JP2758150B2

JP2758150B2 - ボアサイト熱基準源

Info

Publication number: JP2758150B2
Application number: JP7301662A
Authority: JP
Inventors: リー・ジェイ・ハニュー; チャールズ・エヌ・ボイヤー
Original assignee: EICHI II HOORUDEINGUSU Inc DEII BII EE HYUUZU EREKUTORONIKUSU
Current assignee: EICHI II HOORUDEINGUSU Inc DEII BII EE HYUUZU EREKUTORONIKUSU
Priority date: 1994-11-18
Filing date: 1995-11-20
Publication date: 1998-05-28
Anticipated expiration: 2015-11-20
Also published as: EP0713075A1; EP0713075B1; JPH08219890A; CA2162195A1; US5479025A; IL116041A0; IL116041A; AU677530B2; AU3771595A; DE69511216T2; DE69511216D1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は一般的に、７．５乃
至１２ｍｍの周波数帯内の均一で高強度の長波長赤外線
（ＬＷＩＲ）ビームを供給するために使用され、それに
よって、レーザと前方監視赤外線（ＦＬＩＲ）センサの
視線とのボアサイト整列を確実にするボアサイト熱基準
源に関し、特に、セラミックロッドの周囲に部分的に巻
き付けられたニクロム線によって加熱されるセラミック
ロッドを具備し、疑似黒体空洞を生成するボアサイト熱
基準源に関する。本発明は、特に３乃至５ｍｍの周波数
帯等の別の赤外線周波数帯においても等しく適用するこ
とができる。

【０００２】

【従来の技術】本発明のボアサイト熱基準源は、レーザ
の指示および現在ＡＥＳＯＰプログラムとして知られて
いる熱イメージングシステムにおいて使用され、それに
よって、操作者は、正確にターゲットを追跡およびロッ
クオンしてミサイルを発射するために必要なＦＬＩＲセ
ンサにレーザを自動整列することを開始できる。ＦＬＩ
Ｒ入射開口における反射されたボアサイト熱基準源の開
口がＦＬＩＲ入射瞳孔の面積の１／３４６に過ぎないの
で、ボアサイト熱基準源によって供給される高ビームパ
ワーが必要とされる。

【０００３】別の現在使用できる熱源（熱板、ハロゲン
ライトバルブ等）は、所望されたＩＲ信号を供給するの
に十分な程に熱くはならない。ＣＯ₂レーザは大きす
ぎ、また、非常に高価である。ＩＲレーザダイオード
は、７７°Ｋまで冷却することが必要であるので実用的
ではない。グローバは大きすぎ、また、多量の電力を必
要とする。以前にハロゲンライトバルブが類似したアプ
リケーションに使用されたが、ハロゲンバルブの容器の
温度（約１２０℃）は、本発明のボアサイト熱基準源に
よって与えられるものよりもかなり低く、また、ＡＥＳ
ＯＰシステム等のアプリケーションにおいて要求される
ものよりも低い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の好ましい実施
形態において使用されるセラミック材料はMacor であ
り、それは容易に機械加工されることができる。セラミ
ックロッドなしに、加熱されたニクロム線だけを使用す
ると、適切に使用するための十分な均一性および放射性
を欠く。本発明による設計よりも多く熱（すなわちＩＲ
ビームパワー）を供給する方法は、Macor よりも機械加
工することが困難である高温のセラミックと、長波長赤
外線（ＬＷＩＲ）窓を有して真空容器を必要とするタン
グステンヒータワイヤとを使用することである。しかし
ながら、この後者の設計は、本発明よりも著しく高価で
ある。

【０００５】本発明によって、従来技術において使用さ
れた装置の欠点が克服される。

【０００６】それ故に、本発明の目的は、７．５乃至１
２ｍの周波数帯内の均一で高強度のＬＷＩＲビームパワ
ーを供給する赤外線光学システムのためのボアサイト熱
基準源を提供することである。

【０００７】本発明の別の目的は、真空を使用せず、機
械加工が容易であり、迅速に組立てられ、ＩＲ基準源と
して使用される７．５乃至１２ｍの周波数帯内の高強度
のＬＷＩＲパワーを生成する廉価の装置を提供すること
である。

【０００８】本発明のさらに別の目的は、黒体空洞とし
て機能する高い熱および放射性の熱源を使用して、レー
ザのＦＬＩＲに対する視線を表す基準源として必要なか
なりのＬＷＩＲビームパワーを供給することである。

