JPH05503347A - ２つの光路の並列度を監視する装置とその装置を備えたレーザ指示装置 - 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】 ２つの光路の並列度を監視する装置と その装置を備えたレーザ指示装置 本発明は兵器システムのためのレーザ誘導による目標物指示の分野に関し、さら に詳しくは、その対象は、レーザ誘導によって、すなわち、赤外線光路（波長が ８〜９μｍの）およびレーザ光路（波長が１〜２μｍの）によって、標的指示（ ｔａｒｇｅｔ　ｄｅｓｉｇｎａｔｉｏｎ）のためのレーザ指示装置あるいはパ武 器格納発射装置（ｐｏｄ）　’“　（この用語は英語てのナセル（ｎａｃｅｌｌ ｅ）を意味する）の２つの光路の並列度（ａｌｊｇｎ＋ｇｅｎｔ）を監視する装 置てあり、また、そのような監視装置を備えたレーザ指示装置である。

特に、温度と振動による厳しい環境的な条件で、発射体のレーザ誘導による標的 指示は、好ましくは、飛行機の外部搭載装置に配置された′°武器格納発射装置 °′によって実行され、標的の位置を定めることを可能とする赤外線の検知によ る画像光路（ｉｍａｇｉｎｇ　ｐａｔｈ）とその画像光路に”捕捉される（ｌｏ ｃｋｅｄ）”レーザ光路とから構成される。この捕捉は２つの光路の間の完全な 並列度を達成し、換言すれば、それらの光学的な軸の完全な平行度を達成し、そ れによって同一の照準線（ａｉｍｉｎｇ　１ｉｎｅ）を定義する。実際に、この 一致は、工場の試験ベンチ（ｔｅｓｔｂｅｎｃｈ）て実行され、目標の飛行中に 監視されることかてきるのである。

光電子工学的な目標指示装置におけるレーザの光学的な軸と赤外線検知器の光学 的な軸を一直線に並べるために、第１図に示される米国特許第４，４２２，７５ ８号では反射鏡１〜５からなる光学装置を使用する。この装置は、そこに高温点 （ｈｏｔ　ｐｏｉｎｔ）を生成するためにレーザ・ビームＦＬの焦点を耐火性レ ンカ６に合わせ、この高温点によって放射される赤外線放射Ｆ１を画像光路に平 行にしようとするものである。画像光路での高温点の影像（ｉｍａｇｅ）の位置 は２つの光路の並列度の誤差を測定することを可能とする。

この方法の第１の大きな欠点はそれを実現するのに用いた素材の形態、つまり耐 火性レンガに存在し、この素材は、低い残留性（ｒｅｓａｎｅｎｃｅ）を示し、 また簡単に熱くならないたけでなく素早くも熱くならず、そのことは相当のエネ ルギーをそのレンガに焦点合わせすることを必要とする。これらの使用条件が次 にあげることのためにその応用を困難なものとするのである。

・　２つのパルスの間に光度の残留性をもたらす、レーザ・ビームのパルスの性 質。

ｅ　熱走査カメラ（ｔｈｅｒｍａｌ　ｓｃａｎｎｉｎｇ　ｃａｍｅｒａｓ）にお いて、非常に短い時間期間での検知器のモザイクのアドレス指定をするときの照 準線の偏差を有する装置の使用。

・　使用される素材を熱くするのか困難であっても、数秒を越えてはならない並 列度の検査の期間間隔。

もう１つの大きな欠点は、光学装置の反射鏡支持体′の傾斜誤差（ｉｎｃｌｉｎ ａｔｉｏｎ　ｅｒｒｏｒｓ）によって生成される、レーザ光路と赤外線光路との 間の平行度における誤差に起因するものであり、この問題を解決するために、こ の従来技術においては、特別に望遠鏡を使用することによって、整備中に三脚を 調整する方法を提案している。

そのような調整は故障しやすく、また、前述した厳しい条件ては維持することが 困難である。

Ｍ　ｆ＆の欠点は、光学的装置の反射鏡１〜５の構成に関し、それは、利用でき る空間と実際に両立し得ない組立ての体積を与えるのである。

これらの欠点を克服するために、本発明は、平行度の誤差がないことを導入した 方法て設計されたレーザと赤外線の２つの光路の並列度を監視し、そして、平行 度の誤差を信頼てきるように改善するために装置に配置されたポリイミド・フィ ルムを局部的に集中して熱することによる高温点の形成に基づいた、装置を提案 するものである。

