JPS6161070B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は誘導すべき飛行物体または追跡すべき
標的の如き遠隔の物体を指向する方向を表わす座
標を決定するための、感度光束または輻射光束の
可動システムを含む装置に関する。

本発明は、飛行物体または標的自体が赤外線を
出すか、あるいは飛行物体が輻射源を備えていて
この輻射源から輻射線が出される場合に、これら
飛行物体または標的（以下単に物体と称す）を指
向する方向を決定するのに使用されるのを特に意
図している。なお、測定装置が配置されている場
所に設けられた輻射源から出された輻射線を物体
が受けその輻射線を反射すべく物体が反射器を備
えている場合にも本発明は使用される。

測定装置と物体との間の距離は種々さまざまで
あるので、測定装置は物体が近距離において出現
したときは特に広い視野を要求されるが測定感度
は中程でよく、遠距離において出現したときは特
に高感度を要求されるが視野は狭くてもよいとい
う要求を満さなくてはならない。

従来周知の測定装置は薄くて明確に規定された
扇形の感度光束を測定装置の視野にわたつて走査
させ、この走査を高度（上下方向）と方位（水平
方向）とにおいて交互に行なわせ、感度光束が物
体をよぎる時刻により物体の位置を測定するとい
うものである。物体がこの測定装置から近距離に
位置するときに要求される広い視野をカバーをす
るためには、走査速度を比較的に高速にしなけれ
ばならない。つまり所定時間内に広い視野を走査
するには高速となる。その結果、物体上の感度光
束の高速よぎりは測定装置の検知器が高速反応性
であることを要求する。この達成は因難である場
合が多いのである。更に、輻射源が比較的低い周
波数で変調されるならば更に別の制限が現れるの
である。なお低い周波数の変調は輻射源がパルス
レーザ光源からなつている場合に多い。これらの
困難を除去するために、扇形の感度光束の厚みを
増大させることにより物体をよぎりきるに要する
時間の延長を計ることが共通して行なわれてい
る。しかしながら、これは測定精度を相応して減
少させる結果となる。更にこれは、物体が測定装
置から遠距離にある場合の満足しうる測定精度を
得るためにはズーム光学器を要求し、この光学器
で測定精度を上げかつ視野が狭められる。他の解
決策として測定装置を二個使用し、一つは広角視
野で低い測定精度のものとし、もう一つを狭角視
野で高い測定精度のものとする。更に他の解決策
として異なる倍率の固定焦点系交換レンズを使用
することである。

微細な信号に対して良好な測定感度を得るため
には、光学系は大口径を望まれる。これはズーム
光学器を非常に高価なものとするばかりでなく嵩
高にする。同じことが交換レンズについてもい
え、更に交換時に測定不能期間が付随する。走査
する扇形の感度光束を発生させる装置は概して非
常に複雑でありかつ繊細である。従つて製作精度
が極めて高く、高価である。その結果、前述の如
く二つの測定装置を備えるということも高価につ
きかつ複雑なものとなるのである。なお、この明
細書で言う感度光束とは、測定装置の視野空間の
うち実質的に測定装置を頂点にして所定の立体角
で拡がつて延びかつその垂直断面が所定の相似形
をした空間区域を意味する。そしてこの感度光束
内に測定されるべき物体が存在するとき、すなわ
ち感度光束が物体をよぎるとき、例えば物体から
の輻射線が測定装置の検知器へ入る。

本発明の主目的は前述の型式の測定装置を改良
することであり、より簡潔なしかも広角視野を要
求と限られた範囲の視野における高度な測定精度
の要求とを併せ持つ測定装置を提供することであ
る。

この目的のために、本発明は固定された関係で
一定の点のまわりに回転するように配置された一
本または若干本の明確に規定された感度光束を含
む感度光束の可動システムを具備し、感度光束は
一側において直線により他側において対数螺線に
より境界づけられており、これら直線と曲線とは
感度光束の回転中心において会しているものであ
る。

