JP5684799B2 - レーザーを用いて眩惑を行う棒型の光学的ディストラクター及びサーチライト - Google Patents

Description

本発明は、一般にレーザーによって探索及び眩惑を行う装置に関し、特に光学的に人の気を散らす又は人を眩惑するための装置に関する。

眩惑とは、人がレーザー光線の短い線量を受けると、レーザー光線が人の目や脳に与える一時的、安全かつ可逆的な生理学的影響をさす。通常、眩惑は２、３秒続く瞬間的な閃光盲やそれに続く方向感覚の喪失をもたらし、また数時間続くような軽い頭痛や乗り物酔いの症状をもたらすこともある。これらの眩惑による影響は完全に可逆的であり、眩惑を繰り返し行った場合でも同様である。人に眩惑するレーザーを照射した際の影響に関する生理学的な背景知識を記述したいくつかの有用な文献がある。そのようなオンラインの文献の一つが、"Temporal Resolution"という題名でhttp://webvision.med.utah.edu/temporal.html.で入手可能である。追加の参考文献として、１９６５年にニューヨークのＪｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ａｎｄ Ｓｏｎｓ社よりＧｒａｈａｍ，Ｃ．Ｈ．の編集によって刊行された「Ｖｉｓｉｏｎ ａｎｄ Ｖｉｓｕａｌ Ｐｅｒｃｅｐｔｉｏｎ」の中の「間欠的な刺激の明滅」、１９５８年にＪ Ｏｐｔ Ｓｏｃ Ａｍ ４８：７８４−７８９においてＤｅ Ｌａｎｇｅにより刊行された「人の網膜中心窩の力学的性質に関する研究：間欠的で変調された光に関する皮質の仕組み輝度の位相変調及び色知覚の遅れ」を含む。

レーザーを、照準を合わせることや探索及び眩惑に使用することは新しいことではなく、例えばＫａｌｌｉｏ等の米国特許７，５８４，５６９「レーザー照準を備えた統合されたマガジンチューブと砲身の締め金を有する標的照明装置」（以下、「５６９特許」という）が兵器の砲身に使用するレーザーで照準を合わせるための装置を記述しており、ここで用いられる標的照明器は、半導体の発光装置である。「５６９特許」は、レーザー照準装置を眩惑に利用することに触れているが、その装置は本発明におけるいくつかの重要な特徴を欠いている。

米国特許７５８４５６９号明細書

「５６９特許」におけるレーザー照準装置は、従来のレーザー照準装置と同様で、いくつかの理由により眩惑装置として手軽に利用することができない。眩惑するためには、対象者の目を照射することが必要である。探索装置は遠距離で使用する場合、きちんと焦点が合ったレーザー光線を使用する必要があるが、流量や照射される範囲が小さく、対象者の目を照射することは困難である。しかし、拡散型のレーザーを使用する場合、長距離においては光線が散逸することになり、それによって眩惑効果が低減してしまう。このように、レーザーによる探索を行うモードとレーザーによる眩惑を行うモードを素早く切り替え可能なレーザー眩惑装置が必要となっている。

また、従来の眩惑レーザーによる眩惑効果は、使用するレーザー光線の出力によって制限されている。眩惑効果を増強するためにより強力なレーザー光線を使用することは、必然的に最短安全距離すなわちレーザー光線が安全でありその影響が可逆的と考えられる距離を伸ばすことになる。このように、より低い出力とより短い最短安全距離において高められた眩惑効果を与えるような複合的なレーザー光線を使用することも望ましい。

さらに、従来のレーザー眩惑装置は焦点が固定されていたため、その結果として眩惑に使用できる距離が固定されていた。このように、用途に応じてレーザー眩惑装置の距離や焦点を変えられることも望ましい。

本発明の態様は、前端及び後端を有する細長い円筒状のケースを含む、棒型のレーザー眩惑装置を提供することである。このケースは、焦点距離調整部品とレーザー開口部を収容する前端部のコントロールシリンダと、フィンが付いたヒートシンクと、周囲の指回り止めと、複数の表示器と、操作ボタン及びスイッチと、後端部の押しボタン引金とを含む。この円筒状のケースは、レーザー発生装置のカバーと、電力供給のための少なくとも一つの電池と、レーザー発生装置、表示器、ボタン及びスイッチと通信するための複数の制御回路とを提供する。使用する際、引金はレーザー発生装置を制御する回路に電磁的な出力を発生させる。

本発明の実施形態に係る棒型のレーザー眩惑装置を示す図である。 本発明の実施形態に係る棒型のレーザー眩惑装置の一部分解図である。 本発明の実施形態に係る棒型のレーザー眩惑装置を別の視点から示す一部分解図である。 本発明の実施形態に係るレーザー眩惑装置の機械構成図である。 本発明の実施形態に係るレーザー眩惑装置の概略機能フローを示す図である。 本発明の実施形態に係るレーザー眩惑装置の距離と焦点が変化する場合の概略機能フローを示す図である。 本発明の実施形態に係るＭＥＡＮ光線の発生を示す概略図である。 本発明の実施形態に係るＭＥＡＮ光線の発生について示す図である。 図１３Ａに関するＭＥＡＮ光線の発生について示す図である。 焦点が固定的な従来のシステムを示す概略図である。 図９のシステムにおいて得られる数値をグラフ化した図である。 本発明の実施形態に係るレーザー眩惑装置の可変距離及び焦点を示す概略図である。 図１１のシステムにおいて得られる有益な数値をグラフ化した図である。 本発明の実施形態に係る光ファイバーのアダプタを示す図である。 本発明の実施形態に係る棒型拡散装置のアダプタを示す図である。