さらに詳しくは、本発明か対象とするものは、レーザ・ビームを平行な赤外線ビ ームに変換する手段と、赤外線画像光路を変換されたビームに並列させる手段と 、を備え、その装置が変換手段を支持する光学的な支持体（ｈｏｕｓｉｎｇ）を 形成することを提案することと、これらの変換手段か細長いポリイミド・フィル ムを包含するカセットと１組の反射要素とによつて構成されることを、特徴とす る、レーザ・ビーム照準光路と赤外線画像光′路との２つの光路の並列度を監視 する装置である。

添付の図面を参照して記述される以下の説明によって、本発明のその他の特徴と 利点がより良く理解されるであろう、それぞれの図面の簡単な説明は次の通りで ある。

・　第１図は、従来技術の並列装置を示す。

・　第２図は、本発明による装置の概略構成図である。

・　第３図は、レーザ・ビームと赤外線ビームの光学的な経路を示す。

・　第４図は、並列度監視のための支持体の第１実施例を示す。

・　第５図は、並列度監視のための支持体の第２実施例を示す。

第２図はレーザ捕捉”武器格納発射装置”での本発明による監視装置の概略構成 図を示す。これは、レーザ光路および赤外線光路のそれぞれのために物点が無限 遠にある装置７および８によって構成される、照準線を方向付けるための光学的 ヘッド１２を包含する追尾ヘッド（ｔｒａｃｋｉｎｇ　ｈｅａｄ）と、並列度監 視支持体９に到達するようにビームＦＬは物点が無限遠にある装置７から出力し 、ビームＦＬに平行に物点か無限遠にある装置８に戻るようにビームＦｌが支持 体９から出力する、レーザ放射と赤外線放射のビームＦＬおよびＦＩと、焦点合 わせと平行にする（ｃｏＪ　ｌ　ｉ＋ｍａｔｉｏｎ）ための光学的装置１０を含 む支持体９と、ポリイミド・フィルム１１と、を示す。

この光学的ヘッド１２は支持体９に面するように回転せしめられる。したがって 、光学的装置ｆＩＯは、入力のレーザ・ビームＦＬを照準されてビームＦＬに精 確に平行に現れる赤外線ビームＦＩに変換することによって、立方体の角（ｃｕ ｂｅ　ｃｏｒｎｅｒ）のように動作するのである。

ビームＦ１は、熱カメラ１３の検知器に焦点合わせすることによってフィルムＩ Ｉに高温点の影像を形成する。

したがって、２つの光路間の並列度誤差は、偏位測定によって、すなわち、この 検知された影像の位置と、２つの光路が完全に平行な場合にそれが検知器の基準 点に置かれた理論的なその位置との間の偏位によって測定される。

並列度を監視するための支持体９は、好ましくは、発射体か標的に衝突するまて を通して照準線か見出される領域に配置され、すなわち、ヘッド光学素子７と８ を含む照準線１２を方向付けるための光学的ヘッドの後部に、そして、光学ベン チ（ｏｐｔｉｃａｌ　ｂｅｎｃｈ）を形成する熱カメラ１３とレーザ１４の組み 立ての前部に、配置される。一致の欠如を補正するために、赤外線光路の光学的 な軸の方向付けか、測定された偏位が帳消しになるまで反射鏡（図示されない） によって修正される。そのような反射鋼は、従来技術によって、光学的ヘッド８ と熱カメラ１３との間の圧電間隙調整板（ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓｈｉｎ ｓ）に装着される。

入力するレーザ・ビームＦＬと出力する赤外線ビームＦＩとの間の光学的経路を 定義する光学装置１０のそれぞれの反射鏡、および、ポリイミド・フィルム１１ の配置か第３図に示される。入力するビームＦＬは、最初に、入口の反射鏡１８ によって曲げられ、１〜２μｍの波長て透過なダイクロイック・ミラー（ｄｉｃ ｈｒｏｉｃｍｉｒｒｏｒ）　１９を通過し、平面鏡１５と１６で連続的に反射し 、そして、レーザ・ビームか通過するようになされた中心ホールＴによって反射 鏡１５を通過する前に反射鏡１６にそのビームを反射する球面焦点鋼１７で反射 した後に、ポリイミド・フィルム１１に焦点合わせされ、ここで、ポリイミド・ フィルム１１は反射鏡１５の後部に置かれる。ポリイミド・フィルムを熱するこ とは、逆の順序に連続する反射鏡１６−１７−１６−１５によって反射される赤 外線ビームＦＩを形成するための、その赤外線放射か平行にされる高温点の出現 を起こさせ、最終的に、ビームＦＩは、８〜１２μｍの波長の放射を反射するダ イクロイック・ミラー１９および反射鏡２０で反射された後に、出口の反射鏡２ １に向けられる。