本発明を例示の目的で図示する添付の図面を参
照して以下に具体的に説明する。

第１図は本発明の測定装置の概略を示す。回転
するマスク１２が対物レンズ１１の映像面に配置
されている。かくして物体からの輻射線により像
がマスク１２に投影される。マスク１２は輻射線
を通過させる部分と通過させない部分とを有す
る。このマスク１２が可動の感度光束システムの
主要部を構成している。マスク１２は電動機１３
により回転されるようにベアリング１４に同心状
に装着されている。このマスク１２に隣接して光
検知器１５が設けられている。検知器１５からの
出力信号は信号処理回路１７に付与される。信号
処理回路１７は当技術分野において周知の型式の
ものである。マスク１２に関連して感知装置１６
が設けられている。この感知装置１６は回転する
マスク１２の回転角度位置に明確に関連した電気
信号を出す。感知装置１６からのこの電気信号も
信号処理回路１７に付与される。感知装置１６は
当技術分野において周知の型式のものである。

対物レンズ１１およびマスク１２は円筒状のハ
ウジング１８内に配置されている。このハウジン
グ１８は物体の方を指向するようになされてい
る。第１図に示す本発明の測定装置は、好ましく
は、物体に向かつての照準を容易にする装置を備
えた一廻り大きい照準ユニツトのハウジング内に
配置されよう。

第２図は一本の明確に規定された感度光束を含
む可動の感度光束システムにおけるマスク１２の
一例を示す。マスク１２は輻射線が光検知器１５
へと通過できる開口部あるいは透明部の第１部分
２１と、輻射線が通過できない不透明部の第２部
分２２とからなる。マスク１２が回転すると、第
１部分２１はマスクの回転中心２３のまわりを回
転する感度光束を生ぜしめる。この回転中心２３
は測定装置の視野および輻射光束で覆われる領域
のそれぞれに非常に近接しているかまたはその範
囲内に配置されており、好ましくは視野の中心に
一致している。感度光束の形状は第１部分２１の
形状により決まる。図から次のことが明らかであ
ろう。すなわち、第１部分２１が第２部分２２に
接する境界線は対数螺線２６並びに直線２５から
なつており、これらはマスクの回転中心２３にお
いて結合されている。

第３図は第２図のマスクの回転中心２３のまわ
りの拡大図である。直線２５の前記中心２３付近
の直線３５および対数螺線２６の前記中心２３付
近の対数螺線３６がより明確に図示されている。
この図に示される如く、前記中心２３に近くなつ
て対数螺線３６は直線螺線３４に変わつていて、
この直線螺線３４は直線３５と連結している。こ
の連結点は回転中心３３と一致しているか、ある
いは回転中心３３のすぐそばに配置されている。
なお、直線螺線とは極座標（γ、θ）でγ＝ａ・
θの式をみたす曲線であり、アルキメデスの螺線
とも言われる。また対数螺線とはlogγ＝ａ・θ
をみたす曲線である。

透明部分２１，３１が何故この形状を与えられ
たかについての理由を以下に説明する。

物体からの輻射線は対物レンズ１１によりマス
ク１２上の一点に像を投影する。この投影点が回
転中心２３，３３に一致していないとして、マス
ク１２が回転中心２３，３３のまわりに回転する
と、前記投影点はマスク１２の表面上に円（仮想
円に相応する）を画く。マスク１２の回転の間、
前記投影点がマスクの透明部分２１，３１（感度
光束内にある仮想円の一部に相応する）を通る
時、光検知器１５により出力パルス信号が生ぜし
められる。この信号は、輻射源により出される前
記輻射線が連続したものであれば一つのパルス信
号であるし、前記輻射源が変調されたパルスであ
るならばパルス列の信号である。この一つのパル
ス信号またはパルス列の信号（以下単に信号と称
す）はマスク１２の一回転毎にその透明部分２
１，３１の故に生ぜしめられる。この信号の周波
数はマスク１２の回転速度に関係するものでマス
クの回転速度が一定であるとすると一定である
が、信号の長さは回転中心２３，３３から投影点
までの距離（投影点が描く円の半径）に依存して
変化するものであり、信号の位相（感知装置１６
からの参照信号と比較）は回転中心２３，３３か
ら投影点へ向かう方向に依存して変化するもので
ある。従つて信号の長さおよび位相を測定するこ
とにより投影点の位置を極座標で知ることが出来
る。かくしてこの極座標より物体の方向を知るこ
とが出来る。