この出願は、「レーザーを用いて眩惑を行う棒型の光学的ディストラクター及びサーチライト」の名称で、Ｒｏｂｅｒｔ Ｂａｔｔｉｓ等により２０１０年６月１日に出願されたＰＣＴ出願Ｎｏ．ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／３６９３２に関連し、「眩惑−レーザー ガーディアン」の名称で、Ｒｏｂｅｒｔ Ｂａｔｔｉｓ等により２００９年６月１日に出願された米国特許仮出願Ｎｏ．６１／１８２，８２４、「眩惑−レーザー ガーディアン」の名称で、Ｒｏｂｅｒｔ Ｂａｔｔｉｓ等により２００９年７月１９日に出願された米国特許仮出願Ｎｏ．６１／２１８，６８２、「眩惑レーザーにおけるＭＥＡＮ光線の改良」の名称でＲｏｂｅｒｔ Ｂａｔｔｉｓ等により２００９年８月２７日に出願された米国特許仮出願Ｎｏ．６１／２３７，３７１の優先権を主張する。この出願はさらに、「眩惑−レーザー ディフェンダー」の名称で、Ｒｏｂｅｒｔ Ｂａｔｔｉｓ等により２００９年６月１日に出願された米国特許仮出願Ｎｏ．６１／１８２，８２３、「眩惑−レーザー ディフェンダー」の名称で、Ｒｏｂｅｒｔ Ｂａｔｔｉｓ等により２００９７月１９日に出願された米国特許仮出願Ｎｏ．６１／２１８，６７５にも関連し、これらの優先権を主張する。これらの出願は、その全体が参照により本明細書に引用されたものとする。

以下の記述においては、本発明の完全な理解を提供するために、説明を目的として、特定の数、材料及び構成を記載する。しかし、当業者にとって、本発明がこれらの具体的な詳細がなくても実施できることは明らかである。いくつかの例においては、本発明を不明瞭にすることを避けるために、周知の特徴を省略または単純化することがある。さらに、本明細書の中で「一つの実施形態」または「ある実施形態」として参照した場合、その実施形態に関して記載される特定の特徴、構造または特性は、本発明の少なくとも一つの実施形態に含まれる。「ある実施形態において」という言葉が本明細書中の複数箇所において出現した場合、必ずしも全てが同じ実施形態をさすとは限らない。

本発明の実施形態は、レーザー検索モードとレーザー眩惑モードを素早く切り替え可能なレーザー眩惑装置を利便的に備えている。

本発明の実施形態は、より低い出力とよりより短い最短安全距離において、高められた眩惑効果を与えるような複合的なレーザー光線の使用を提供する。

本発明のもう一つの有利な態様は、用途に応じてレーザー眩惑装置の距離や焦点を変更できることである。

図１は代表的な二つのモードを備えた棒型、円筒型または懐中電灯型のレーザー眩惑装置１００（以下、「レーザー眩惑装置」または単に「装置」という）の外観を示す。

装置１００は、レーザーまたはレーザーダイオード探索モード及びレーザーまたはレーザーダイオード眩惑モードを特徴とし、両方のモードにおいて、例えば５３２ｎｍなどの任意の波長の光を出力することができ、または探索モードにおいて眩惑モードとは異なる波長の放射線を出力することができる。

眩惑モードは使用者が人を眩惑することを可能とし、探索モードは使用者が脅威となる対象を視覚的に探索することを可能とし、高度に指向性があり焦点の合った光線を使用する点以外は、懐中電灯を使用するのと同様である。検索モードにおいて使用される出力レベルは、眩惑モードの場合よりもかなり低い。

本発明の典型的な実施形態において、装置１００は、手動あるいは距離測定器（不図示）に接続される自動制御ループによる焦点合わせ機能を有する光列に連結したコントロールシリンダ１０１を含む。調整範囲はダイヤル１０９に表示され、ＡＮＳＩが定める安全な範囲に準ずる。本発明の実施形態において、適切な電子機器を通して調整機構に接続された読取装置によって、距離情報を提供する付加機能が含まれる。下記に詳述するように、焦点合わせは手動操作またはモーターによる自動操作が可能である。

探索モードは可視光線の連続波（以下、「ＣＷ」という）を特徴とし、眩惑モードは下記に詳述するとおり、優位なレーザーの出力と装置の動作可能距離のために、眩惑の効果を最適化するように調整されたＭＥＡＮ光線を特徴とする。両方のモードにおいて、装置前部の開口部１０７から放射線を射出する。

本発明の実施形態において、装置１００のおおよその寸法は、長さ６インチ、口径１．３インチである。装置１００は、電池によって動作し、１メートルから２５メートル、１００メートル、３００メートル、またはそれ以上といった様々な標的距離に合わせて、装置１００の特定の型に応じて光線を変えられる焦点調整機能を特徴とする。本発明の実施形態において、距離の調整または光線の焦点合わせは、前方部１０１を手動で回すことによって可能である。

装置は、フィンが付いたヒートシンク１０６、周囲の指回り止め１０５、及び複数の操作ボタン１０９、１１０、１１１等も含む。後部押しボタンは、眩惑モードを起動する引金１０４である。二つの働きからなる前部のボタン１１０は、検索方式と眩惑方式のいずれかを起動する。側面にある二つのボタン１１０はセキュリティコード入力ボタンとして機能し、一つは下記のようにＭＥＡＮ光線の操作上重要なパラメータを制御するために二者択一的に使用される。このボタンは、ＭＥＡＮ光線のパラメータを夜間用または昼間用に設定する。全ての押しボタンは、瞬間的であり、制御回路に直接接続する。

