JPH03505189A - パッシブ光学観測システムを有する水中艦艇 - 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】 「パッシブ光学観測システムを有する水中艦艇」 本発明は、パッシブ光学観測システムと、直径０．３〜３．０ｍの湾曲表面を有 する観測窓とを有する水中艦艇に関する。

前記種類の水中艦艇は例えば所謂作業用潜水艦として知られている。かかる作業 用潜水艦は「シーホース」の型式名称でプルケル・メーレステヒニーク有限会社 により建造される。だが本発明は別の水中艦艇１例えばダイビングベル、曳航船 又は固定機構にも関する。

各種の潜水艦に観測窓を装備することが知られている。観測窓の直径が可能な潜 航深度に比べ小さく、例えば潜航深度３００ｍのとき２０１未満であるとき、観 測窓には普通適宜な厚さの平らなガラス板が使用される。しかしこのように小さ な観測窓はさまざまな観測課題にとって又作業用潜水艦を操縦する場合小さすぎ る。そこで、球殻部分形状のアクリルガラス製の大きなパノラマ観測窓を設ける ことがやはり知られている。公称潜航深度的３００ｍの作業用潜水艦において直 径１〜２ｍのかかる観測窓が知られており、この窓により形成された球数部分は 例えば１２０°の中心開口角に一致している。前記潜航深度範囲の場合にそれよ り小さなガラス製観測ドームも知られており、その中心開口角は３００°を超え 、観測者の１を受容できる大きさに設計してあり、こうして観測者には９０°を 超える方位角の１８０゜眺望が提供される。

前記観測窓の場合に重点が置かれるのは視覚観測誤差を防止するため観測窓を一 定した壁厚で実施することである。つまり周知観測システムではパッシブ光学観 測システムが、最も間車には観測者の無防備の目が利用される。だがまた、前記 観測窓を通して技術的光学系、例えばビデオカメラを利用して観測することも知 られている。

下し、なかんずく周囲水に濁りがあるとき。

だがまた澄んだ水でも暗やみになったり潜航深度を増すと急速に低下する。

それ故利用範囲が民生用又は軍事用の潜水艦ではアクティブ光学観測システムも 知られており、そこでは普通投光装置が潜水艦の外殻に固着して使用され、これ が観測範囲を可視光で照らす。

民生用ではそのことから後方散乱、それに伴う濁り水での眩惑の故に、時として 諸困難が生じる。しかしかかるアクティブ光学観測システムは、光源を使用する と水中の浮遊粒子で後方散乱が生じるのではあるが、深い潜航深度では濁った水 や弱まった日光の下でも大きな範囲で使用される。

それに対し軍事用途ではアクティブ光学観測システムはその地金てのアクティブ 観測・位置標定システムと同様、送出する放射源（投光装Ｗ）がやはり観測中の 潜水艦の位置標定を許す欠点を有する。しかしまさにその実際的利点が位置標定 の困難さにある潜水艦では、だがまた例えば沿岸範囲な監視する固定機構でも、 ａ機又は固定機構１例えばフリゲート化による位置標定の可能性を下げる努力が 払われる。

そこで本発明は、冒頭述べた種類の潜水艦を改良し、なかんずく軍事用途のとき 目視条件が悪い場合でもより大きな検出能力を可能とするパッシブ光学観測シス テムを提供することを課題とする。

この課題が本発明によれば、観測窓がパッシブ光学観測システムの一部であり、 その入射瞳の直径が０．１ｍを超えることにより解決される。

本発明課題がこうして完全に解決される。

つまり従来の配置とは対照的に観測窓は少なくともその表面のがなりの部分にわ たって周囲の水と潜水艦の内部空間との間の光学的に透明な分離部として働くだ けでなく、むしろを得ることができる。

こうして、特に潜水艦の遠範囲で、超強力光のパッシブ観測を専らパッシブ観測 法で実施することができ、潜水艦が固有放射を送出すると敵機又は固定機構が検 知して潜水艦の位置標定に利用できるのであるが、こうした固有放射を潜水艦が 送出することはない。

望遠鏡の場合ＤＩＮ　５８３８６、第１分冊に規定する所謂「１明出力」が望遠 鏡の倍率と入射瞳の直径との積の累乗根として定義しであることを考えるなら、 従来の表示装置の場合例えば０．０５ｍの入射瞳を例えば２．０ｍに拡大すると ５即ち４０倍に拡大すると、薄明出力が６倍以上高まる。