【０００９】本発明のさらに別の目的は、高度の技術の
光学アプリケーションのために必要とされる高い正確度
でＬＷＩＲビームを位置付けすることが可能であり、一
方、軍事用の衝撃の際および振動のある環境においてこ
の正確度を維持する装置を提供することである。

【００１０】本発明の別の目的は、小さく、緊密にパッ
ケージングすることが可能な熱源を提供することであ
る。

【００１１】本発明のさらに別の目的は、使用する動作
電力が低い熱源を提供することである。

【００１２】本発明のさらに別の目的は、動作状態に迅
速に到達し、それを維持する熱源を提供することであ
る。装置は、２０秒足らずの迅速な起動時間を有する。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明のこれらの目的
は、本発明によるボアサイト熱基準源によって実現され
る。本発明の好ましい実施形態によれば、高強度のＬＷ
ＩＲ信号を供給することが可能なボアサイト熱基準源
は、セラミックロッドと、ニクロムで作られ、部分的に
セラミックロッドの周囲に複数の巻回で巻き付けられて
いるヒータワイヤとを具備しており、そこにおいて、疑
似黒体空洞を生成するヒータワイヤを加熱するために電
流が使用される。好ましい実施形態において、セラミッ
クロッドはMacor ガラスセラミックで作られており、ヒ
ータワイヤは、直径が０．００８インチの１２回の巻回
を有しており、セラミックロッドの直径は、０．０５８
インチである。黒体空洞の幾何学的形状は、ヒータワイ
ヤをセラミックロッドの周囲に堅固に巻き付け、ヒータ
ワイヤがセラミックロッドから弾性的に外れることを防
ぐようにヒータワイヤを熱処理することによって保持さ
れる。セラミックロッドは、より合わせたワイヤをボア
サイト源ハウジングの複数の穴とセラミックロッドとに
貫通させることによってボアサイト源ハウジングに堅固
に接続される。これと同じより合わせたワイヤは、ヒー
タワイヤの一端をハウジングに保持する。また、ヒータ
ワイヤの底部の巻回は、セラミックロッドの直径０．０
１３インチの穴に通される。ヒータワイヤを位置に保持
する最後の手段は、ヒータワイヤの両端を２つの狭いハ
ウジングの溝に位置させることである。セラミックロッ
ドは、ヒータワイヤが巻き付けられる場所と、ボアサイ
ト源ハウジングに取付けるための場所との間でより細く
され、０．０４０インチの直径を有している。セラミッ
クロッドおよびヒータワイヤコイルは大きいハウジング
空洞内に位置され、第２の黒体空洞を形成する。ヒータ
ワイヤを約１０００℃に加熱するために約１．４Ａの電
流が使用される。

【００１４】本発明の構成および動作の新しい特徴は以
下の説明においてより明らかになり、参照は添付された
図面に関して行われ、そこにおいて、本発明の装置の好
ましい形態が図示されており、同一の参照番号は図面全
体を通して同一の部分を示している。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下の詳細な説明は、本発明を実
行するために現時点において最善の方法である。この説
明は、制限を意図しておらず、単に本発明の一般的な原
理を示すものである。

【００１６】本発明は、レーザがＦＬＩＲの視線に自己
整列するための赤外線信号を生成するために使用される
ボアサイト熱基準源に関する。図面の詳細に関して、同
じ番号は同じ素子を示しており、図１のａおよびｂにお
いて、本発明に従って構成された好ましい装置が示され
ている。さらに、図２において、ＡＥＳＯＰプロジェク
トにおける本発明の応用が示されている。

【００１７】図１のａおよびｂにおいて、自動整列シス
テムにおいて使用される本発明の好ましい実施例のボア
サイト熱基準源100 が示されており、それによって、動
作電力が低く、迅速に起動し、組立てのコストが低く、
均一性が高く、７．５乃至１２ｍの周波数帯内の高強度
のＬＷＩＲビームを有している基準源を提供することが
できる。図１のａおよびｂにおいて示されているよう
に、非常に小さいセラミックロッド102 は、ニクロムヒ
ータワイヤ104 の複数の巻回が部分的に巻き付けられて
いる。好ましい実施形態において、セラミックロッド10
2 は約０．０５８インチの直径を有しており、ニクロム
ヒータワイヤ104 は約０．００８インチの直径を有し、
約１２回セラミックロッド102 の周囲に螺旋状に巻き付
けられているのが好ましい。小さい質量セラミックロッ
ド102 によって、均一性が高く、迅速に起動し、また、
動作電力が低い装置が好ましい形式で可能になる。セラ
ミックロッド102 の上部表面によって、ターゲットが非
常に均一に加熱される。約１．４アンペアの電流がヒー
タワイヤ104 を通過し、それによってセラミックロッド
102 とヒータワイヤ104 の両方が約１０００℃に加熱さ
れる（セラミックロッド102 は、わずかに低温である可
能性もある）。セラミックロッド102 において使用され
る以下に説明される好ましいセラミックMacor （機械加
工可能なセラミック）は、７．５乃至１２ｍの周波数帯
において約０．８４の平均放射性を有している。