装置１００は、レーザー発生装置と、電力供給用の少なくとも一つの電池と、「マイクロ制御ユニット」や「ＭＣＵ」と呼ばれる制御回路と、必要に応じてこれらや他の部品を制御、増力またはモニタリングするための電子装置とを有する。

装置１００は使い切りのリチウム電池または充電式の電池によって動作し、電池は容易に交換が可能であり、後端のねじ込み式キャップ１０４から取り出しが可能である。

ハンドルに組み込まれたバイブレータ装置は、セキュリティコード入力、電力不足、高温などの重要なイベントを利用者に知らせるために使用する。

許可されていない使用者による装置の使用を防ぐため、タイムアウトした場合には装置が動作しないように設計されたセキュリティコードを使用する。セキュリティコードは、コード体系を知っている許可された人によって、現場で迅速に復旧が可能である。
コードは装置上のボタンを押下することにより手動で復旧することができ、また分離した付属品を使用して復旧することもできる。本発明の実施形態において、セキュリティコード機能を使用不可とすることもできる。

本発明の実施形態において、レーザーはヒートシンク１０６を通じた伝導及び対流によって受動的に冷却されるが、熱電気冷却（以下、「ＴＥＣ」という）を、組み込むことも可能である。過剰温度下での使用によるレーザーの短命化を防ぐための閉回路温度モニターが含まれる。

日時情報を付加して眩惑イベントを監視及び記録する機能を任意で追加することも可能である。格納後のイベント情報は、無線通信または有線通信によりダウンロード可能である。

図２は、典型的な装置の一部分解図である。本発明の実施形態において、電子部品は硬質な中心回路基板を有するフレキシブルプリント基板２１０（以下、「ＰＣＢ」という）上に含まれる。このフレキシブルプリント基板は少なくとも一つの羽根を備えた中心ハブを持つことを特徴とし、図２には三つの羽根が示されている。このフレキシブルプリント基板アセンブリ２１０は、前部光学／レーザーアセンブリ２３０上に機械的及び電気的に設置される。電池フレーム２６０は、前部光学アセンブリ２３０の中心線に沿って、設置されたフレキシブルプリント基板アセンブリ２１０の隣に配置される。

フレキシブルプリント基板アセンブリの羽根は、電池区画フレームの中に沿って折りたたまれる。本発明の本実施形態における重要な特徴は、フレキシブルプリント基板２１０の羽根２１５の幅が、それらが配置される電池フレーム２４０の区画の幅より広く設計されていることである。これは、図３に示すように、寸法Ａが、寸法Ｂより大きいことを意味する。この明瞭な阻害要因により、羽根２１５の端は、電池フレーム区画２４５の中に収まるように湾曲する必要がある。結果として生じるフレキシブルプリント基板の羽根の湾曲は、各々のフレキシブルプリント基板の羽根２１５が、対応する電池フレーム区画２４５に密接に接触するように抑制する。ケーシング２６０は、アセンブリ２１０及び２４０の上をスライドし、前部光学／レーザーアセンブリ２３０の上にねじ込まれる。このケースは、全ての内部の構成部品やアセンブリを、正しい位置に外周から固定する。後部カバー２７０は、堅固な装置とするため、ハンドル２６０の上にねじ込まれる。

本発明の様々な実施形態において、コントロールシリンダ１０１は、図１３に示されるような、使用者が障害物を避けたりドアの下から眩惑光線を発射可能とするために使用され、光ファイバー４２０及びファイバー４１０を連結する光ファイバーアダプタ４００や、図１４に示されるような、焦点の合った光線を、高アスペクト比の楕円形状でレーザーのエネルギーを分散させるような非対称で幅の広い光線に変換するために使用する、棒型の光学素子を持った棒型拡散装置５０２を含む、いくつかの付属品を接続するために使用できる。棒型拡散装置５０２は、ホログラフィック板または光を反射する面を使用できる。

図５は、本発明の実施形態の構成を示す概略図である。マイクロ制御ユニット１００２（以下、「ＭＣＵ」という）は、装置の様々な構成物の論理的操作を提供する。ＭＣＵ１００２は、付随する揮発性及び不揮発性のコンピュータメモリ（不図示）を含む超小型処理装置であり、装置の動作プログラムを保有し、装置の動作の全てを制御する。ＭＣＵ１００２の出力は、レーザー出力制御回路１００６、レーザードライバ１００８、熱電気冷却（以下、「ＴＥＣ」という）及び制御装置１０１０を制御することにより、レーザー１００４を直接制御する。本発明の好ましい実施形態において、ＭＣＵ１００２としてＭｉｃｒｏｃｈｉｐ社のＰＩＣ１８Ｆ４５２０を使用する。コンピュータ・エレクトロニクスに関する通常の技術を持った人であれば、好ましいＭＣＵ１００２を他の適切な処理装置または複数の処理装置に置き換えても、発明の思想及び範囲から逸脱しないことを理解可能である。

ＭＣＵ１００２は、外部のプログラム及びデバッグ装置１０２０とも双方向に通信することが可能である。この装置は、ＭＣＵ１００２のプログラムを作り直すために使用され、またデバッギングや同種の目的等の様々な目的のためにＭＣＵ１００２をモニタリングすることも可能である。標準的な使用法において、外部のプログラム及びデバッグ装置１０２０は、ＭＣＵ１００２に接続されていない。

ＭＣＵ１００２は、温度モニター１０１２を通じてレーザー１００４の温度をモニタリングする。本発明の好ましい実施形態においては、サーミスタが温度モニター１０１２として使われる。サーミスタは、摂氏単位で測定された信号をＭＣＵ１００２に送り届ける。