信号の長さおよび位相は信号処理回路１７によ
り決定される。この際、位相比較のために必要な
参照信号は感知装置１６より得られる。信号処理
回路１７は好ましくはマイクロ・コンピユータを
含み、このコンピユータは信号処理を行なうと共
に所望ならば公知のコンピユータ・プログラムに
より投影点の位置の表示を極座標からデカルト座
標へ変換させる。

第２図および第３図に示される如きマスク１２
の透明部分２１，３１の境界線（直線２５，３５
並びに対数螺線２６，３６からなる）の形状によ
り、得られた信号の長さは投影点と回転中心との
間の距離の逆数に比例する。このことから次のこ
とがいえるのである。すなわち、半径方向におけ
る測定の不確実性は回転中心と投影点との間の距
離で線形的に減少するのである。回転中心から投
影点へ向かう方向は直線２５，３５の通過時間か
ら得られるので、接線方向における測定の不確実
性もまた回転中心からの前記距離で減少するので
ある。このようにして、視野の中心部における良
好な測定精度と広い視野の要求とを組み合せるこ
とが出来るのである。

回転中心からの前記距離と測定の不確実性との
間の前記関係は光検知器の制限された迅速性ある
いは輻射源のパルス周波数が分解能を制限してい
る時に真である。前記関係は、中心に極く近いと
ころでは真ではなく、前記条件が良好な分解能を
呈するので、制限された映像鮮明度のような他の
条件が制限を課すことになる。従つて、マスクの
境界線を中心近くでは直線螺線３４にするのが適
当である。これにより、測定装置のダイナミツ
ク・レンジが、利用されるより以上の高い分解能
に達すべく、占められるのを防止している。

第４図および第５図は固定された関係にある二
本の明確に規定された感度光束を含む可動の感度
光束システムにおけるマスクの一例を示す。第４
図はマスクの全体を示す図であり、第５図は第４
図のマスクの中心部分を拡大して示す図である。
第４図に示すマスクの第１部分すなわち透明部分
４２，４４は中心近くで第５図に示す如き透明部
分５２，５４になつている。第４図に示すマスク
の第２部分すなわち不透明部分４１，４３は中心
近くで第５図に示す如き不透明部分５１，５３に
なつている。このような形の透明部分を二つ有す
るマスクでは、マスクの一回転毎に光検知器１５
から二つの信号が得られる。この二つの信号は一
定の長さを有している。しかしながら信号間の間
隔はマスクの回転中心から投影点までの距離を明
確に与える。信号の前記の一定の長さは信号処理
回路１７にとつては発生するであろうノイズ・パ
ルスを抑制させる可能性を与える。このことから
次のことがいえる。すなわち、この実施例は擾乱
が起りうるような場合に適用するのに特に有用で
ある。引き続く信号間の同一性による混乱を避け
るために、透明部分４２，５２の幅と透明部分４
４，５４の幅を異ならしめるのがよい。

第６図は直線−対数螺線で境界づけられた回転
マスクにより得られる効果を説明するための図で
ある。図において、１２は本発明による回転マス
ク、１１はレンズ、Ｔは測定しようとする物体で
あり、これは本発明の測定装置から距離Ｚ離れた
遠隔地にある。この遠隔地において物体Ｔは本発
明の測定装置の光軸から距離Ｒだけ偏位してい
る。その方向は光軸に対して直角にかつ水平方向
に延びた軸線Ｘに対する角度である。なお、Ｒ
_naxは本発明の測定測置の最大視野に対応した最
大半径である。そしてｆはレンズ１１の焦点距離
である。従つて、物体Ｔのレンズ１１による回転
マスク１２上の像点は光軸より距離ｒだけ離れた
位置にあり、その距離ｒは ｒ＝ｆ／Ｚ・Ｒ ………(1) である。