【００１８】セラミックロッド102 の上部セラミック表
面（本明細書において、セラミックフロア108 と呼ばれ
る）の上方に存在しているヒータワイヤ104 の巻回を加
えることによって、小さい黒体空洞106 が生成される。
この黒体空洞106 は、セラミックフロア108 の放射性を
０．８４から約１．０まで効果的に増加する。セラミッ
クフロア108 の上方に存在しているヒータワイヤ104 の
部分によって、ボアサイト熱基準源100 の黒体空洞106
の円筒形の側壁が形成され、セラミックフロア108 の平
坦な表面によって、黒体空洞106 の底部が形成される。
セラミックフロア108 の上方のヒータワイヤ104 の最も
熱い最上部の巻回によって、セラミックフロア108 の表
面からの反射によって図示されていないビーム中に付加
的な光子が生成される。最後に、ヒータワイヤ104 のコ
イル構造は、セラミックフロア102 の上部および下部に
巻回を有することによってセラミックフロア102 におけ
る熱を最大限に利用することができる。

【００１９】さらに、ボアサイト熱基準源100 のハウジ
ング空洞114 はシールドとして機能し、そこにおいて、
ハウジング空洞116 の部分的に反射する円筒形の表面に
よって、ヒータワイヤ104 はより加熱され、従って、ボ
アサイト熱基準源100 もより高温にされる。ハウジング
空洞114 から遮蔽することによって、黒体空洞106 の効
果と共に、最小のヒータの動作電力でＩＲ基準信号202
のパワーが集合的に増加される。

【００２０】黒体空洞106 の幾何学的形状は、セラミッ
クロッド102 の周囲にヒータワイヤ104 を堅固に巻き付
けて熱処理されることによって保持され、それによっ
て、ヒータワイヤ104 がセラミックロッド102 から跳ね
て外れることを阻止する。セラミックロッド102 の周囲
にしっかりと適合させるために、ヒータワイヤ104 は、
最初に０．５４インチの直径のドリルビット等の小さい
直径のロッドの周囲に巻き付けられ、その後、セラミッ
クロッド102 に移動される。組立て前のヒータワイヤ10
4 の熱処理は、約１０６５℃の真空炉で３０分間行う
か、もしくは、６０秒間ヒータワイヤ104 に１．５Ａの
電流を流すことによって達成される（Macorセラミック
は、長い時間１０００℃以上にすると溶解するため、セ
ラミックロッド102 は真空炉に置かれることはできな
い）。また、第２の熱処理は、ハウジング空洞114 を使
用して組立て期間中に行われ、それによって、１．４５
Ａの電流がヒータワイヤ104 を通って流れる。両方の熱
処理の期間中、コイル状のヒータワイヤ104 は、巻回間
の間隙を減少するために静かに押される。これらの巻回
と巻回の間の間隙を減少することによって、黒体空洞10
6 の壁構造の維持を助ける。

【００２１】さらに、セラミックロッド102 の上部部分
における穴（本明細書においてヒータワイヤ穴118 と呼
ばれる）に底部巻回を通すことによって、ヒータワイヤ
104が位置に保持され、黒体の幾何学的形状が保持され
る。最後に、２つの狭いハウジング溝122 もまた、ヒー
タワイヤを位置に維持するために使用される。

【００２２】セラミックロッド102 は、ボアサイト源ハ
ウジング110 （ハウジング110 もまたMacor セラミック
で作られているのが好ましい）に固定されて接続されて
いる。セラミックロッド102 は、セラミックロッド102
の底部の直径と、ボアサイト源ハウジング110 内の正確
な孔との間で密接に適合させることによってボアサイト
源ハウジング110 に正確に位置される。セラミックロッ
ド102 をボアサイト源ハウジング110 に堅固に取付ける
ことは、より合わせられたワイヤ120 の部片をハウジン
グおよびセラミックロッド穴112 に通すことによって達
成される。このハウジングおよびセラミックロッド穴11
2 は、ボアサイト源ハウジング110 の一方の側からセラ
ミックロッド102 の底部の端部を通ってボアサイト源ハ
ウジング110 のもう一方の側まで延在している。さら
に、このより合わせられた同じワイヤ120 によって、ヒ
ータワイヤ104 の一端がハウジングに留められ、それに
よって、ヒータワイヤ104 の上部巻回は移動することが
できない。ボアサイト熱基準源100 は、より合わせられ
たワイヤ120 を切断して取除くことによってセラミック
ロッド102 およびヒータワイヤ104 （これらの２つの素
子は最も損傷を受け易い）を容易に交換できるという意
味において容易に再構成できると言える。

