JPH01500370A - ロゼット形走査監視センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ロゼット形走査監視センサ 発明の背景 本発明は、半球より大きな範囲の監視視野すなわち監視空間をロゼツト状すなわ ち花弁状の走査パターンで走査する走査装置に関する。

さらに特定すれば、本発明は赤外線監視追尾装置、たとえば、赤外線監視追尾（ ＩＲＳＴ）用の線形赤外線検出器アレイに関するものである。もちろん、本発明 は、このような特別な電磁波エネルギ用に限定されるものではない。

従来の赤外線監視追尾装置は、これが搭載されている航空機等の乗物の水平方向 および上方の近傍の比較的限られた監視範囲をカバーするようなロール安定形の 方位走査機構を使用していた。

最近では、時間を利用した広い監視領域の監視センサが要望されている。この要 望を直接的に満足させる方法として、径方向のバー形走査パターンがあり、この ものは、上記のロール安定形の方位走査装置の走査効率を改善することができる 。

この放射方向バー形走査は、半球の範囲の走査をおこなうことができる。このよ うな走査パターンは、ピッチ軸まわりに往復回動するとともにロール軸まわりに 間欠的に回動する２個の組のジンバルによって与えられる。このような径方向バ ー形走査の利点としては、ジンバル装置が簡単であること、監視用のセンサが走 査方向に対して回転しないこと、走査速度が一定であること等である。また、こ の方式の短所としては、走査範囲の中心に特異点があること、および大形のジン バルを各バー毎にロールまわりに間欠的に回動させかつピッチまわりに往復回動 させなければならないので走査の効率が低いこと等である。また、この方式では 、ピッチまわりの開口に大形の光学窓を設けなければならず、またこの窓はロー ルまわりのジンバル上にこれとともに回動するように配置しなければならない。

また、別の方式として、ロゼツト形すなわち花弁形走査パターンがあり、このも のは半球以上の走査範囲があり、また上記の径方向バー形走査方式に比べて走査 の効率が高く、また異なる作動モードに柔軟に対応できる利点がある。このロゼ ツト形の走査パターンは、一対の回転する光学要素によって得られ、これらの要 素は入射光線を同じ角度に偏向するように構成されている。これらの偏向要素と しては、光学的なくさびすなわちプリズム、章動ミラー、偏心レンズ等がある。

上記および上記以外の走査パターンおよびそれを発生させる機構についての詳細 は、「赤外線ハンドブック」、著者ウィリアム・Ｌ・ウオルフ、ジョージ・Ｊ・ ライスイス、ミシガン州の環境調査協会の赤外線情報および分析センター（ＩＲ ＩＡ）およびワシントンＤ．　Ｃの海軍省の海軍研究新編、１９８７年発行、に 開示されている。本発明において、ロゼット形走査パターンは特に関連があるの で、上記の文献の第２２章の４６頁から５６頁を参照し、また回転プリズムにつ いては第１０章の１０頁から１２頁を参照する。

このロゼツト走査方式に従来の偏向要素を使用する場合には各種の不具合がある 。そのひとつは、監視視野の範囲が半球に制限されることであり、また光学的な 開口に大きな窓を必要とする不具合もある。この窓に曲がりやその一部に歪み、 曇り等があると、この視野の走査作動の際に光学的な歪みが生じる。したがって 、この光学的な歪みを光学的あるいは電気的に補正する必要がある。

発明の概要 本発明は、上記の不具合およびその他の不具合、およびセンサの指向方向を安定 したロゼツトパターンを描かせるためにこれを駆動および歳差運動させるための 一対の回転ジンバルを使用する場合に生じる従来の機構の欠点や問題を解消する ためのものである。

特に、第１のジンバルは乗物に装着され、歳差すなわちロール軸まわりに回転す る。また、この第１のジンバル上には第２のジンバルが装着され、いわゆる章動 軸と称される軸まわりに回転し、この軸の上記歳差すなわちロール軸に対する角 度は歳差角度と称されるオフセット角度である。そして、この第２のジンバルの 上にはセンサが固定されており、このセンサの視線すなわち指向方向は上記の駆 動角度に対して傾斜している。この駆動角度は、ロゼツト走査パターンを発生す る歳差角度と等しい。これら歳差運動と駆動運動との比を適切に設定することに より、安定した連続的な走査を達成できる。さらに、上記の光学的なシステムに 電子光学的な機構を組込むこともできる。

本発明の機構には各種の長所がある。このものは、構造が簡単であり、従来のも のより構造が簡単でコストが低い。この検出器の指向方向が監視範囲を横断する ように走査するので、入射開口の光学窓上の移動が少なくなり、この先学窓の一 部の湾曲、歪み、曇り等による光学的な歪みが少なくなる。