しかしながら、どのような厚さのボッイミド・フィルムてもそのような応用には 使用することかできない。実際に、フィルムの厚さは、それが、フィルムにレー ザの影響（ｉｍｐａｃｔ）　（”高温点°゛とも呼ばれる）を形成する痕跡か素 早く出現することと、放射される赤外線の強度と、この痕跡を使用する残留性お よび期間間隔と、を制御するように正確に調整することが得策であるという根本 的な特性を有する。薄過ぎるフィルム（厚さの典型として、２５μｍ以下の）は 使用されることができるにはあまりにも速く（１秒以下での露光の後に）焼け、 逆に、厚過ぎるフィルム（厚さの典型として、１００μｍ以上の）は緩やかに熱 くなり、そして不十分な光度と残留性（２０ｍｓ以下の）を示す痕跡を形成する のである。厚さが２５〜１００μｍの間にあるポリイミド・フィルムは、特に５ ０μｍのフィルムは、要求される特性（残留性、使用される期間間隔、光度）を 満足するよい選択である。

本発明による並列度監視のための支持体の１つの実施例か第４図に概略的に示さ れ、そこでは、第３図を参照して記述されたそれぞれの要素か装着されている。

構造的に、それは、一方の内側に他方か適合するような方法での相補的な形状の ２つの半支持体（ｈａｌｆ−ｈｏｕｓｉｎｇｓ）　Ｉと■の形式と、ポリイミド ・フィルムを包含するカセット■の形式と、を示す、第１の半支持体Ｉには、２ つの光学的な経路に、すなわち、レーザ・ビームの経路と赤外線ビームの経路（ 第３図において、それぞれ、１個と２個の矢印て表される）に共通である要素（ 反射鏡１５〜１７およびポリイミド・フィルム１１）を支持するための取付は平 面板が備えられ、第２の半支持体Ｈには、２つの光学的な経路に共通ではない、 すなわち、赤外線の経路にあるいはレーザ・ビームの経路に特有である、光学的 な要素（反射鏡１８〜２１）を支持するための取付は平面板が備えられる。

２つの経路に共通しない光学的な要素のおおよその位置付けによってもたらされ る逸脱を最小限にするために、本発明による支持体においては次の２つの約束が 守られる。

・　共通てない要素の数が最小限にされる。そして、入力し出力するビームを曲 げることによって得られる最小限の本体に必要なものを考慮し、その典型的な実 施例においては、それは４つ（レーザが入力する反射鏡１８および赤外線の出力 する３つの反射鏡１９〜２１）である。

・　２つの経路に共通でない反射鏡は同一の機械的な部分（半支持体■）に装着 され、それによって、一方で反射鏡１９および２０を一緒に取付ける平面板を、 他方て反射鏡１８および２１を一緒に取付ける平面板を、それぞれ機械で製造す ることかてきる。したがって、これらの反射鏡の高い精度の並列度（１００μｒ ａｄ程度の）が得られ、入口と出口での光路の間の完全に近い平行を与える。

半支持体■を製造する機械を操作する精度に関する心配は、半支持体■の光学的 な要素の取付は平面板を製造する機械には必要とされない。実際に、ビームＦＬ およびＦｌは、介在する光学的な要素がレーザと赤外線の２つの光路に対して１ つのそして同一の幾何学的な経路だけを定義するに過ぎず、ビームＦＬおよびＦ Ｉの伝達の方向だけが反転せしめられる、という事実によって、この部分ては完 全に平行のままなのである。この半支持体■の取付は平面板に設置された反射鏡 は単一の光学的なシステムを形成して、以下て述べる光学的な経路の方向によっ て焦点合わせあるいは平行にすることをなすのである。

ポリイミド・フィルムを包含するカセット■は、２つの光路に共通である光学的 な要素を包含する半支持体工に組み込まれる。その厚さが光学的な特性に基づい て決定された（２５〜１００μｍの間にある）選択されたポリイミド・フィルム は、適用される使用条件（すなわち、電力か数ｍＷより大きいレーザを用いる場 合）では１回以上は使用されることができない。この障害は、十分に柔軟性のあ る厚さが２５〜７５μｍの間にあるポリイミド・フィルムが巻かれる２つのスピ ンドルＡ１とＡ２を有するようなカセットを設置することによって完全に克服さ れる。２つの光路の並列度の試験の間に、フィルムの細片は数ｍｍたけ進められ る。