【００２３】熱損失は、図１のｂにおいて示されている
ようにヒータワイヤ104 が巻き付けられている地域の下
方においてセラミックロッド102 を細くする、すなわ
ち、好ましい実施形態において長さ０．１２インチ、直
径０．０４０インチにすることによって最小に維持され
るが、幾らかの熱は、黒体空洞のセラミックフロア108
からハウジング空洞114 への伝導によって失われる。セ
ラミックロッド102 は、好ましい実施形態において、Co
rning Glass Works 社(Corning. NY 14830) のMacor ガ
ラスセラミックで作られる。

【００２４】図２において、ＡＥＳＯＰシステム200 に
おける本発明の応用が示されており、そこにおいて、レ
ーザビーム204 とＦＬＩＲの視線（以後、ＦＬＩＲ入力
信号220 と呼ばれる）との間の平行関係は、基準ビーム
を使用して維持されなければならない。以後、ボアサイ
ト源赤外線基準信号202 と呼ばれる基準ビームは、レー
ザおよび熱基準源206 内に見られるボアサイト熱基準源
100 によって生成される。

【００２５】図３において、レーザおよび熱基準源206
内でどのようにボアサイト源赤外線基準信号202 が生成
されるかが示されている。高熱のボアサイト熱基準源10
0 からの赤外線エネルギは、集光光学素子320 を介して
集められ、絞り324 上のピンホール326 に投影される。
その後、ピンホールにおける像は、照準光学素子322に
よってコリメートにされる。この点においてコリメート
にされた信号は、絞りの４ミルのピンホールに等しい８
ｍｒａｄの弦と、０．５インチの実効的な焦点距離（図
３においてｆ_cである）とを有している。図２におい
て、コリメートされた信号は、レーザおよび熱基準源20
6 から出て、６．２５倍のビーム拡大器216 を通過した
後に（ぼやけていない）１．２８ｍｒａｄの弦のターゲ
ットに変換される（すなわち、１．２８ｍｒａｄ＝８ｍ
ｒａｄ／６．２５）。

【００２６】ボアサイト源赤外線基準信号202 がレーザ
および熱基準源206 内でレーザビームに正確に整列され
ていることは図２もしくは３には示されていない。

【００２７】引き続き図２において、この整列されたレ
ーザビームおよびボアサイト源赤外線基準信号202 は、
同じ通路に沿って進行し（しかし同時ではない）、レー
ザ２軸ミラー214 によって反射され、好ましい実施例に
おいて、６．２５倍に拡大するビーム拡大器216 および
レーザウィンドウ230 を通して導かれる。ＦＬＩＲ入力
信号220 およびレーザビーム204 の両方が図２に示され
ているボアサイトの動作の期間中に存在する訳ではな
い。ＦＬＩＲ入力信号220 およびレーザビーム204 の潜
在的な方向（すなわち、再帰反射器218 が途中にないか
どうか）は、整列方法を理解する目的のためだけに図２
において示されている。通常動作の期間中に、図示され
ていないボアサイトではなく、ジンバル式ボール232 が
再帰反射器218 から回動され、それによって、入来する
ＦＬＩＲ入力信号220 は、ブロックされていないＦＬＩ
Ｒテレスコープ対物レンズ228 に入力することができ
る。通常動作の期間中に、ＡＥＳＯＰシステム220 がタ
ーゲットを追跡およびロックオンし、それに向けてレー
ザビーム204 を発射する。