レーザー１００４は、例えばレーザーダイオードのような波長が約５３２ｎｍの放射線源であり、特注品または波長が５３２ｎｍであり出力が１２５ｍＷから５００ｍＷの範囲である市販品のレーザーを使用できる。レーザー１００４は、距離を短縮したり、流量パターンの大きさを縮小したり、眩惑の強度を減少させたり、またこれらのパラメータを自由に組み合わせて使用することができる。

本発明の実施形態において、要求されるレーザーの波長スペクトルに応じて、様々なレーザーを使用することができる。可視域において好ましいレーザーは、波長５３２ｎｍの放射線を発生させるように波長８０８ｎｍのレーザーダイオードによって励起されたＮＤ：ＹＶ０４及びＫＴＰ結晶の組み合わせである。可視帯において他の結晶の組み合わせも使用することができ、赤外線及び紫外線を含みこれに限定されない他の波長帯を使用することができる。

ＴＥＣ１０１０は、レーザー１００４のピーク温度を制御するためにレーザーダイオードに対して冷却機能を提供する。ＭＣＵ１００４は温度モニター１０１２からの信号を使用するフィードバックループ中にある出力制御回路によってＴＥＣ１０１０を制御する。
ＴＥＣ１０１０は、本発明の一つの実施形態における任意の特徴であり、必須の特徴ではない。

ＭＣＵ１００２は、レーザーの温度を監視し、ＴＥＣが発明の実施形態に含まれる場合はＴＥＣに対して制御機能を提供し、熱応力によりレーザーが故障することを防ぐための安全装置機能をレーザー１００４に提供する。ＭＣＵ１００２は、電池１０１４によって電力を供給される。ＭＣＵ１００２は、オペレータ制御装置及び押しボタン１０１６からの入力を受け付け、ステータス表示器１０１８へ出力を行う。ステータス表示器は、個々のＬＥＤ形式とすることも可能であり、また英数字または図形のディスプレイ（不図示）に組み込むことも可能である。

電池１０１４は、他の全ての電気的構成物に対してするのと同様にＭＣＵ１００２に電力を提供する。電池１０１４と様々な構成物との接続については、明確化のため概略図から削除されている。

レーザー出力制御装置１００６は、以下に詳述するように、装置の眩惑及び探索モードにおける変調の深さ及び出力レベルのピークを制御することによって、ＭＥＡＮ光線の特徴の一部を実現する。レーザー出力制御装置１００６は、レーザードライバ１００８に複合的なＭＥＡＮ光線のアナログ電圧信号を出力するデジタル・アナログ変換器として基本的に実装される。

レーザードライバ１００８は、レーザー１００４のレーザーダイオード部分に送られる電流量を制御することによりレーザー１００４を駆動させる電流駆動装置である。レーザードライバ１００８は、レーザー出力制御装置１００６から送られるＭＥＡＮ光線の入力アナログ電圧信号を出力比例電流に変換する回路を含む。さらに、レーザードライバ１００８は、ＭＣＵ１００２から送られるデジタル入力信号によって、例えばＭＥＡＮ光線のパルス幅変調のように、レーザー流の時間的特性を制御することができる。本発明の好ましい実施形態において、レーザードライバ１００８には、Ａｎａｌｏｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社のＡＴＬＳ４Ａ４０１−Ｄ ｈｙｂｒｉｄを使用する。

オペレータ制御装置（押しボタン）１０１６によって、使用者はセキュリティコードを入力したり、ＭＥＡＮ光線の昼間用及び夜間用の機能を制御したり、本発明の様態であるデュアルモードすなわち探索モードまたは眩惑モードの切り替えを行うことができる。下記のように異なる距離の光線を集中させるためにレーザー光線の発散を変えることによって距離及び焦点を可変とするサブシステムの焦点制御機能は、コントロールシリンダ１０１を回転させることにより実行される。使用者が選択された焦点を視覚的に確認できるように、選択された距離を示す刻印をコントロールシリンダ１０１に付加することができる。

前述したように、ステータス表示器１０１８は、使用者に合わせてカスタマイズすることができ、一般に装置の状況を使用者にフィードバックする。利用可能ステータス表示器は、電池、温度、セキュリティモード、焦点距離、安全な距離及びＭＥＡＮ光線の昼夜設定に関する情報を含む。機械位置読み取り機能が、標的距離を測るために任意に提供される。ここで、標的距離とは、レーザー放射のパターンまたは領域が直径１メートルとなる距離であり、レーザーの流量がＡＮＳＩの流量基準を超えない最小の距離となるＡＮＳＩの安全距離、すなわちＡＮＳＩのレーザー使用安全基準によりこれより長い距離であれば繰り返し照射されても目にとって完全に安全な距離である。

図４は、本発明の操作におけるＭＣＵ１００２の機械構成図９００である。レーザー眩惑装置の制御機能はＭＣＵ１００２により提供される。エネルギー源９０２が活性化されると、ＭＣＵ１００２は自動起動のリセットシーケンス（不図示）を経て、ＩＤＬＥ−ＳＴＯＰ状態９０４となる。ＩＤＬＥ−ＳＴＯＰ状態９０４は低周波数、低電流消費のスリープ状態である。適切なセキュリティコードが入力されるまで、ＭＣＵ１００２は全装置の機能を停止させたままこの状態にとどまる。