既に触れたように本発明の特別好ましい実施例では入射瞳が観測窓の直径を有す る。

この処置の利点として、入射瞳の直径を３ｍにまですることができるので薄明出 力の極端な増大が可能となる。

他方、技術的に製造可能なこのように太きな直径のレンズではそれに応じて焦点 距離も大きくなっスそれに伴い、射出瞳がＣ１１１範囲のとき開口角がごく小さ くなる。

それ故事発明の別の好ましいｌ構成では観漏窓の１径より小さな？ｆ径の入射瞳 を有するレンズ系が使用され、このレンズ系はＷＩ測窓の内表面をそれに沿って 移動可能である。

この処１の利点として、無防備の目で観測する場合可能なように例えば２座像上 を揺動可能なレンズ系が事実上同じ空間角をカバーするのでパッシブ光学観測シ ステムの有効開口角がかなり拡大される。他方、従来方式の観測窓はそのまま維 持される。

この実施例の好ましい１展開ではレンズ系が潜水艦の耐圧船殻にカルダン懸架し である。

この処１の利点として特にレンズ系の開口角が小さい場合潜水艦の固有運動によ る障害が防止される。

このことはレンズ系がジャイロにより軸安定であるとき一層強くあてはまる。

つまりこうして得られる観測システムは潜水艦がどのような固有運動を行うかに 拘りなくその光軸が安定して整列する。

観測窓自体をパッシブ光学観測システムのレンズとして使用する本発明の実施例 では観測窓をさまざまに、特に凸・凹面、平・凸面又は両凸面に構成しておくこ とができる。また観測システムのさまざまな迎角を可能とするため、その他は均 一な厚さのガラスドーム内に多数の単レンズを設けておくことができる。

既に先に述べた本発明の実施例に従って可動レンズ系を観測窓の内面に取り付け る場合これは好ましくは一定した厚さに構成しである。だがこの場合観測窓を例 えば凸・凹面に構成し、こうして可動レンズ系と合わせて水の屈折率を考慮した 多レンズ全体系を形成することもできる。

焦点調整してあり、焦点を通り光軸に垂直に延びた平面に画像受信機が配置しで ある。

この処置の利点として光学系を無限焦点調整した場合知られているように結像面 が焦点面にあるので、独自の焦点調節装置が必要ない。

この実施例の好ましい諸展開では画像受信機が接眼レングスはＣＣＤイメージコ ンバータ又はホトセルアレイのいずれかとして構成しである。

接眼レンズとして構成すると利点として観測者による直接観測が可能であり、付 加的装置支出が必要でない。

ＣＣＤイメージコンバータを使用すると利点として最新のビデオカメラで使用さ れるようなビデオコンパチブルな安価な部品を使用することができる。

最後にホトセルアレーを用いると利点として付加的に光テ増惺する素子を使用す ることができる。かかる素子は軍事用の暗視装置の方から知られており、可視光 又は非可視光、特に赤外域の光を人間の目の怒度以上に増幅するため切換手段を 有する。

更にこうした場合画像受信機が電子信号、好ましくは走査画像用信号を発生し、 この信号を評価装置内で処理するのが特に好ましい。

この処置の利点として、裸眼では検知不可能な背景から特徴的パターンを際立た せるため周知の又は新規な画像検知法を利用することができる。つまりこうして 検出量値をなお一層下げることができる。

更にこの実施例の好ましい１構成では観測システムに作用する加速度又は観測シ ステムの運動を多次元検出するセンサに評価装置が接続しである。

この処置の利点として、なかんずく観測システムの開口角がきわめて小さいとき システム全体が運動を受けると現れ得るような障害を低減することができる。つ まり潜水艦に作用する加速度又は３つの空間座標方向におけるその運動が既知で あると、適宜にプログラム可能な評価装置が潜水艦に働く有効加速度又はその運 動によって引き起こされる障害を算出することができる。

その他の利点は明細書及び添付図面から明らかとなる。

前記特徴及び以下なお説明する特徴はその都度記載した組合せだけでなく、本発 明の枠を逸脱することなく別の組合せや単独でも勿論適用することができる。

本発明の実施例を図面に示し以下詳しく説明する。

第１図は本発明による潜水艦の側面図。

第２区は第１図に示す潜水艦の観測窓の断面図。

第３〜５図は別の構成！３様の観測窓を第２図と同様に示す図。

第６図は可動光学系を有する本発明の更に別の実施例を説明する拡大断面図。

第１区において１０は側面図で見た潜水艦である。耐圧船殻１１は横置円筒形状 であり、末端は半球状底又はバンパヘッドで閉鎖しである。潜水艦１０を駆動す るため店屋側推進スクリュー１２と、艦尾又は艦首に横向き操縦スクリュー１３ ．１４が設けである。動的操縦には方向舵／昇降舵１５が役立つ、潜水艦１０は 流体動力学的に！適な外輪郭を達成するため一部に合成樹脂ライニング１６を備 えている。