【００２８】図２におけるボアサイトの動作の期間中、
ジンバル式ボール232 は、好ましい実施形態において
１．０１６ｃｍの開口を有している再帰反射器218 と整
列するように回動し、それによって、レーザビーム204
と潜在的に平行である通路（すなわち、オン状態ではレ
ーザビーム204 に平行である通路だが、この特定の状況
においてはオン状態ではない）においてＦＬＩＲテレス
コープ対物レンズ228 を通してボアサイトＩＲ基準信号
202 をＦＬＩＲ210 に導く。ＦＬＩＲ210 は、直径が
１．２８ｍｒａｄのぼやけていないボアサイト源ＩＲ基
準信号202 を２．７ｍｒａｄのぼやけたボアサイト源Ｉ
Ｒ基準信号212 と見なす。ぼやけは回折のために生じ、
その理由は、１．２８ｍｒａｄのぼやけていない直径は
２．３１４ｍｒａｄのエアリー円盤の直径よりも小さい
からである。２．３１４ｍｒａｄのエアリー円盤の直径
は、０．２４４Ｉ／Ｄと等しく、そこにおいてＩ＝９．
６４ミクロンの波長であり、Ｄ＝再帰反射器218 の１．
０１６ｃｍの開口であることに注意すべきである。

【００２９】図２のボアサイト動作の期間中に、ボアサ
イト熱基準源100 が３０秒間オン状態にされる。ぼやけ
たボアサイト源ＩＲ基準信号212 の重心が追跡レチクル
（ＦＬＩＲ入力信号220 のターゲットへの位置付けおよ
びロックオンに使用される箱）の中心にない場合、追跡
レチクルはボアサイト源ＩＲ基準信号212 の重心がその
中心に来るように移動される。さらに、レーザ２軸ミラ
ー214 の位置への微調整は、ＩＲ基準信号202 （および
潜在的なレーザビーム204 ）を潜在的なＦＬＩＲ入力信
号220 に正確に整列するために行われる。その後、追跡
レチクルの位置とレーザ２軸ミラー214 の位置はソフト
ウェアを介して蓄積され、通常動作の期間中にターゲッ
トにロックオンおよび放射する際に使用される。

【００３０】ボアサイト熱基準源100 を良好に追跡する
ために、ＦＬＩＲ入力信号220 の２℃の変化に相当する
少なくとも１２５ｍＶのピークＦＬＩＲ応答信号226
は、オン状態にされた後に２０秒以内に得られなければ
ならず、ぼやけたボアサイト源ＩＲ基準信号212 は、
（１０％の点において測定して）直径において４ｍｒａ
ｄ以下でなければならない。主として再帰反射器218 の
開口（図３におけるＤa ）がＦＬＩＲ210 の入射瞳孔
（図３におけるＤf ）よりも大幅に小さい（１／３４６
の面積であり、従って、１／３４６の信号である）とい
う理由で、ボアサイト熱基準源100 によって供給される
熱および放射性が高いことが要求される。また、図３に
示され、以下に説明されているボアサイト源光学システ
ム302 からの回折および伝送損失によって、さらに、少
なくとも３．７倍だけＦＬＩＲ応答信号226 は劣化され
る。ボアサイト熱基準源100 において生成されたＩＲ基
準信号202 は、図３に示されているようにボアサイト源
光学システム302 を通過し、コリメートにされたボアサ
イト源ＩＲ基準信号304 を生成するために使用される。
ボアサイト源光学システム302 は、集光光学素子320 、
照準光学素子322 、ピンホール326 を有している視野絞
り324 、ビーム拡大器、および再帰反射システム328 で
構成されている。コリメートにされたボアサイト源ＩＲ
基準信号304 は、図２において詳細に示されているＦＬ
ＩＲ光学素子306 と、デュワー窓310 およびデュワー検
出器アレイ312 を有している検知器デュワー308 とを通
過する。ＦＬＩＲ応答信号226 （ｘ方向における応答対
ｙ方向における走査時間）がデュワー308 の入口におい
て示される。ＦＬＩＲ応答信号226 は、ぼやけたボアサ
イト源ＩＲ基準信号212 の中心を通って走査するスキャ
ナ208 の結果である。

【００３１】本発明の、ＬＷＩＲ光学システムのための
ボアサイト熱基準源によって、７．５乃至１２ｍの周波
数帯にわたって均一で高強度のＬＷＩＲパワーが供給さ
れる。ビームは、ＦＬＩＲに対する基準信号として必要
であるＩＲ照合線ビームとして使用されることができ、
ＡＥＳＯＰシステム200 においてレーザの方向を表す。
この装置は高価ではなく、真空の使用を必要とせず、容
易に機械加工されるMacor セラミックを使用し（特に円
筒形であるセラミックロッド）、また、迅速に組立てを
行うことができ、組立てにかかる時間は１時間以下であ
る。この装置は小型で、緊密にパッケージングするとい
う要求に適合し、迅速に応答し（起動に２０秒以下）、
１０ワット以下の低い動作電力しか使用しない。

