにより、受光器３１の受光面３３に、弾丸８の影の部分とその他の部分とで波長つまり色の異なる光の乱反射が起きる。そこで、本実施形態の弾丸通過位置演算部３７は、カラーカメラ３５で受光面３３を撮影した画像から、波長つまり色の違いを認識し、認識した波長から弾丸８の影を形成する元となった可視光源の特定を行い、その可視光源の位置情報と影の位置及び幅の情報から、可視光源と弾丸８の中心のなす角度を計算し、２つ以上の角度より、弾丸の通過位置を算出する。

このような本実施形態の弾丸通過位置計測装置２７でも、第１の実施形態の弾丸通過位置計測装置と同様の効果を得ることができる。

（第３の実施形態）
以下、本発明を適用してなる弾丸位置計測装置の第３の実施形態について図８を参照して説明する。図８は、本発明を適用してなる弾丸通過位置計測装置の概略構成を示す斜視図である。なお、本実施形態では第１及び第２の実施形態と同一の構成などは同じ符号を付して説明を省略し、第１及び第２の実施形態と異なる構成などについて説明を行う。

本実施形態の弾丸通過位置計測装置が第１及び第２の実施形態と相違する点は、受光器の構造、弾丸通過位置演算部での処理などにある。すなわち、本実施形態の弾丸通過位置計測装置３９は、図８に示すように、標的１１の前方に標的１１と同じか、または、それ以上の大きさの平面空間を照射する波長の異なる光源４１ａ、４１ｂ、光源４１ａ、４１ｂからの光を受光し、弾丸８によって遮光され、形成された影を検出する受光器４３を備えている。本実施形態では、光源４１ａは、可視光源、光源４１ｂは赤外光源としており、第１及び第２の実施形態の光発生器と同様に、発光制御回路７によって常時発光され、それらの光からなる計測領域１３を形成する。

本実施形態の受光器４３は、光源４１ａ、４１ｂからの光のうち、一方の波長の光を透過させ、他方の波長の光を反射する鏡４５、鏡４５を透過した光を受光する第１フォトセンサアレイ４７と、鏡４５で反射した光を受光する第２フォトセンサアレイ４９、第１の実施形態と同様の信号処理回路５１などを有している。鏡４５は、本実施形態では、平面帯状の赤外線反射ミラーを用いており、計測領域１３を弾丸８が通過した際に、光源４１ａ、４１ｂからの光が遮光されるよう、光源４１ａ、４１ｂに対向する位置に直線状に設置されている。また、鏡４５は、光源４１ａ、４１ｂからの光と鏡４５の反射光が交差しないよう、かつ、鏡４５の透過光とも干渉しないように、光源４１ａ、４１ｂからの光の照射方向に対して適宜の角度、例えば４５度の角度で、傾斜した状態で設置されている。

第１フォトセンサアレイ４７及び第２フォトセンサアレイ４９は、波長を選択的に透過する光学フィルタを設けていないことを除けば第１の実施形態の複数の受光素子からなるフォトセンサアレイと同様の構成である。第１フォトセンサアレイ４７は、鏡４５に対して光源４１ａ、４１ｂと反対側に、鏡４５に対応する方向に延在させて設置されている。第２フォトセンサアレイ４９は、鏡４５で反射した光を受光可能に、鏡４５に対応する方向に延在させて設置されている。したがって、光源４１ａの光は鏡４５を透過して第１フォトセンサアレイ４７で受光され、光源４１ｂの光は鏡４５で反射して第２フォトセンサアレイ４９で受光される。

信号処理回路５１は、弾丸通過位置演算部５３と配線１４を介して電気的に接続されており、第１フォトセンサアレイ４７で検出した影の位置及び範囲の情報、第２フォトセンサアレイ４９で検出した影の位置及び範囲の情報を弾丸通過位置演算部５３に出力する。弾丸通過位置演算部５３は、第１の実施形態の弾丸通過位置演算部と同様に、弾丸８による影の位置及び範囲の情報と、光源４１ａ、４１ｂの位置の情報などに基づいて、弾丸８の中心のなす角度を算出し、その角度に基づいて弾丸８の通過位置を演算する。ただし、本実施形態の弾丸通過位置演算部５３は、影の位置及び範囲の情報を出力したフォトセンサアレイが第１フォトセンサアレイ４７であるか、第２フォトセンサアレイ４９であるかによって、影の位置及び範囲の情報と、その影の位置及び範囲の情報を得た光を照射した光源の位置の情報とを対応付けている。

これにより、弾丸通過位置演算部５３は、弾丸８が計測領域１３を通過した際に、各光源４１ａ、４１ｂからの光が遮光されると、第１フォトセンサアレイ４７及び第２フォトセンサアレイ４９で弾丸の影の位置及び幅を検出した情報と、各光源４１ａ、４１ｂの位置情報とに基づいて、各光源４１ａ、４１ｂと弾丸８の中心とのなす角度を計算し、２つの角度より、弾丸の通過位置を算出する。