しかしながら、そのような素材を厳しい条件ての使用（特に、振動する環境にお いて）に用いることがてきるようにするために、特定の適合が最適の状態にされ なければならない。

このために、フィルムに十分なそして一定の張力を保持するように、監視支持体 ９を保持する武器格納発射装置のフレームに巻き取りスピンドルをしっかりと取 り付け、ポリイミド細片の決まった場所に逆転防止型車機構（ａｎｔｉ−ｒｅｔ ｕｒｎ　ｒａｔｃｈｅｔ　ａｃｔｉｎｇ）を固定することは、非常に適切なこと である。さらに、一方の巻き取りスピンドルに結合される位置複製光学結合器（ ｐｏｓｉ　ｔｉｏｎ−ｒｅｃｏｐｙｏｐｔｉｃａｌ　ｃｏｕｐｌｅｒ）か、フィ ルムが正しく進んでいるかを検査することを可能とし、したがって、わずかに過 圧するすることによって、カセットの設置時に形成される複製スピンドルの遊び を抑制することか必要である。

変形において、本発明による並列装置は、簡単化された形態での、共通の最終的 な光路な持つレーザ指定システムを備えてもよく、照準線の偏位に関するその光 学的ヘッドは、例えばダイクロイック・ミラーのような光学的な分離器によって その後に分離されるレーザ（１〜２μｍの波長の）と赤外線（３〜５μｍあるい は８〜１２μｍの波長の）の光路に共通である。これらの条件て、並列支持体は 、第５図に示されるように、主に、入口の反射鏡１８と、穴あけされた反射鏡１ ５と、収束レンズ１６′か結合された球面鏡１７と、によって構成され、出口の 反射鏡１９と２１はもはや必要とされない。

変換されたビームＦＩは、入口／出口の反射鏡として動作する反射鏡１８を経由 して、入力レーザ・ビームＦＬに同軸に出力する。

本発明は、記述されそして図示された実施例に制限されるものではなく、特に、 ・　球面反射鏡に使用される素材は、熱のいかなる焦点ぼけをも回避するような 支持体の構造のアルミニュームであってもよい。

・　この分野に精通する者は、その支持体を機械的に製造した後に、レーザ光路 に（特に、入口の反射鏡の前面に）配置される移動するプリズム（ｄｉａｓｐｏ ｒａｍｅｔｒｉｃｐｒｉｓｍｓ）の助けによって、２つの光路の並列度の微調整 をなすことを用いてもよい。

・　レーザ・ビームかポリイミド・フィルムにあまりにも正確に焦点が合う場合 、周囲の空気のイオン化によって°°破壊（ｂｒｅａｋｄｏｗｎ）　”現象が生 じ、痕跡か現れない。したかって、フィルムは、レーザ光路の入口に置かれた長 い焦点距離のレンスによって、レーザ・ビームを光学的な軸においてわずかに焦 点ぼけさせるように配置されてもよい。

要　約　書 ２つの光学路の整列を制御する装置かもうけられる。

一方の光学路はレーザ照準路て他方は赤外線イメージ路である。制御装置は２つ のハウジングとポリイミドフィルム（１１）を含むカセットとフィルムを進める 装置から成る。ハウシンクは立方コーナとして働き、入射レーザビーム（ＬＢ） から、入射ビーム（ＬＢ）と平行又は混合したコリメート赤外ビーム（ＩＢ）へ の再送信のために、光学システム（ｉ５，２１）の焦点に置かれたポリイミドフ ィルム（１１）の上の点を加熱する。赤外線検出器の上での加熱点の位置か測定 対象の２つの光路の偏差をしめす。装置は、２つの独立の又は部分的に混合した 光路を使ったレーザガイドの目標照準システムに用いられる。