【００３２】セラミックロッド102 源をボアサイトハウ
ジング110 にしっかりと取付けることによって、装置は
ＬＷＩＲビームをピンホール326 の方向に正確に位置付
けることができる。ＦＬＩＲ210 において発生された信
号のほとんどは、均一に加熱された直径５８ミルのセラ
ミックフロア108 の中心上の直径４ミルの点から発せら
れるので、振動または衝撃の期間中のボアサイト熱基準
源100 の動きによってＦＬＩＲ応答信号226 の位置が変
化することはない。

【００３３】［ボアサイト熱基準源の試験］本発明の好
ましい実施形態において説明されているボアサイト熱基
準源100 の構成は、図２において示されているように、
ＡＥＳＯＰシステム200 を使用して達成される。セラミ
ックロッド102 がボアサイト源ハウジング110 に取付け
られているボアサイト熱基準源100 の最新の形態は、完
全に試験されていない。しかしながら、非常に類似した
設計（主要な違いは、セラミックロッド102 がハウジン
グに取付けられていないことである）が第１の２つのＡ
ＥＳＯＰシステム200上および第３のレーザシステムに
おいて使用され、得られた結果は、ボアサイト熱基準源
100 が仕様書および要求に従って動作することを示す。

【００３４】試験の目的は、ボアサイト熱基準源100 全
体の性能を評価することである。試験は、ピークＦＬＩ
Ｒ応答信号226 の強度と、ぼやけたボアサイト源ＩＲ基
準信号212 の寸法および均一性とを測定することよりな
る。

【００３５】以下のＡＥＳＯＰシステムの素子および試
験装置が使用される。

【００３６】１．ＦＬＩＲ210 およびボアサイト熱基準
源100 のための電力供給装置；２．ジンバル式ボール232 中に設けられたＡＥＳＯＰ
ＦＬＩＲ光学素子306、スキャナ208 、およびＦＬＩＲ2
10 （ＦＬＩＲ210 は、実際には図示されていない映像
光学素子と、同様に図示されていない検知器330 および
電子装置である）と、（ビデオ信号を処理するための）
図示されていないＡＥＳＯＰデジタル走査コンバータ；３．整列のための図示されていないミラーおよびＨｅＮ
ｅレーザ；４．以下のリストに列挙された３つの光学システムの１
つ；５．再帰反射器218 の開口をシミュレートするための調
節可能な開口６．ビデオ処理の前のＦＬＩＲ応答信号226 を受けるた
めの図示されていないブレイクアウトボックス；７．ＦＬＩＲ応答信号226 をｍＶで測定するための図示
されていないオシロスコープ；８．図示されていないＴＶモニタ；ピークＦＬＩＲ応答
信号226 およびぼやけたボアサイト源ＩＲ基準信号212
の直径を決定する試験は以下のように実行される。ＦＬ
ＩＲ210 とボアサイト熱基準源100 が最初にパワーアッ
プされる。その後、ジンバル式ボール232 は、（デュワ
ー検知器アレイ312 の１６０個のチャンネルのうちのチ
ャンネル61乃至100以内で）ぼやけたボアサイト源ＩＲ
基準信号212 がビデオにおいて中央に位置付けされるま
で回動される。その後、ブレイクアウトボックスからの
正確な信号（信号はまたシステムのソフトウェアを介し
て制御される）は、オシロスコープに供給される。

【００３７】均一性を測定するための試験の設定には、
上述のこと全てと、図示されていないシステムのビデオ
処理部分から来る信号のトラッキング信号エラーを監視
することが要求される。トラッキング信号エラーは、ぼ
やけたボアサイト源ＩＲ基準信号212 の重心と、ビデオ
の正確な中心との間の距離に比例する。通常動作の下
で、ボアサイトの動作中にレチクルおよびレーザ２軸ミ
ラー214 を補正するために、トラッキング信号エラーか
らの情報が使用される。

【００３８】試験は、３つの異なる光学素子の組を使用
して行われ、それぞれＦＬＩＲの入射瞳孔における開口
は１．０１６ｃｍであった。

【００３９】１．ボアサイト源光学素子をシミュレート
するために光学素子を使用し、そこにおいて、シミュレ
ータは、集光光学素子、焦点絞り、および照準光学素子
とで構成されており、２．レーザのボアサイト熱基準源100 と、図示されてい
ないソレル(Sorell)ビーム拡大器を有する集光光学素子
320 および照準光学素子322 とを使用し、３．実際のＡＥＳＯＰシステム200 を使用する。