よって、この走査機構の光学機械的な構造が簡単でコストが低減し、また、従来 のものにおいては大形の光学窓による光学的な歪みを補正するために光学的ある いは電気的な複雑な機構が必要であったが本発明によればこれらが簡単になる。

さらに、両方のジンバルが一定の速度で回動するので、これらのジンバルの駆動 に必要なトルクが少なくなり、またこのトルクを発生する駆動機構の出力が小さ くてすみ軽量となる。

本発明のこの他の目的および特徴は、以下の図面を参照した実施例の説明によっ てより完全に理解できるであろう。

図面の簡単な説明 第１図は、本発明の概念を示す概略図；第２図は、本発明に使用されるロゼツト 形走査パターンの一部を示す図； 第３図は、本発明を航空機の機首部に適用した例を示す図；第４図は、第３図に 示すものの縦断面図である。

好ましい実施例の詳細な説明 第１図には、本発明を適用した装置１０を簡単に示し、このものは、Ｙ字状をな したジンバル１２を備え、このジンバルは歳差軸すなわちロール軸まわりに回転 し、この軸は第２図に示すような航空機等の移動体に対して固定されている。

そして、このジンバル１２にはレースすなわち回転自在な支持部材１６が取付け られている。このサポート１６によって披ジンバル支持装置１８が支持されてお り、この装置は章動軸２０まわりに回転するように構成されている。この章動軸 ２０は、上記の歳差軸１４に対して歳差角度θだけ傾いている。

上記の被ジンバル支持装置１８にはセンサ２２が取付けられており、その指向方 向線すなわち視線２４は駆動角度φを有している。本発明においては、この駆動 角度φが歳差角度θに等しいことが重要であり、これらが等しくないとロゼツト 走査パターンが得られない。上記のジンバル支持部材１２および被ジンバル支持 装置１８は、それぞれそれらの軸１４および２０のまわりを回転するので、上記 のセンサ２２は符号２８で示される範囲を走査する。必要とする走査パターンの 形状およびロゼツト状パターンの花弁の数に対応して、上記ジンバル支持部材１ ２および装置１８の駆動および歳差の速度、正逆、花弁の密度等が決定される。

第２図には、歳差軸１４上に中心点３０があるロゼツト走査のパターンを示す。

第３図には、航空機３２に搭載する場合の実施例を示す。

この実施例のものは、フレーム３６と外板３８とからなる機首部分３４に搭載さ れている。この外板３８は空力的な形状をなしている。また、この航空機には隔 壁４０が設けられ、この隔壁に上記の機首部分３４のフレーム３６がベアリング ４２によって回転自在に支承されている。この隔壁４０にはロール駆動モータ４ ４が設けられ、このモータはギア４６゜４７を介して上記の機首部分に連結され 、この機首部分を歳差すなわちロール軸１４まわりに回転駆動するように構成さ れている。

また、この機首部分３４の外板にはＩＲ窓４８が開口されており、この窓によっ て光学センサ５０の視野が与えられ、またこのＩＲセンサはこの機首部分３４内 にこれともに回転自在に設けられている。上記のＩＲ窓４８は、単一または複数 の光学要素から構成され、平面または曲面に形成されて所定の形状に構成されて いる。このセンサは、指向方向すなわち視線２４を有し、また３〜５μｍまたは ８〜１２μｍの波長帯域で作動する直線的な赤外線検出器アレイを備えている。

この先学センサ５０はジンバル５２上に取付けられ、このジンバルとともに矢印 ５４方向に回転するように構成されている。第４図に示すように、上記のジンバ ル５２はベアリング５６によって支承され、支持構造体６０内に設けられた直流 トルクモータ５８によって回転駆動されるように構成されてこれらの部品は従来 と同様の構成である。上記の隔壁３２には、熱交換器６１ａおよび信号用の電子 回路６１ｂが設けられている。赤外線センサおよび光学系５０は、複数の光学要 素６２を備えており、これらは第４図に示すような対物レンズ６２ａを備えてお り、また検出器／デユワ−容器／低温冷却器６４、およびセンサ電子装置６６を 備えている。電力の形態、モード制御指令、およびデジタル化ビデオ信号は、ス リップリング／ブラシブロックアセンブリ６８（第３図参照）を介して上記のジ ンバルを通して伝送される。上記の対物レンズ６２ａの角度は上記の窓４８の角 度に対して垂直ではないので、この窓の大きさを小形化でき、またこの窓を透過 した電磁波エネルギの全部を有効に利用でき、この対物レンズは上記の窓４８を 透過した電磁波エネルギのパターンに対応した形状をなしている。よって、この 平面状の窓が楕円形の電磁波エネルギパターンを有するものであれば、このレン ズ６２ａもこの楕円に対応した形状に構成される。