使用者がセキュリティコード９０６を入力すると、ＭＣＵ１００２は入力されたコードと予め設定された正しいコードを照合する。本発明の好ましい実施形態において、使用者はボタン１０９、１１０、１１１を用いてセキュリティコードを入力する。また、予め設定されるセキュリティコードは、工場で不揮発性メモリに設定されることが望ましい。本発明の実施形態において、使用者がセキュリティコードの再設定を行うことや、セキュリティコードを格納するために永続的なメモリを使用することも可能とする。指紋読取装置、マイクロバーコード、磁気読取装置、無線通信による暗号化電子信号やこれらに限定されない他の方法によるセキュリティコード機能の実装も可能である。

入力されたセキュリティコードが正しいコードと一致する場合、ＭＣＵ１００２は低電流消費のＩＤＬＥ−ＧＯ状態９０８となり、コードが受け入れられたことを使用者に知らせる。入力されたセキュリティコードが拒絶された場合、すなわち値が不正であった場合、ＭＣＵ１００２はＩＤＬＥ−ＳＴＯＰ状態９０４に戻る。このセキュリティコード機能の特徴は、不正なセキュリティコードを予め定めた回数入力した際にロックアウトする機能を含むように拡張することが可能である。

ＭＣＵ１００２がＩＤＬＥ−ＧＯ状態９０８にある間、他の全ての装置の機能は実行可能であり、使用者が適切な押しボタンによる命令を行うことにより即座に使用可能である。本発明の好ましい実施形態において、ＩＤＬＥ−ＧＯ状態９０８における電流の消費は装置がこの状態のまま約半年間動作できるように削減されており、電池容量の改善や電流消費によりこの期間は延長される。

また、ＩＤＬＥ−ＧＯ状態９０８において、タイマーがセキュリティタイムアウト期間の計測を開始する。セキュリティタイムアウト期間は、ＭＣＵ１００２が使用されずにＩＤＬＥ−ＧＯ状態９０８にあって、ＩＤＬＥ−ＳＴＯＰ状態９０４に戻って再びセキュリティコードの入力を待つようになるまでの時間である。セキュリティタイムアウト期間は、例えば２４時間といった予め設定された一定の期間である。本発明の一つの実施形態において、セキュリティタイムアウト時間は固定値とする。他の実施形態においては、使用者によって再設定することも可能とする。セキュリティコードタイムアウト期間が経過して正しいセキュリティコードが再び入力されていない場合、ＭＣＵ１００２はＩＤＬＥ−ＳＴＯＰ状態９０４に戻り、セキュリティコードの再入力以外の全ての操作を禁止する。

ＭＣＵ１００２がＩＤＬＥ−ＧＯ状態９０８にある場合、使用者は眩惑モード９１２または探索モード９１０のいずれかを選択することができる。眩惑モード９１２または探索モード９１０が選択されたとき、ＭＣＵ１００２はＩＤＬＥ−ＧＯ状態９０８からＲＵＮ状態９１４に遷移する。また、種々のステータス表示器９２０と同様にＭＥＡＮ光線９１６が活性化される。

図６は、本発明の実施形態における、ＥＦｏｃｕｓ機能を示した機能概略図１１００である。ＥＦｏｃｕｓ機能は距離及び焦点が可変であることを示す略語であり、光学眩惑装置または光学ディストラクターの性能を劇的に向上させる方法を意味する。この機能によって、いかなる標的との距離においても、レーザーの流量を調節したり最大化することができる。距離及び焦点が可変であることにより、固定焦点の光学レーザー眩惑装置と比較して装置の操作が可能な範囲が広がるため、眩惑効果を最大化することができる。本発明が可変の距離及び焦点を採用することの他の利点としては、修正された交戦の戦術及び巻き添いの警告や眩惑の減少または回避、もしくは群衆のコントロールなどの広い範囲での眩惑を含む。

可変の距離及び焦点システムがレーザー眩惑装置に使用される際の利点を理解するために、従来の固定焦点システムを最初に記載する。

図９は、レーザー光線放射源１４０４の前に固定焦点レンズアセンブリ１４０２があるような典型的な固定焦点システム１４００を示す。固定焦点レンズアセンブリ１４０２は、一定の距離において、発散の小さいレーザー光線１４０６を、異なる発散１４０８を有して、流量または流量レベルとも呼ばれる特定の放射パターン１４１０を有する光線に調整するように設計されている。

出力光線の発散を設計する中で、設計者が特に追及するのは、有効な眩惑が可能となる最長距離及びレーザーの安全操作に関してＡＮＳＩが定める基準距離を装置が違反しない最短距離であるような安全な最短距離の実現である。残念なことに、固定焦点を用いたアプローチにおいて、これらの二つの目的を同時に達成することはできない。設計者は、装置の近くに安全でない距離を生み出す小さい発散と、装置の近くでも安全だが長い距離においては装置の効果を減少させる大きい発散の間で妥協点を見出す必要がある。図８に、この妥協点を示す。

図１０は、短い距離においては望ましい最短距離１５０４を上回る長さの安全距離１５０２が設定されるという妥協が行われ、また長い距離においてはベストパフォーマンスを発揮できる最長距離１５０６から望ましいシステムの最長距離１５０８までの間に流量レベルが減少するという重大な妥協が行われる様子をグラフ１５００として示す。

曲線１５１０に示される眩惑性能の減少は、レーザー光線の発散が固定される固定焦点システムにおいて、レーザーの流量は距離の逆数の平方根に比例して減少するという事実がもたらす結果である。曲線１５１０の下部にある領域１５１２は、距離の増加に伴うこの流量の減少を示している。減少した眩惑効果は、長い距離における、最小流量レベル１５１４と長い距離で発生する流量レベルの差分によるこの設計上の妥協に起因している。