【００４０】シミュレータは、実際のシステムの２倍以
上伝送する大きいピンホールの直径および光学素子を使
用し、それによって、結果としてより大きいＦＬＩＲ応
答信号226 を生成する。シミュレータおよびＡＥＳＯＰ
ＦＬＩＲ210 を使用して、約８３０ｍＶのＦＬＩＲ応
答信号226 が達成される。ボアサイト熱基準源100 のヒ
ータワイヤ104 は１．４Ａの電流と５Ｖの電圧を使用
し、それは７ワットに相当する。ソレルビーム拡大器を
使用することによって、ＦＬＩＲ応答信号226 は第１の
２つのＡＥＳＯＰシステム200 に対して約２２０ｍＶに
なり、第３のレーザに対して約２７０ｍＶになる（試験
に関するこのセクションを通しての“レーザ”とは、ボ
アサイト熱基準源100 、集光光学素子320 、および照準
光学素子322 を意味している）。信号におけるこの増加
は、第１の２つのシステムが受けたぼやけの原因が第３
のレーザによって排除されるという事実のためである。
第１の２つのＡＥＳＯＰシステムにおいて見られるＦＬ
ＩＲ応答信号226 の振幅は約１６８ｍＶである。システ
ムは、第３のレーザを使用して、第３のレーザに見られ
る改良に基づいて約２０６ｍＶの振幅を達成する。どの
場合においても、信号の少なくとも９０％が２０秒で達
成されることは注目すべきである。

【００４１】本発明の好ましい実施形態において与えら
れ、ボアサイト源ハウジング110 に取付けられたセラミ
ックロッド102 を有する最新の設計において、ボアサイ
ト源ハウジング110 のフロアにセラミックロッド102 を
取付けることによって誘発される熱伝導損失のために、
信号は第３のレーザシステムから得られたＦＬＩＲ応答
信号226 よりも結果的に約１０％少なくなる。しかしな
がら、取付けは、製造において熱源を正確に位置させる
ために必要である。この評価は、（０．０５８インチで
はなく０．０７０インチであるセラミックフロア108 の
直径および０．１２インチではなく０．１０インチであ
るセラミックロッド102 の細い領域の長さを除いて）最
後の設計のものとＡＥＳＯＰシステム200 において使用
された設計とを比較した際に見られる約２０％の損失に
基づいている。この試験において、１９９４年２月に上
述の設定において光学素子が使用された。

【００４２】センサの出力において電流の増加が所望さ
れた場合に、電流は１．５Ａまで上げることができる
が、これによって、Macor セラミックの温度がその溶融
点である１０００℃にまで増加し、ニクロム線の温度が
１０００℃以上に増加し、その結果、過剰な酸化を防ぐ
ための推奨された温度を超過してしまう。これらの変更
がない場合でさえ、良好なトラッキングのために必要な
少なくとも１２５ｍＶのＦＬＩＲ応答信号を有するボア
サイト熱基準源100 の最低の要求が容易に満たされるこ
とは明らかである。類似した設計において、約１６８ｍ
Ｖで行われた。この値は、第１の２つのシステムにおい
て生じるぼやけのために低い。ここには示されていない
が、より詳細な計算によって、２００ｍＶが実際の理論
的な最大値であることが提示される。

【００４３】さらに、ボアサイト源のターゲットの均一
性を試験するために、ボアサイト熱基準源100 は２９ミ
ルまで前後に移動され、それは重心のトラッキングエラ
ーを監視している間に、衝撃もしくは振動のために被ら
なければならないものである。２０ｍｒａｄ以下に対応
するトラッキングエラーが観察される。

【００４４】最後に、組立ておよび試験によって、本発
明の好ましい実施形態のボアサイト熱基準源100 は、容
易に製造および使用することができ、維持費は低いが、
一方、ほとんど手を触れずにボアサイト動作において迅
速な起動能力を供給することができる。

【００４５】上述の本発明は、もちろん、当業者の技術
の範囲内で多数の変更および修正が行われる。上述の赤
外線ボアサイト熱基準源は、３乃至５ｍｍの帯域を含む
多重波長帯域にわたって適用可能である。例えば、ボア
サイト熱照合線は、３乃至５ｍｍの帯域において動作す
るＦＬＩＲおよび関連したレーザの測距／指示装置に関
連して使用されることができる。全てのそのような変
更、修正は、本発明の意図および特許請求の技術的範囲
内で行われることは理解されるべきである。同様に、本
発明の出願人が、例示する目的で本明細書に開示された
本発明の好ましい実施形態の例の全ての変更および修正
を本発明の意図および技術的範囲から逸脱することなく
カバーし、請求することは理解されるべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に従って構成されたボアサイ
ト基準源の平面図およびその線２−２に沿ったボアサイ
ト基準源の断面図。