また、上記の他の電子光学的な装置、たとえば光学要素７０．７２，７４および これらの光路４６を第４図に示し、これらは機首部分３４内に設けられている。

これらの装置の例としては、レーザーレンジファインダがあり、これはジンバル 外に設けられたレーザートランスミツタフ８およびジンバル上に設けられた分割 開口レシーバ８０を備えている。また、このような装置の別の例としては、赤外 線またはそれ以外の画像センサがあり、これはジンバル外に設けられた符号７８ および７０で示すセンサを備え、これらはルーフプリズム、５ｃｈａｎ　プリズ ム等の非回転要素から構成されている。

上記の単動ジンバル５２が回転すると、第１図および第２図に示すように、赤外 線センサ５０の視線２４が空間内で円錐形に走査され、図中で半回転した対物レ ンズ６２ａ。

６２′ａの位置をおよびそれらの視線２４．２４−をそれぞれ実線および破線で 示す。上記単動ジンバルはロールジンバル上に取付けられ、このロールジンバル はベアリング４２によって航空機３２の隔壁４０に支承されているので、このロ ールジンバルが回転すると、上述した駆動する視線がロール軸１４まわりに回転 し、ロゼツト状の走査パターンが与えられる。また、上記開口の中心にある光学 軸は上記窓４８の同じ位置上を移動するので、この窓の寸法を小形に形成するこ とができる。また、ロールジンバルおよび単動ジンバルは一定の速度で回転する ので、これらの駆動トルクも一定であり、これらの駆動機構も簡単なものですむ 。

以上、本発明を実施例について説明したが、これらは本発明の要旨を逸脱しない 範囲で各種の偏向を加えることが可能であることは明白である。

補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の７）昭和８３年　１月　４日 特許庁長官　小　川　邦　夫　殿　ｔｈｌ、国際出願番号 ＰＣＴ／ＵＳ８７１０１０６５ ２、発明の名称 ロ７ット形走査監視センサ ビ ３、特許出願人 住所　アメリカ合衆国　カリフォルニア州９００４５−００８８０サンゼルス、 ヒユーズφテラス７２００名称　ヒユーズ・エアクラフト拳カンパニー代表者　 カランベラス・ニーφダブユ 国籍　アメリカ合衆国− ４、代　理　人 住所　東京都千代田区霞が１Ｓ５３丁目７番２号ＵＢＥビル（ほか２名） （１）補正書の翻訳文　１通 補正した請求の範囲 １、　ロール軸および窓を有する航空機において、半球を越える走査範囲を有す るロゼツト形監視および追尾装置であって： 上記ロール軸と同心の歳差軸まわりに回転自在な第１の回転手段と； 上記歳差軸と第１の角度をなす章動軸まわりに回転自在な第２の回転手段と； 上記章動軸と上記第１の角度と等しい角度で交差する視線軸上に視線を有し、視 野範囲が上記第２の回転手段とともに回転するセンサと； 上記視線軸と章動軸との交点を上記窓に対応させて位置決しこれらの寸法を最少 にする手段とを具備したことを特徴とするロゼツト形監視および追尾装置。

２、　上記第１の回転手段および第２の回転手段を、あらかじめ設定された所定 の速度および走査の精度に対応してそれぞれ所定の速度で回転する手段を備えた ことを特徴とする請求 ３、　前記第２の回転手段は前記第１の回転手段上に設けられていることを特徴 とする前記請求の範囲第１項記載の装置。

４、　前記のセンサは前記の第２の回転手段上に設けられていることを特徴とす る請求 ５、　前記第２の回転手段は前記第１の回転手段上に設けられ、また前記センサ は前記第２の回転手段上に設けられていることを特徴とする前記請求の範囲第１ 項記載の装置。

６、前記センサは前記第１の回転手段上に設けられ、さらにリレー光学要素およ び非回転光学要素が前記第１の回転手段上に設けられ、前記センサの視線を中継 することを特徴とする前記請求の範囲第１項記載の装置。

７、　前記第２の回転手段は前記第１の回転手段上に設けられ、この第２の回転 手段上にはさらにリレー光学要素および非回転光学要素が設けられ、上記のセン サの視線を中継することを特徴とする前記請求の範囲第１項記載の装置。

８、　前記機首部分に前記第１の回転手段が設けられこの機首部分が航空機に歳 差／ロール軸まわりに回転自在に支承され、またこの機首部分の内外に電磁波エ ネルギを出入りさせるための窓がこの機首部分に設けられ、この機首部分内に前 記の第２の回転手段およびセンサが設けられていることを特徴とする前記請求の 範囲第１項記載の装置。