第１の観測窓１７は耐圧船殻１１の艦首に設けである。第１観測窓１７はそれ自 体は圧力分離機能を発揮しないアクリルガラスライニング１８の背後に位置する 。

第１観測窓１７は球殻切片の形状であり、後になお第２〜６図を基に詳しく説明 するようにレンズとして又は均一な厚さに形成しておくことができる。

第２の観測窓１９は艦橋２０内に配置しである、第２観測窓１９は実質的に透明 中空球の形状であり、観測者の頭と受容できる大きさに設計しである。

第２図は正面側第１観測窓１７を更に詳細に示す。

２９は光学的に有効な入射瞳であり、これは観測窓１７の周方向ホルダ３０によ り形成される、入射瞳２９は直径りが好ましくは０．３〜３．０ｍて′ある。

３比対称軸であり、これはレンズとして形成した観測窓１７の光軸でもある。つ まり観測窓１７は外側の凸面３２と内側の凹面３３をｇＲえておつ、凸面３２の 曲率半径は凹面３３のそれより小さい、従って観測窓１７は集光レンズとして働 き、その焦点３４は観測窓１７から焦点距離での間隔を置いて光軸３１上にある 。焦点距離ｆは入射瞳２９の直径りと同じ大きさである。レンズの計算時水の屈 折率を考慮しなければならないのは自明である。

焦点面に、即ち焦点３４を通り光軸３１に垂直な平面に画像受信機３５が配置し てあり、これは好ましくは電子画像変換素子を含む１画像受信機３５は例えば電 荷移送素子（ＣＣＤ素子）とすることができるが１画像受信機３５は高Ｓ度のホ トセルアレーとすることもでき、最後に画像受信機３５としては直接目視観測を 可能とする通常の接眼レンズも使用することができる。

画像受信機３５が光電変換器であるとそれは好ましくは電子評価装置３６に接続 され、後者自体がモニタ３７を制御する。電子評価装置３６に好ましくは３座標 加速度又は速度センサ３８が接続してあり、これに第２区の図示平面で加速度ｇ ｘ−ｇｙ又は速度ｖＸ、　ｖｙが作用する。

光学系はレンズとして構成した観測窓１７により表され、無限焦点調節される。

これは観測窓１７から無限遠距離にある物体、実際には凸面３２から幾つかの焦 点距離の間隔を置いた物体が画像受信機３５に鮮明に結像されることを意味する 。

第２区には周知の如く画像受信機３５の縁点４０．４０’用光路が示してあり、 光学系の開口角Ｕは画像受信Ｉ！３５の半％＝ａと焦点距離ｆとの比の逆正線に 等しい、このことは、ここで関心のある大きさの焦点距離がｍ範囲、画像受信機 ３５の寸法が正範囲又はＣ範囲のとき、光学系の開口角Ｕが角度又はその端数で あることを意味する。しかし系の光学増幅がそれに応じて大きく、光学増幅と入 射瞳のｌｌ１１単位の直径との積の累乗根に一致した所謂１明出力Ｚもそれに応 じて高い、実際の事例では例えば： ａ＝Ｉ　　Ｃａｌ　　である。

すると残りの量は： Ｚ　＝　２２４となる。

これらの数値は勿論単なる１例と理解すべきであり、その都度の個別事例の要求 条件に添うため別の数値組合せ、多レンズ系等も勿論使用することができる。

ここで関心のある光学系の開口角Ｕがきわめて小さい点に鑑み、系を機械的にで きるだけ静止させる必要がある。

軍事用の場合このことは例えば潜水艦１０が好適な観測位置で海底に着座してこ の観測位置から周囲を観測することにより行うことができる０間隔を置いて横を 通過する物体は専らパッシブ手段で観測することができ、潜水艦自体が固有放射 により位置標定されることはない。

潜水艦が穏密航走で未知物体、例えば水中に浮遊配置された機雷に接近するとき も同様である。潜水艦が物体と危険な距離にまで接近すると近接センサが感応す ることができ、この場合潜水艦は物体との危険な近さまで航走することなく十分 距離を置いて物体を識別することができる。