【図２】図１に示されているボアサイト熱基準源を使用
するＡＥＳＯＰシステムの詳細を示す概略図。

【図３】本発明の実施形態の有効性をより良く説明する
ために、図２に示されたＡＥＳＯＰシステムの光学素子
を簡単化した形式で示す概略図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者チャールズ・エヌ・ボイヤーアメリカ合衆国、カリフォルニア州、ロサンゼルス、クロイドン・アべニュー 8412 (56)参考文献特開平２−287123（ＪＰ，Ａ) 特表平５−509413（ＪＰ，Ａ) 米国特許3566122（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01J 5/02 G01J 1/02 G01J 3/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】高強度のＩＲ信号を供給することが可能
なボアサイト熱基準源において、中空のボアサイト源ハウジングと、前記ボアサイト源ハウジングの内部に設置されたセラミ
ックロッドと、少なくとも部分的に前記セラミックロッドを螺旋状に取
囲み、前記セラミックロッドの上端部の周囲から上方に
向かって延在している複数の巻回を有するヒータワイヤ
とを具備し、前記上方に向かって延在している前記複数
の巻回および前記セラミックロッドによって黒体空洞が
形成されることを特徴とするボアサイト熱基準源。
【請求項２】セラミックロッドおよび前記ボアサイト
源ハウジングは、機械加工が可能なガラスセラミック材
料で作られている請求項１記載のボアサイト熱基準源。
【請求項３】前記ヒータワイヤは、ニクロムから作ら
れ、約０．００６乃至０．０１０インチの直径を有し、
約１２個の巻回に螺旋状に巻き付けられ、少なくともそ
の幾つかは前記セラミックロッドの一端の外側から上方
に向かって延在し、それによって黒体空洞が生成されて
いる請求項１記載のボアサイト熱基準源。
【請求項４】最小のヒータの電力でセラミックロッド
の上部をより均一に加熱するために、セラミックロッド
の直径は約０．０３８乃至０．０６８インチである請求
項１記載のボアサイト熱基準源。
【請求項５】ヒータワイヤおよび前記セラミックロッ
ドの前記上端部を約１０００℃に加熱するために、約
１．４Ａの電流が使用される請求項１記載のボアサイト
熱基準源。
【請求項６】前記ヒータワイヤは、前記セラミックロ
ッドの周囲に強固に巻き付けられ、前記ヒータワイヤが
前記セラミックロッドとの接触から弾性的に外れること
を防ぐために熱処理されている請求項１記載のボアサイ
ト熱基準源。
【請求項７】前記ヒータワイヤは、組立ての前に、前
記コイル状にされたヒータワイヤの巻回間の間隙を除去
するためにその両端を押さえた状態で約１０６５℃の真
空炉中において３０分間熱処理を受ける請求項６記載の
ボアサイト熱基準源。
【請求項８】前記ヒータワイヤは、前記コイル状にさ
れたヒータワイヤの巻回間の間隙を除去するためにその
両端を押さえた状態で約１．５Ａの電流を前記ヒータワ
イヤに約６０秒間流すことによって熱処理される請求項
６記載のボアサイト熱基準源。
【請求項９】前記セラミックロッドおよび前記ヒータ
ワイヤの一端は、正確な位置付けのためにボアサイト源
ハウジングに堅固に取付けられて前記ヒータワイヤおよ
び前記セラミックロッドの移動を防ぐことによってボア
サイト源ハウジングにしっかりと接続されている請求項
１記載のボアサイト基準源。
【請求項１０】前記セラミックロッドのボアサイト源
ハウジングに対する固定取付けは、より合わせられたワ
イヤを前記ボアサイト源ハウジングおよび前記セラミッ
クロッドに形成された複数の穴に通すことによって達成
される請求項９記載のボアサイト基準源。
【請求項１１】前記ヒータワイヤの一端は、前記ヒー
タワイヤの先導部分上に前記より合わせられたワイヤを
巻き付けることによって前記ボアサイトハウジングに堅
固に固定されている請求項９記載のボアサイト熱基準
源。
【請求項１２】前記セラミックロッドおよび前記ヒー
タワイヤは少なくとも部分的に遮蔽するように構成され
た第２のハウジング空洞に位置されている請求項１記載
のボアサイト熱基準源。