JPH10307023A - 光波センサ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザ測距装置を用いて目標の距離情報を得
る場合、目標にレーザを照射しなければならないため、
敵に察知されてしまう。 【解決手段】 一つのパッシブ撮像装置で目標捕捉・追
尾用、および距離情報を算出用の画像情報を取得する。
パッシブ撮像装置を回転架台の回転軸から所定の距離離
して設置し、首振駆動制御することにより画像面上に設
けた第１、第２のスリットを通して得られる同一目標の
画像から距離情報を取得するとともに、スリット以外の
画像を通して、目標捕捉・追尾用として広視野の目標情
報を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、目標に関する情
報を高い秘匿性で検知する対空防衛機器として使用され
る光波センサ装置において、特に目標の探知、追尾およ
び目標までの距離の算出を撮像器で行うことができる光
波センサ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１０は、従来の目標探知・追尾用の光
波センサ装置の構成を示す図であり、従来の光波センサ
装置は、目標の画像を取得する赤外線撮像装置１と、目
標の距離情報を取得するためのレーザ測距装置２と、目
標の位置、方位および速度を算出する追尾計算装置３
と、目標未来予測位置の算出および目標が射程内にある
か否かの判定（射程内判定）をする射撃計算装置４と、
赤外線撮像装置１、レーザ測距装置２、射撃計算装置４
から得られる目標情報を表示する画像表示装置５とから
構成されている。

【０００３】次に動作について詳しく説明する。赤外線
撮像装置１は、遠方目標自身から放射される赤外線を検
出し、必要なレベルまで増幅し、信号処理を行ない、画
像情報６として追尾計算装置３へ出力する。レーザ測距
装置２は、目標にレーザを照射し、目標からの反射波が
戻っていくるまでの時間差をもとに目標までの距離を算
出し、算出された距離を距離情報７として追尾計算装置
３へ出力する。追尾計算装置３は、赤外線撮像装置１か
らの画像情報６およびレーザ測距装置２からの距離情報
７を入力として、目標の位置、方位および速度を目標諸
元８として算出し、射撃計算装置４へ出力する。射撃計
算装置４は、目標諸元８を入力として、目標未来位置お
よび射程内判定の結果を目標予測情報９として算出す
る。目標予測情報９を画像情報６および距離情報７とと
もに目標情報として映像化させ画像表示装置５に表示
し、例えば目標の未来位置が射程内にあるときに砲に対
して射撃命令を下すための判断材料を人間に与えるため
に用いられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の光波センサ装置
は、レーザ測距装置を用いて目標にレーザを照射して目
標までの距離を算出する（アクティブ測距方式）。この
ため、例えば近年の軍用ヘリコプタのようにレーザ照射
警戒装置が搭載されたヘリコプタの場合、自機がレーザ
照射されていることが容易に検知できる。したがって、
目標探知・追尾用光波センサ装置に、秘匿性の劣るアク
ティブ測距方式を用いる場合、敵に測距を行っているこ
と、またはレーザの照射元が察知されるという大きな課
題があった。

【０００５】これに対し、特開平２−７８９０６号公報
に記載されるように、レーザ測距装置を用いずに２種類
の異なる波長帯に感度を有する光検出素子を用いて、２
つの波長帯からの入力信号値と、２つの波長帯での大気
透過率の差を利用することにより、１台の赤外線撮像装
置で目標までの距離を測定する方法があった。この方法
は、赤外線撮像装置が１台で済むため、例えば２台の赤
外線撮像装置を用いて測距を行う三角測量方法よりもコ
ストが低くなり、また複数の赤外線撮像装置間の距離お
よび方位を算出する必要がなく、かつ複数の赤外線撮像
装置を同期させて同一目標を捕捉するように制御を行う
ような複雑な制御系が不要となる。しかし、この方法の
場合、大気透過率の算出のために、光検出器から目標ま
での大気温度および湿度等の大気データをあらかじめ計
測する必要があり、目標の高度がわからない場合、ある
いは大気が不安定な場合は取得した大気データに誤差が
生じ、測距精度に影響がでるという問題があった。ま
た、目標の温度情報をあらかじめ知っておく必要があ
り、未知の目標に対して対処できないという欠点があ
る。さらに、波長帯の異なる高価な光波検出素子を２種
類使用するため、コストが高くなるという課題があっ
た。