この場合又は別の場合に潜水艦の航走中光学観測が必要でないなら、潜水艦に作 用する加速度又はその速度又は幾つかの座標における位置をセンサ３８により検 出することができる０次に評価装置３６においてセンサ信号は受信面像から潜水 艦の運動の影響を算出するため適宜な補正値に換算される。

第３〜５０は本発明の枠内で使用することのできる観測窓の変形態様を幾つか示 す。

第３０に示す観測窓１７ａは外側に凸面５０、内側に平面５１を有し、観測窓１ ７ａはこうして平・凸面レンズの形状となる。　１７ａ’、１７ａ”で示唆した ようにレンズは従来の全方向観測用に一定厚の窓部分１７ａ”と取外し可能なレ ンズ部分１７ａ′とから構成することができ、後者は使用時最初に取り付けられ る。

それに対し第４図に示す観測窓１７ｂは外側の凸面５２と内側のやはり凸面５３ とを有しており、こうして両凸面レンズが生じる。

第５区の実施例に設けである観測窓１７ｃには同−構造又は構造の異なる単レン ズ６０．６１．６２が取り付けである。第５図に示した実施例では単レンズ６０ 〜６２が実質的に同一構成で、それぞれ凹・凸面に構成しである。中央の単レン ズ６０は光軸３１ｃ上にあり、残り２個の単レンズ６１．６２はこれに対し傾い た光軸３１Ｃ′、３１ｃ”上にある。

第５図の図示平面に垂直な方向でなお別の単レンズを配置しておくことができ、 全体として個眼面状目が得られ、個々の個眼面（単レンズ）はそれぞれ分離した 画像受信機か又は共通の画像受信機のいずれかを備えることができ、後者はさま ざまな単レンズ６０〜６２に機械的に又は光ファイバにより切換可能である。

最後になお第６図に示す別の実施例では観測窓１７ｄが外側の凸面７０と内側の 凹面７１とを有し、観測窓１７ｄの厚さｄは一定である。

揺動可能な第１枠７２内に配置されたレンズ７３は外側凸面７４の曲率半径が好 ましくは観測窓１７ｄの内側凹面７１の曲率半径に合わせである。レンズ７３は 内側のやはり凸面７５により両凸面レンズとなる。

第１枠７２はレンズ７３の焦点３４ｄを通り第６図の図示平面に全頁な軸を中心 に揺動可能である。第６図の左半分に示す第１枠７２の裏面には第１枠７２を中 立の平衡で保持するため力　、ランターウェイト７６が配置しである。カウンタ ーウェイト７６の一部となるのが概略示唆したジャイロ７７であり、その回転軸 はレンズ７３の光軸３１ｄ′と一致する。

光軸３１ｄ°は第１枠７２が広い範囲で角度Ｕ′だけ観測窓１７ｄの対称軸３１ ｄに対し揺動することにより調整することができる。従って先に第２図について 説明したようにレンズ７３により形成した光学系の開口角がＵであると、得られ る光学系の固有開口Ｕは第１枠７２の揺動によりかなり大きくすることができる 。その際レンズ７３の光！ｌｌ１３１ｄ’の整列はジャイロ７７が矢印７８の方 向に光軸３１ｄ°を中心に回転することで安定する。

レンズ７３は第６区の図示平面に垂直に延びた第２枠８０内で第１枠７２をやは り支承することによりカルダン！！！！架しである。第１枠７２は第６図の図示 平面に垂直に焦点３４ｄを通る軸で揺動可能に第２枠８０内で保持しである。第 １枠７２の揺動運動は第６図に矢印８１で示唆しである。

第２枠８０は矢印８２で示唆したようにやはり垂直軸８４を中心に回転可能であ る。

軸８４はやはり支承点を通り、後者は耐圧船殻１１ｄと剛性結合しである。

最後になお、回動装置８３がやはり耐圧船殻１１ｄと剛性結合して設けてあり、 これは第６図に破線で示した作用結合を介し第２枠８０を軸８４を中心に矢印８ ２の方向に回動させるとともに第１枠７２を焦点３４ｄを通る軸を中心に矢印８ １の方向に回動させる。

結果としてこのことは、潜水艦が空間内な移動するとしても、レンズ７３が観測 窓１７ｄの内面７１の任意の位置に移動でき且つその場所にジャイロ７７の慣性 の故に留まることを意味空間座標上を移動するとしても、安定して目標点を向い たままである。目標物体が移動する場合目標追尾はレンズ７３を適切に移動させ ることでやはり可能である。