本発明による可変の距離及び焦点システムを採用するレーザー眩惑装置の性能は、固定焦点方式を採用するレーザーの性能と比較して劇的に向上する。図９は、可変の距離及び焦点システムの典型的な物理的実装１６００を示した図である。図７に示される固定焦点方式のように、可変焦点光学システム１５０２は、レーザー放射源１４０４から放射されるレーザー光線１４０６の発散を調整する。しかし、類似しているのはここまでである。
可変焦点の光学システム１５０２によって、出力される光線の発散１５０８及び１５１０は、遠い距離１５０８及び近い距離１５１０を表す二つの極値とその間のいかなる距離（不図示）にも変化することができる。このような方法で、システム距離の制限内のいかなる距離において脅威に遭遇しても、レーザー眩惑装置の性能を最適化することが可能である。それによって、対応する有効かつ最適化された流量レベル１５１２、１５１４がそれぞれ生じる。

図５は、典型的なシステムの性能改善１７００を表す図である。レーザー眩惑装置に可変焦点のシステムを搭載することによって、いくつかのシステム面での利点が実現する。
以下にこれらの利点を要約して示す。第１に、設計において上述の固定焦点方式における妥協を回避することができる。第２に、システムの最短安全距離１７０２が効果的に短縮される。第３に、最長のシステム距離１７０４において、最大の眩惑効果が得られる。第４に、最大の流量レベル１７０６は、いかなる距離においても実現される。光線や流量レベルの強さは眩惑効果に直接関係するため、焦点合わせにより使用者はいかなる距離においてもこの状態に達することができる。第５に、最大未満のいかなる流量レベルについても、任意の距離１７０８に調整することができ、例えば使用者が侵略者に遭遇した時の最初の動作として、侵略者に警告を行い、最大強度の眩惑を行うことは避けたい場合、使用者は単に光線の広がりをより短い距離に調整すればよい。遭遇が継続した場合、使用者は眩惑の効果を増大させるため、より長い距離に焦点を再調整することができる。第６に、使用者は異なる背景の照明状態を補うために、流量を調整することが可能である。第７に、ＡＮＳＩが定める安全な流量基準１７１０は、いかなる距離においても保証される。第８に、巻き添い照射及び眩惑は、特定の距離における光線の大きさや流量を調整することによって制御される。第９に、使用者が位置を変えることなく警告から眩惑への急速な移行が可能である。第１０に、使用者はより長い距離で効果的な眩惑を行うことが可能であるため、交戦の危険性を減らすことができる。

可変の距離及び焦点の特性は、手動調整機能または自動調整機能としてレーザー眩惑装置に実装することができる。本発明の好ましい実施形態は、手動の調整機能を提供する。

図６に示すように、可変の距離及び焦点の自動調整機能すなわちＥＦｏｃｕｓ機能は、図１０に示すシステム上に乗せられて図式的に表現される。図１０に記載されているＭＣＵ１００２及び他の構成物に加えて、追加のＭＣＵ１１０４は焦点位置電子部品１１０６、ＭＣＵ１００２及びディスプレイ１０１８と接続するために提供される。追加のＭＣＵ１１０４は、これらの位置読み取り値を標的距離及び安全距離の数字に変換するアルゴリズムを使用して光学機器の位置を調べ、その位置情報をディスプレイ１０１８に引き渡す。追加のＭＣＵ１１０４は電池、温度、セキュリティコード及びＭＥＡＮ光線の昼夜設定に関するステータス情報もディスプレイに引き渡す。本発明の好ましい実施形態において、追加のＭＣＵ１１０４としてＰＩＣ１８Ｆ２５２０を使用する。

手動の焦点調整機能に代わるものとして、光学焦点ドライバー及び電子部品１１０２はレーザー光線の発散を変えるために可動光学部品の位置を変えることにより、標的距離と安全距離を効果的に変えられるような電気機械的サブシステムを提供する。本発明の実施形態において、光学部品を駆動するため、圧電原理及びホール効果センサに基づくマイクロ原動機を使用してもよい。

焦点位置電子部品１１０６は、可動する光学部品の位置についてモニタリング及び報告を行う電気サブシステムである。

本発明の好ましい実施形態において発生するレーザー光線は、本明細書において「ＭＥＡＮ」光線と称されるが、それは「変調され、不規則に律動化され、気づかれることなく、吐き気を引き起こす（Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ， Ｅｒｒａｔｉｃａｌｌｙ ｐｕｌｓｅｄ， Ａｗａｒｅｎｅｓｓ ｉｎｈｉｂｉｔｉｎｇ， ａｎｄ Ｎａｕｓｅａ ｉｎｄｕｃｉｎｇ）」の頭文字をとったものである。

ＭＥＡＮ光線は、レーザーダイオードやＬＥＤに限らず、いかなる発光装置からも放射線の波形を発生するための進歩性のある方法である。この方法は、一つ以上の放射線源において時間的及び空間的に変化する波形を生成するような方法で、パルス幅変調（以下、「ＰＷＭ」という）光線と連続波（以下、「ＣＷ」という）光線を組み合わせるものである。さらに、ＰＷＭ及びＣＷは、環境光の条件に応じた異なった方法によって変化するように生成されている。この種のＭＥＡＮ光線の波形は、放射光線が人の目と脳を一時的に衰弱させる効果を強めることが発見されており、たとえば、光学的ディストラクターという軍事用語でも知られるレーザー眩惑装置のようにこの目的のために特別に作られた装置において経験される。