回転マスク１２は一定の回転速度で回転してお
り、回転マスク１２の一方の境界線である直線２
５，３５が水平面を通る時点をT₀とし、その直
線が物体Ｔの像点を通る時点をＴとし、回転マ
スク１２の他方の境界線である対数螺線２６，３
６が物体Ｔの像点を通る時点をＴ_Rとすると、 ＝K₁・（Ｔ−T₀） ………(2) を得る（なおK₁は比例定数）。

ｒ＝K₂・exp〔K₃（Ｔ_R−Ｔ）〕 ………(3) を得る。（なおK₂、K₃は比例定数）。この式(3)は
他方の境界線２６，３６が対数螺線であるという
こと、すなわち K₃・（Ｔ_R−Ｔ）＝ｅ・logｒ／Ｋ_２ から得られる。

さて、式(1)と(3)から Ｒ＝Ｚ・Ｋ_２／ｆ・exp〔K₃（Ｔ_R−Ｔ）〕………(4)
を得 る。

今、時刻測定の不精確性を△Ｔ、△Ｔ_Rとし
て、△Ｔ＝△Ｔ_R＝△Ｔと仮定する。これに対
応したの不精確性は式(2)より △＝K₁・（△Ｔ＋△T₀）＝２・K₁・△Ｔ (6) となる。式(6)の両方にＲを剰じて Ｒ・△＝2R・K₁・△Ｔ ………(7) を得る。これはｒに対応する距離Ｒの不精確さを
示す。また、 △Ｒ＝ｄＲ／ｄ（Ｔ_Ｒ−Ｔ）・（△Ｔ_R＋△Ｔ） ＝２・ｄＲ／ｄ（Ｔ_Ｒ−Ｔ）・△Ｔ であるので、これに式(4)を代入すると、 △Ｒ＝２・ｄ／ｄ（Ｔ_Ｒ−Ｔ）（Ｚ・Ｋ_２／ｆ・exp〔K₃（Ｔ_R−Ｔ）〕）・△Ｔ＝２・Ｚ・Ｋ_２／ｆ ・（exp〔K₃（Ｔ_R−Ｔ）〕）・K₃・△Ｔ ………(8) 次いで、式(8)と式(4)とを組み合わせると、 △Ｒ＝2R・K₃・△Ｔ ………(9) そこで、Ｒ＝Ｒ_naxである時の最悪の場合を式
(7)および(9)に当てはめてみると Ｒ・△２・Ｒ_nax・K₁・△Ｔ ………(10) および △Ｒ２・Ｒ_nax・K₃・△Ｔ ………(11) を得る。

式(10)および(11)は次のことを示している。すなわ
ち、発生するであろう最大測定不精確さは物体Ｔ
の距離Ｚに依存せず、また通常の場合にもＲ_nax
および△Ｔは距離Ｚに依存しない。その理由は、
前記の他方の境界線が対数螺線の式（log ｒ＝
ａ・θ）であるから前記式(8)から(9)に示される如
く距離Ｚが消去されてしまうからである。対数螺
線以外の曲線で前記の他方の境界線を形成しても
式(8)から(9)の如くＺは消去されない。

それ故、従来周知の装置においては、前述した
如くズーム光学装置により焦点距離を変えたり、
あるいは複雑な修正手段を使用しているのであ
る。

本発明により、測定の不精確さは物体Ｔの距離
Ｚに依存せず近距離および遠距離にわたつて良好
な測定精度が得られるのである。

本発明の特許請求の範囲に含まれる他の実施例
を述べると次のものがある。

前述したマスクの透明部分に相似する感知表面
を光検知器に保持させこの光検知器を回転させる
ことにより前記の回転するマスク１２に置換させ
てもよい。この実施例の場合、光検知器からの出
力信号は例えばスリツプ・リングを介して取り出
す。

光検知器の代りに輻射源を測定装置に配置し、
輻射源の代りに光検知器を物体に配置してもよ
い。この実施例は物体の位置に関する情報を測定
装置の場所でよりもより物体の場所で知りたい場
合に有用である。この場合、測定装置の回転する
部材の角度位置に関する情報は周知の態様で輻射
源を変調することにより物体へ遠隔測定的に伝送
される。