レンズ７３の入射瞳２９ｄは全体として観測窓１７ｄの入射瞳より小さいのでは あるが、しかし第６図の配置で視野を数倍拡大することができるが、それは第６ 図の図示平面において開口角Ｕが数度オーダであるのに対し揺動角Ｕ°は例えば ４０°となることがあるからである。

本出願は同一出願人の同一日の以下の出願と関連しており、各出願の開示内容は この指摘により本出願の開示内容ともされる：特許出願Ｐ　３９０８５７ｇ、３ 「音源、特に潜航中の潜水艦に影響を及ぼす方法及び潜水艦」 特許出ｍ　Ｐ　３９０ｇ　５７７．５ 「潜航中の潜水艦の音響放出を減らす方法及び装置」 特許出願Ｐ　３９０８５７６．７ 「水を含む周囲中の低陽子対象物を位置検出し、特に海又は内水中の潜水艦又は ８１雪を位置標定する方法及び装置」 特許出願Ｐ　３９０ｇ　５７４．０ 「潜航中の潜水艦を運転、する方法及び潜水艦特許出願Ｐ　３９０ｇ　５７２． ４ 「潜航中の潜水艦の音響放出を減らす方法及び装置」 特許出願Ｐ　３９０ｇ　５７３．２ 「潜航中の潜水艦を運転する方法及び装置」国際調査報告 国際調査報告 ＤＨ９０００１９６ ＳＡ　　３５１３０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．パッシブ光学観測システムと、直径（Ｄ）０．３〜３．０ｍの湾曲表面（３ ２；５０；５２，７０）を有する観測窓（１７，１９）とを有する水中艦艇にお いて、観測窓（１７，１９）がパッシブ光学観測システムの一部であり、入射瞳 （２９）の直径が０．１ｍを超えることを特徴とする水中艦艇。 ２．入射瞳（２９）が観測窓（１７，１９）の直径（Ｄ）を有することを特徴と する請求の範囲１記載の水中艦艇。 ３．観測窓（１７ｄ）の直径（Ｄ）より小径の入射瞳（２９ｄ）を有するレンズ 系（７３）が観測窓（１７ｄ）の内面（７１）をそれに沿って移動可能であるこ とを特赦とする請求の範囲１記載の水中艦艇。 ４．レンズ系（７３）を水中艦艇（１０）の耐圧船殻（１１ｄ）にカルダン懸架 したことを特徴とする請求の範囲３記載の水中艦艇。 ５．レンズ系（７３）がジャイロ（７７）により軸安定したことを特徴とする請 求の範囲４記載の水中艦艇。 ６．観測窓（１７）を凸・凹面構成したことを特徴とする請求の範囲１〜５のい ずれか１項又は複数項記載の水中艦艇。 ７．観測窓（１７ａ）を平・凸面構成したことを特徴とする請求の範囲１〜５の いずれか１項又は複数項記載の水中艦艇。 ８．観測窓（１７ｂ）を両凸面構成したことを特徴とする請求の範囲１〜５のい ずれか１項又は複数項記載の水中艦艇。 ９．観測窓（１７ｃ）が多数の単レンズ（６０〜６２）を備えたことを特徴とす る請求の範囲１〜５のいずれか１項又は複数項記載の水中艦艇。 １０．観測窓（１７ｄ）を一定厚（ｄ）に構成したことを特徴とする請求の範囲 ３〜５のいずれか１項記載の水中艦艇。 １１．光学観測システムが無限焦点調整してあり、焦点（３４）を通り光軸（３ １）に垂直な平面に画像受信機（３５）を配置したことを特徴とする請求の範囲 １〜１０のいずれか１項又は複数項記載の水中艦艇。 １２．画像受信機（３５）が接眼レンズであることを特徴とする訴求の範囲１１ 記載の水中艦艇。 １３．画像受信機（３５）がＣＣＤイメージコンバータであることを特徴とする 請求の範囲１１記載の水中艦艇。 １４．画像受信機（３５）がホトセルアレーであることを特徴とする請求の範囲 １１記載の水中艦艇。 １５．画像受信機（３５）が電子信号、好ましくに走査画像用信号を発生し、こ の信号を評価装置（３６）内で処理することを特徴とする請求の範囲１１記載の 水中艦艇。 １６．観測システムに作用する加速度（ｇｘ，ｇｙ）又は運動を多次元検出する センサ（３８）に評価装置（３６）を接続したことを特徴とする請求の範囲１５ 記載の水中艦艇。 １７．観測システムの運動（ｖｘ，ｖｙ）を多次元検出するセンサ（３８）に評 価装置（３６）を接続したことを特徴とする請求の範囲１５又は１６記載の水中 艦艇。