本発明の実施形態は、探索モードのためにＬＥＤレーザー発生源を使用し、眩惑モードのためにレーザーダイオードを使用することも可能である点に注意する。

図７に１２００として示したように、ＭＥＡＮ光線の基本的な特徴は異なるいくつかの方法でＰＷＭ光線とＣＷ光線を組み合わせることである。これは、図示したように、時間的及び空間的に変化する一つの放射パターン１２１０を生成するために、複素信号１２０８を用いて一つの放射線源１２０２を電子的に稼働することにより実現される。もしくは、空間的１２１２にのみ変化するまたは時間的１２１４にのみ変化する二つの放射線源１２０４、１２０６において異なる放射パターンを生成し、放射パターンまたは光線を空間的１２１６または光学的１２１８に組み合わせて、ＭＥＡＮ光線の機能的な特徴を持つ光線を生成する。これらの、一つの複素ドライブを一つの放射線源に適用する、または個別のＰＷＭドライブ及びＣＷドライブを二つの放射線源に適用するといった基本的な技術は、両方のケースにおいて複数の放射線源に拡張することが可能である。図４はＭＥＡＮ光線のレーザー発生源をレーザーダイオードして表現しているが、思想はこの種類のレーザー発生源に限定されず、他のいかなるレーザー発生源を使用することも可能である。

ＭＥＡＮ光線の思想は、一つまたは複数の放射線源から連続的に動作する様々な他の放射パターンを含む。例えば、純粋なＰＷＭの間隔に従うＭＥＡＮ光線や、純粋なＣＷの間隔に従うＭＥＡＮ光線を使用することができる。以下のＭＥＡＮ光線に関する詳細な説明は、単一のレーザーダイオードの放射線源または単にレーザーを想定しているが、その理由はこれがＭＥＡＮ光線思想のより複雑な実装のためである。

図８Ａ及び図８Ｂに、ＭＥＡＮ光線の機能的な特徴を示す。ＭＥＡＮ光線のレーザーは、常にオンのモードまたはパルス形式のオン及びオフのモードにおいては動作しないが、オンの部分はＰＷＭが高放射レベル１３０２にあることが特徴付けられ、残り半分のオフの部分はＰＷＭがゼロではない低放射レベル１３０４にあることが特徴付けられるような中間モードにおいて動作する。ＰＷＭがオフの期間に発生するこの低いレベル１３０４は、ＰＷＭがオンの期間に発生する高いレベル１３０２と同様に、固定としても時間とともに変動させてもよい。さらに、ＰＷＭの振動数は、固定としてもよく、また時間とともに変動させてもよい（１３０６）。

一つのレーザーダイオードにおいてＰＷＭ及びＣＷを組み合わせることは、レーザーを図８Ａに示すような、決められた高い出力レベルと決められた低い出力レベルにおいて駆動させることによって実現される。高い放射レベル１３０２及び低い放射レベル１３０４は、固定としてもいくつかの放射レベル調整方を使用して時間とともに変動させてもよい。図８Ａは放射レベル調整のない基本的な思想を示し、図８Ｂは放射レベル調整のある思想を示したものである。

本発明におけるＭＥＡＮ光線の実施形態において使用するＰＷＭの振動数１３０６は、ＣＷ変調１３０８方式とともに、レーザー眩惑装置において放射光線が人の目と脳に及ぼす一時的に衰弱させる効果を強めるために特に選択される。この効果は、ＭＥＡＮ光線の特性を環境光条件の作用に応じて調整することによって、さらに高めることが可能である。例えば、ＰＷＭの振動数はＦ１ＨｚからＦ２Ｈｚの範囲とすることができ、瞬時周波数はＦ１からＦ２の間で素早く変動させることができる。ＰＷＭが変動する一方、ＣＷ変調の深さ１３０８は昼間の操作に適した深さとは異なる夜間の操作に適した深さに変更することができる。さらに、二つの振動数の極値Ｆ１及びＦ２は、スルーレートすなわちＦ１からＦ２に移行する時間及び戻ると同様に、昼間及び夜間の操作に合わせるため、または他の生理的理由のために変更することができる。優勢な光の条件に基づくＭＥＡＮ光線特性の変更は、自動または装置の使用者による手動での操作によって行うことができる。

光の条件に基づいてＭＥＡＮ光線の動作特性を調整する原理は、雨、雪及び湿度や、これに限定されない他の物理的条件にも拡張することができる。

物理的条件に基づいてＭＥＡＮ光線の動作特性を調整する原理は、人の目や脳の生理学に対して最も効果的となるようパラメータを調整するように拡張することができる。

本発明の好ましい実施形態は、４００ｎｍから７００ｎｍの波長を持つ可視スペクトルの波長のレーザーを使用し、最も好ましいのは約５３２ｎｍの波長を持つ緑色のレーザーを使用することである。昼間に好適なＭＥＡＮ光線は、ＰＷＭが１０％から３０％で残りがＣＷであり、好ましくはＰＷＭが２０％であり、またＰＷＭが５Ｈｚから２０Ｈｚであり、好ましくはＰＷＭが６Ｈｚから１５Ｈｚである。夜間に好適なＭＥＡＮ光線は、ＣＷが３０％から７０％で残りはＰＷＭであり、好ましくはＣＷが６０％であり、またＰＷＭが５Ｈｚから２０Ｈｚであり、好ましくはＰＷＭが６Ｈｚから１５Ｈｚである。

本発明が特定の実施形態に関して記載されている場合も、それらの実施形態は単に本発明の原理及び適用を例示したものと理解される。それゆえ、添付の請求項に記載の本発明の思想及び範囲から逸脱することなく、例示の実施形態に多数の修正を行うことができ、またその他のアレンジを派生することができるものと理解される。