前述した好ましい実施例に対して本発明の請求
の範囲内で種々改変できることはいうまでもな
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による測定装置の一実施例を図
式的に示す図、第２図は本発明のマスクを示す
図、第３図は第２図のマスクの中心部分を拡大し
た図、第４図は他の例のマスクを示す図、第５図
は第４図のマスクの中心部分を拡大した図、第６
図は本発明による回転マスクにより得られる効果
を説明するための図である。 １１は対物レンズ、１２はマスク、１３は電動
機、１５は光検知器、１６は感知装置、１７は信
号処理回路、２１は透明部分、２２は不透明部
分、２３は回転中心、２５は直線、２６は対数螺
線を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 感度光束または輻射光束の可動システムを含
   み、誘導されるべき物体あるいは追跡されるべき
   標的の如き遠隔の物体を指向する方向を表わす座
   標を定めるための装置において、 感度光束システムは固定された関係で一定の点
   のまわりに回転するように配置された一本または
   若干本の明確に規定された感度光束を含み、感度
   光束は一側において直線２５，３５により他側に
   おいて対数螺線２６，３６により境界づけられて
   おり、前記直線と前記対数螺線とは感度光束の回
   転中心において会していることを特徴とする遠隔
   の物体を指向する方向を表わす座標を定めるため
   の装置。 ２ 感度光束が物体をよぎるとき物体に配置され
   た輻射源により発出された輻射線を受信するため
   の検知器１５を測定装置が有している特許請求の
   範囲第１項に記載の装置。 ３ 光束が回転している前記中心は測定装置の視
   野および輻射光束で覆われる領域のそれぞれに非
   常に近接しているかまたはその範囲内に配置され
   ており、好ましくは視野の中心に配置されている
   特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ４ 輻射光束が物体をよぎるとき物体に配置され
   た検知器により受信される輻射線を出す輻射源を
   測定装置が有している特許請求の範囲第１項に記
   載の装置。 ５ 前記光束の形状は輻射源と検知器１５との間
   の光束径路内に配置された回転するマスク１２に
   より決定され、このマスクは輻射源により発出さ
   れた輻射線に対して透明である部分２１，３１，
   ４２，４４，５２，５４を含んでいる特許請求の
   範囲第２項または第４項記載の装置。 ６ 前記の回転するマスク１２は対物レンズ１１
   の映像平面に配置されており、かくして輻射源に
   より像がマスク１２に投影され、この像はマスク
   の回転中心と一致する中心を有する円を回転する
   マスクの表面に描き、しかして、回転の期間ある
   いは諸期間中前記像がマスクの透明部分を通つて
   いるとき、一つあるいはそれ以上のパルスからな
   る出力信号が検知器１５により得られる特許請求
   の範囲第５項記載の装置。 ７ 感知装置１６が回転するマスク１２に隣接し
   て配置されておりマスクの瞬間的角度位置の明確
   な関数である電気信号を出すようにされている特
   許請求の範囲第６項記載の装置。 ８ 回転するマスクの透明部分は前記境界線２
   ５，３５；２６，３６により境界づけられた表面
   ２１からなり、しかして、検知器により出された
   パルスの長さは回転中心と像との間の距離の明確
   な関数を与え、マスクの回転と比較されたパルス
   の位相は回転中心から前記像へ向かう方向の尺度
   を与える特許請求の範囲第７項記載の装置。 ９ 対数螺線２６，３６は回転中心近くで直線螺
   線３４になつている特許請求の範囲第８項記載の
   装置。 １０ 回転するマスクの透明部分は複数の区域４
   ２，５２；４４，５４からなり、それら区域は検
   知器１５により出されたパルスの長さが一定であ
   るように、かつパルス間の間隔が前記回転中心と
   前記像との間の距離の明確な尺度であるような形
   状を有する特許請求の範囲第７項記載の側定装
   置。 １１ 前記光束の形は検知器１５の感知表面によ
   り決定される特許請求の範囲第２項または第４項
   記載の測定装置。