国際調査報告 国際調査報告 ＦＲ９１００８４５ Ｓ＾　５２Ｂ７４

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. １．レーザ・ビームをそのレーザ・ビームに平行な赤外線ビームに変換する手段 と、赤外線画像光路を変換の結果として生じるビームに並列させる手段と、を備 える、レーザ・ビーム照準光路および赤外線画像光路の２つの光路の並列度を監 視する装置において、光学的な組み立て（１０）に結合されたポリイミド・フィ ルムの細片（１１）を含むカセット（ＩＩＩ）によって構成される変換手段を含 む光学的な支持体（９）を備えて、レーザ・ビームの焦点合わせを行い、変換の 結果として生じる赤外線ビームを平行にする、ことを特徴とする並列度監視装置 。
2. ２．光学的な組み立て（１０）が、２つの光路に共通の反射要素の下位の組み立 てと、これらの２つの光路の一方にあるいは他方に特有の反射要素の下位の組み 立てと、から構成され、支持体（９）が２つの半支持体から形成され、第１の半 支持体（Ｉ）が２つの光路に共通である反射要素（１５〜１７）を保持し、第２ の半支持体（ＩＩ）が２つの光路の一方にあるいは他方に特有である反射要素（ １８〜２１）を保持し、２つの光路の一方にあるいは他方に特有の反射要素の下 位の組み立てが、入力するレーザ・ビーム（ＦＬ）を曲げることを意図する１つ の入口の反射鏡（１８）と、出力する赤外線ビーム（ＦＩ）を曲げることを意図 する３つの出口の反射鏡（１９、２０、２１）と、からなる平行な入口／出口の 光路を備えた光学的な装置を構成し、２つの光路に共通の反射要素の下位の組み 立てが、ポリイミド・フィルム（１１）にレーザ・ビーム（ＦＬ）を焦点合わせ することを意図しそしてそのポリイミド・フィルム（１１）によって放射される 赤外線ビームＦＩを平行にすること意図する反射鏡（１５、１６、１７）からな る、ことを２つの分離した光路に適用した、請求の範囲第１項に記載の並列度監 視装置。
3. ３．前記光学的な組み立て（１０）が、入力するレーザビームＦＬの入口の反射 鏡（１８）と、ポリイミド・フィルム（１１）にレーザ・ビーム（ＦＬ）を焦点 合わせすることを意図しそしてそのポリイミド・フィルム（１１）によって放射 される赤外線ビームＦＩを平行にすること意図する反射鏡（１５、１６′、１７ ）と、を備え、赤外線ビームＦＩが同一の反射鏡（１８）を経由して入力のレー ザ・ビームＦＬと同軸に出口で出力すること、を２つの同軸の光路に適用した、 請求の範囲第１項に記載の並列度監視装置。
4. ４．ポリイミド・フィルム（１１）が２５〜７５μｍの間の厚さを有し、並列度 を監視する半支持体（Ｉ）に組み込まれそしてそのフィルムを前進させる手段を 備えるカセット（ＩＩＩ）に細片の形態で巻かれる、請求の範囲第１項に記載の 並列度監視装置。
5. ５．カセット（ＩＩＩ）が、ポリイミド・フィルム（１１）を巻く２つのスピン ドル（Ａ１）および（Ａ２）を備え、これらのスピンドルは”武器格納発射装置 ”のフレームに堅固に取り付けられ、そして、ポリイミドの細片に十分な張力を 保証する逆転防止爪車と、フィルムが進んでいるかを監視する位置複製光学結合 器と、を備える、請求の範囲第４項に記載の並列度監視装置。
6. ６．焦点合わせと平行にすることをなす支持体（９）および反射鏡（１７）がア ルミニュームで作られる請求の範囲第２項あるいは第３項のいずれかに記載の並 列度監視装置。
7. ７．入力ビーム（ＦＬ）と出力ビーム（ＦＩ）との平行度がレーザ・ビームの経 路に配置される移動するプリズムの助けによって微細にされる請求の範囲第２項 あるいは第３項のいずれかに記載の並列度監視装置。
8. ８．レーザ・ビームが焦点合わせと平行にすることをなす反射鏡（１７）の焦点 距離に関して１〜３ｍｍだけ焦点ぼけがなされる請求の範囲第２項あるいは第３ 項のいずれかに記載の並列度監視装置。９．レーザ光路と赤外線光路に対して物 点が無限遠にある少なくとも１つの装置によって構成される、照準線を方向付け るための光学的ヘッド（１２）と、熱カメラ（１３）およびレーザ源（１４）か ら構成される光学ベンチ（１２）と、を備えるレーザ誘導による目標指示装置に おいて、光学的照準ヘッド（１２）が回転せしめられるときに、物点が無限遠に ある装置から発生するレーザ・ビーム（ＦＬ）をそのレーザ・ビーム（ＦＬ）に 厳密に平行なあるいは完全に一致する軸を有する赤外線ビーム（ＦＩ）に変換し 、そして物点が無限遠にある装置に送出される、ような方法で、照準ヘッド（１ ２）と光学的ベンチの間に配置される、請求の範囲第１項〜第８項のいずれかに 記載の並列度監視装置（９）を備える、目標指示装置。