１０１ コントロールシリンダ、
１０２ 指回り止め、
１０４ 押しボタン引金、
１０５ 指回り止め、
１０６ フィンが付いたヒートシンク、
１０７ 開口部、
１０９ 表示器、
１１０，１１１ ボタン、
２１０，２１５ 制御回路、
２２０ レーザー発生装置、
２３０ 前部光学アセンブリ、
２４０ 電池フレーム、
２４５ 電池、
２６０ ハンドル、
２７０ 後部カバー、
４００ 光ファイバーアタッチメント、
５０２ 棒型拡散装置、
９０２ エネルギー源、
９０４ ＩＤＬＥ−ＳＴＯＰ状態、
９０６ セキュリティコードプッシュボタンシーケンス、
９０８ ＩＤＬＥ−ＧＯ状態、
９１０ 探索プッシュボタン、
９１２ 眩惑プッシュボタン、
９１４ 実行、
９１６ ＭＥＡＮ光線、
９１８ ＥＦＯＣＵＳ、
９２０ ステータス表示器、
１００２ マイクロ制御ユニット、
１００４ レーザー、
１００６ レーザー出力制御、
１００８ レーザードライバ、
１０１０ 熱電気冷却及び制御装置、
１０１２ 温度モニター、
１０１４ 電池、
１０１６ オペレータ制御装置（押しボタン）、
１０１８ ステータス表示器、
１０２０ 外部プログラム／デバッグ装置、
１１０２ 焦準ドライバ及び電子部品、
１１０４ 追加のＭＣＵ、
１１０６ 焦点位置電子部品。

Claims (14)

1. 前端部及び後端部と、前記前端部において焦点距離調整部品とレーザーの開口部（１０７）を収容するコントロールシリンダ（１０１）と、フィンが付いたヒートシンク（１０６）と、一組の周囲の指回り止め（１０２）と、複数の表示器（１０９）と、操作ボタン（１１０）及びスイッチ（１１２）と、後部押しボタン引金（１０４）と、を有する細長い円筒状のケースから構成されるレーザー眩惑装置であって、
   前記円筒状のケースは、レーザー発生装置（２２０）のカバーと、電力供給のための少なくとも一つの電池（２４５）と、レーザー発生装置（２２０）、電池（２４５）、表示器（１０９）、ボタン（１１０）及びスイッチ（１１２）と通信するための複数の制御回路（２１０、２１５）とを提供し、
   前記レーザー発生装置は、パルス幅変調（ＰＷＭ）および連続波（ＣＷ）の両方の光線を生成する一つのレーザー発生源を有し、スイッチ（１１１）は、前記レーザー発生装置がＰＷＭ光線かＣＷ光線かまたは両方の光線を発生するかを選択するための少なくとも一つのスイッチ（１１１）を有し、
   前記押しボタン引金（１０４）は、前記制御回路と通信を行い、
   使用時に、前記押しボタン引金（１０４）は、前記レーザー発生装置が電磁的な出力を発生するように前記制御回路を制御するレーザー眩惑装置。
2. ＰＷＭモードとＣＷモードのいずれかを選択する前記スイッチ（１１１）は、さらにＰＷＭモードとＣＷモードの中間の混合モードを選択できる請求項１に記載のレーザー眩惑装置。
3. ＰＷＭモードとＣＷモードのいずれかを選択する前記スイッチ（１１１）は、さらに出力放射線を時間とともに変化させたり、また一つ以上の高いレベル及び一つ以上の低いレベルの間で強度を変えることができるような放射線調整モードを選択できる請求項２に記載のレーザー眩惑装置。
4. 少なくとも一つの前記電池（２４５）は、充電式である請求項３に記載のレーザー眩惑装置。
5. 少なくとも一つの前記電池（２４５）は、非充電式である請求項３に記載のレーザー眩惑装置。
6. 前記レーザー発生装置（２２０）は、一つ以上のレーザーダイオードから構成される請求項３に記載のレーザー眩惑装置。
7. 各々の前記レーザーダイオードから出力される放射線の波長は、変動する請求項６に記載のレーザー眩惑装置。
8. 前記スイッチ（１１０）は、レーザー探索モードとレーザー眩惑モードを切り替え可能なスイッチを含む請求項７に記載のレーザー眩惑装置。
9. 眩惑モードにおける各々のレーザーダイオードの振幅及びＰＷＭは、同一または相違し、または時間的に変化する請求項８に記載のレーザー眩惑装置。
10. 即時眩惑モードを可能とするスイッチ（１０９）及び眩惑機能を起動するスイッチをさらに有し、装置の使用中に即時眩惑モードを選択した場合、眩惑モード起動スイッチにより即座に眩惑機能を起動させられる請求項９に記載のレーザー眩惑装置。
11. 焦点固定器は、出力放射線を、好適な放射線流量の大きさで、１メートルから２４００メートルの間で連続的に焦点を合わせられる請求項１０に記載のレーザー眩惑装置。
12. 装置の前記前端部に取り付けられた場合、曲がり角の周辺でも装置を使用可能とする光ファイバーアタッチメント（４００）をさらに有する請求項１１に記載のレーザー眩惑装置。
13. 前記光ファイバーアタッチメント（４００）は、焦点距離調整部品に取り付けられる請求項１２に記載のレーザー眩惑装置。
14. 作動中に、事前に定められた時間使用されなかった場合、スリープモードに入り、複数の操作ボタン（１０９、１１０、１１１）が予め定められた手順どおりに押下されるまで作動しない請求項１１に記載のレーザー眩惑装置。