９、　前記第１の回転手段および第２の回転手段をそれぞれ所定速度および走査 の精度に応じた別々の速度で回転させる手段を備えたことを特徴とする前記請求 の範囲第８項記載の装置。

１０、前記第２の回転手段は前記第１の回転手段上に設けられていることを特徴 とする前記請求の範囲第８項記載の装置。

１１、前記のセンサは前記の第２の回転手段上に設けられていることを特徴とす る前記請求の範囲第８項記載の装置。

間際調査報告 一一一一―−＾神皺−””’　ＰＣＴ／υＳ　８７／０１ロ６５ＡＮＮＴ：Ｘ　 Ｔｏ　ＴＦ、Ｅ　ＺＮＴＥＲＮＡＴ工０ＮＡＬ　５ＥＡＲＣＨＲＥＰＯＲＴ　Ｏ Ｎ！’ｏｒ　ｍｏｉ自　ｃｌｅｔａｉｌｓ　ａｂｏｕｔ　ｔｈｉｓ　ａｎｎｅｘ 　＋

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. １．半球以上の走査範囲を有するロゼット形監視および追尾装置であって； 歳差軸まわりに回転する第１の回転手段と；上記歳差軸に対して第１の角度を有 する章動軸のまわりに回転する第２の回転手段と； 上記章動軸に対して上記第１の角度と等しい再度を有する視線を有し、この視線 が上記の第２の回転手段によって回転されるセンサとを備えたことを特徴とする ロゼット形監視および追尾装置。
2. ２．上記第１の回転手段および第２の回転手段を、あらかじめ設定された所定の 速度および走査の精度に対応してそれぞれ所定の速度で回転する手段を備えたこ とを特徴とする前記請求の範囲第１項記載の装置。
3. ３．前記第２の回転手段は前記第１の回転手段上に設けられていることを特徴と する前記請求の範囲第１項記載の装置。
4. ４．前記のセンサは前記の第２の回転手段上に設けられていることを特徴とする 前記請求の範囲第１項記載の装置。
5. ５．前記第２の回転手段は前記第１の回転手段上に設けられ、また前記センサは 前記第２の回転手段上に設けられていることを特徴とする前記請求の範囲第１項 記載の装置。
6. ６．前記センサは前記第１の回転手段上に設けられ、さらにリレー光学要素およ び非回転光学要素が前記第１の回転手段上に設けられ、前記センサの視線を中継 することを特徴とする前記請求の範囲第１項記載の装置。
7. ７．前記第２の回転手段は前記第１の回転手段上に設けられ、この第２の回転手 段上にはさらにリレー光学要素および非回転光学要素が設けられ、上記のセンサ の視線を中継することを特徴とする前記請求の範囲第１項記載の装置。
8. ８．歳差軸と同心なロール軸を有するとともに窓を有する航空機の機首部分に前 記第１の回転手段が設けられこの機首部分が航空機に歳差／ロール軸まわりに回 転自在に支承され、またこの機首部分の内外に電磁波エネルギを出入りさせるた めの窓がこの機首部分に設けられ、この機首部分内に前記の第２の回転手段およ びセンサが設けられていることを特徴とする前記請求の範囲第１項記載の装置。
9. ９．前記第１の回転手段および第２の回転手段をそれぞれ所定速度および走査の 精度に応じた別々の速度で回転させる手段を備えたことを特徴とする前記請求の 範囲第８項記載の装置。
10. １０．前記第２の回転手段は前記第１の回転手段上に設けられていることを特徴 とする前記請求の範囲第８項記載の装置。
11. １１．前記のセンサは前記の第２の回転手段上に設けられていることを特徴とす る前記請求の範囲第８項記載の装置。
12. １２．前記第２の回転手段は前記第１の回転手段上に設けられ、また前記センサ は前記第２の回転手段上に設けられていることを特徴とする前記請求の範囲第８ 項記載の装置。
13. １３．前記第２の回転手段はジンバルであることを特徴とする前記請求の範囲第 ８項記載の装置。
14. １４．前記第１の回転手段および第２の回転手段にはこれらとは機能が別の電子 光学的な装置が設けられ、また前記センサは前記窓を介して電子光学的に作動す るために前記機首部分内に設けられていることを特徴とする前記請求の範囲第８ 項記載の装置。
15. １５．前記電子光学的な装置は、レーザーレンジファインダーまたは画像センサ であることを特徴とする前記請求の範囲第１４項記載の装置。
16. １６．前記センサの視線の方向は前記窓とは垂直ではなく、前記窓からの電磁波 エネルギは非円形のパターンであり、前記センサは上記の窓からのパターンに対 応した湾曲した対物レンズを備えていることを特徴とする前記請求の範囲第８項 記載の装置。