このような本実施形態の弾丸通過位置計測装置３９でも、第１及び第２の実施形態の弾丸通過位置計測装置と同様の効果を得ることができる。

また、本発明を適用してなる弾丸通過位置計測装置は、第１乃至第３の実施形態の弾丸通過位置計測装置１、２７、３９の構成に限らず、様々な光源や数の光発生器や、様々な構造の受光器を備えた、様々な構成にできる。

本発明を適用してなる弾丸通過位置計測装置の第１の実施形態の概略構成を受光器の一部を破断して示す斜視図である。 本発明を適用してなる第１の実施形態の弾丸通過位置計測装置における受光器の概略構成を模式的に示す図である。 本発明を適用してなる弾丸通過位置計測装置の第１の実施形態における複数のレーザ発振器、受光器及び計測領域の関係を説明する正面図である。 本発明を適用してなる弾丸通過位置計測装置の第１の実施形態におけるレーザ発振器の位置に対する弾丸の中心の位置の方向に対応する角度の求め方を説明する図である。 本発明を適用してなる弾丸通過位置計測装置の第１の実施形態におけるレーザ発振器の位置に対する弾丸の中心の位置の方向に対応する角度に基づく弾丸の通過位置の求め方を説明する図である。 本発明を適用してなる弾丸通過位置計測装置の計測領域を拡げるための変形例について説明する図である。 本発明を適用してなる弾丸通過位置計測装置の第２の実施形態の概略構成を示す斜視図である。 本発明を適用してなる弾丸通過位置計測装置の第３の実施形態の概略構成を示す斜視図である。

符号の説明

１ 弾丸通過位置計測装置
３ａ−３ｇ レーザ発振器
５ 受光器
７ 発光制御回路
８ 弾丸
９ 弾丸通過位置演算部
１１ 標的
１３ 計測領域
１５ 受光素子
１７ 信号処理回路

Claims (6)

1. 射撃の目標となる標的への射撃を行う側に弾丸の弾道と交わる方向の平たい幕状の光を照射し、予め設定した間隔で離して設置され、互いに異なる波長の光を発光する複数の光発生器と、該複数の光発生器と対向する位置に、該複数の光発生器が並ぶ方向で、該光発生器で形成する幕状の光に対応して延在する受光器と、該受光器からの出力信号に基づいて、少なくとも２つの前記光発生器によって形成される幕状の光が重なり合う領域に対応する計測領域を通過する弾丸の位置を演算する弾丸通過位置演算部とを備えた弾丸位置計測装置。
2. 前記受光器は、前記光発生器が発生した光が前記計測領域を通過する弾丸で遮光されることにより生成される影の位置及び範囲の情報と、該影の位置及び範囲の情報を得た光の波長の情報を関連づけて前記弾丸通過位置演算部に出力し、該弾丸通過位置演算部は、前記影の位置及び範囲の情報を得た光の波長の情報に基づいて、該影の位置及び範囲の情報を得た光を発光した前記光発生器を識別し、該識別した前記光発生器の位置の情報と、対応する前記影の位置及び範囲の情報とに基づいて、前記識別した光発生器の位置に対する弾丸の中心の位置の方向に対応する角度を演算し、該演算した少なくとも２つの異なる前記光発生器の位置に対する弾丸の中心の位置の方向を示す角度に基づいて前記計測領域を通過する弾丸の位置を演算してなることを特徴とする請求項１に記載の弾丸位置計測装置。
3. 前記受光器は、前記光発生器が発生した光が前記計測領域を通過する弾丸で遮光されることにより生成される影の位置及び範囲の情報と、該影の位置及び範囲の情報を得た光の波長の情報を関連づけて前記弾丸通過位置演算部に出力し、該弾丸通過位置演算部は、前記影の位置及び範囲の情報を得た光の波長の情報に基づいて、該影の位置及び範囲の情報を得た光を発光した前記光発生器を識別し、前記光発生器が３つ以上設置されているとき、前記弾丸通過位置演算部は、発光によって弾丸の影が形成された前記３つ以上の光発生器のうち、最も距離が離れた位置に設置された２つの光発生器からの光が遮光されることによって得られた弾丸の影の位置及び範囲の情報と、対応する前記光発生器の位置の情報とに基づいて演算した２つの異なる前記光発生器の位置に対する弾丸の中心の位置の方向に対応する角度に基づいて前記計測領域を通過する弾丸の位置を演算してなることを特徴とする請求項１に記載の弾丸位置計測装置。
4. 前記受光器は、前記複数の光発生器に対向させて並べて設置された複数のフォトセンサを有し、該各フォトセンサには、前記光発生器からの光を選択的に通過させる光学フィルタが設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の弾丸位置計測装置。
5. 前記光発生器は、可視光を発光し、前記受光器は、前記複数の光発生器に対向させて設置される受光面と、該受光面を撮影するカメラを有し、前記光発生器が発生した光の波長を光の色で判別することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の弾丸位置計測装置。
6. 前記受光器は、前記複数の光発生器に対向させて設置され、特定の波長の光を透過し、他の波長の光を反射する鏡と、該鏡を透過した光を受光可能な位置に並べて設置された複数のフォトセンサからなる第１のフォトセンサアレイと、該鏡で反射した光を受光可能な位置に並べて設置された複数のフォトセンサからなる第２のフォトセンサアレイとを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の弾丸位置計測装置。

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