【０００６】この発明は上記のような技術課題を解消す
るためになされたもので、目標の画像情報を取得するこ
とが目的の１台の撮像装置を用いて、遠方目標の距離を
含めた目標情報を算出する光波センサ装置を得ることを
目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】第１の発明による光波セ
ンサ装置は、焦点調整用レンズ、光検出素子、上記光検
出素子面の両端にそれぞれ像が得られるよう上記焦点調
整用レンズと光検出素子との間にそれぞれ設けられた第
１のスリットおよび第２のスリットを有するスリット板
とを設けたスリット付撮像器と、上記スリット付撮像器
を支持する支持部材と、上記支持部材が結合された回転
部を有し、上記第１および第２のスリットの長手方向と
上記回転部の回転軸が平行になるように配置され、上記
スリット付撮像器が円弧上を回転するよう駆動する回転
架台と、上記第１のスリットを介して得られた画像と上
記第２のスリットを介して得られた画像とが一致する角
度まで上記スリット付撮像器を回転させるように上記架
台を駆動制御する制御手段と、上記第１のスリットと上
記第２のスリットの画像が一致するまでの回転角度、上
記回転軸と上記光検出素子面との距離および上記第１、
第２のスリットからの視野角とから目標までの距離を算
出する距離算出手段とを具備したものである。

【０００８】また、第２の発明による光波センサ装置
は、第１の発明に、目標を追尾して目標の画像と目標の
方向を得る追尾撮像器と、上記距離算出手段から得られ
る目標の距離と上記追尾撮像器から得られる目標の方向
とにより目標の位置、方位および速度を算出する演算手
段と、上記目標の位置、方位および速度により目標未来
位置の算出および目標が射程内にあるか否かの判定をす
る射撃計算手段と、上記射撃計算手段からの情報を表示
する画像表示手段とを具備したものである。

【０００９】また、第３の発明による光波センサ装置
は、第１の発明に、上記スリット付撮像器は、目標を追
尾して目標の画像と目標の方向を得る追尾手段を有し、
上記目標の距離と上記目標の方向により目標の位置、方
位および速度を算出する演算手段と、上記目標の位置、
方位および速度により目標未来位置の算出および目標が
射程内にあるか否かの判定をする射撃計算手段と、上記
射撃計算手段からの情報を表示する画像表示手段とを具
備したものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１は、この発明の実施の形態１を示す
構成図であり、追尾撮像器である赤外線撮像装置１、追
尾計算装置３３、射撃計算装置４、画像表示装置５、ス
リット付き赤外線撮像装置１０、回転駆動制御装置１１
および距離計算装置１２から構成されている。赤外線撮
像装置１、追尾計算装置３、射撃計算装置４、画像表示
装置５は従来と同じものである。スリット付き赤外線撮
像装置１０は、焦点調整用レンズ１０ａと、焦点調整用
レンズ１０ａによって結像された像を光電変換する光検
出素子１０ｂと、焦点調整用レンズ１０ａと光検出素子
１０ｂとの間に設けられたスリット板１０ｃとから構成
される。スリット板１０ｃは、例えば矩形の薄板の中央
に矩形の穴が設けられ、この穴の外側に互いに穴に対し
て対称になるように配置された第１のスリット、第２の
スリットである２本のスリットが設けられたもので、焦
点調整用レンズ１０ａで集光され、スリット板１０ｃの
第１、第２のそれぞれのスリットを通過した光は、それ
ぞれ光検出素子１０ｂの両端のどちらかに像を結ぶよう
に設置される。例えば、光検出素子が５００×５００画
素の場合、光検出素子の両端の１列の画素（１×５００
画素）にそれぞれ第１、第２のスリットからの光が結像
するようにスリットの幅、長さ、位置を決める。また、
回転駆動制御装置１１は、スリット付き赤外線撮像装置
１０が設置された回転架台１１ｂ（図示しない）の回転
駆動を制御する。回転架台１１ｂは回転駆動される回転
部を有し、スリット付き赤外線撮像装置１０を支持する
支持部材１１ｃを介して、スリット付き赤外線撮像装置
１０が上記回転部に結合される。この際、スリット付き
赤外線撮像装置１０の第１、第２のスリットの長手方向
は、回転架台１１ｂの回転部の回転軸に対して平行にな
るように配置される。また、回転架台１１ｂの回転部の
回転軸とスリット付き赤外線撮像装置１０との距離Ｒは
所定の距離だけ十分離れて配置される。また、図２に実
施の形態１の概念図を示す。

【００１１】次に上記実施の形態１の動作を説明する。
赤外線撮像装置１は、遠方の目標自身から放射される赤
外線のみを検出し、必要なレベルまで増幅し、信号処理
を行った後、目標探知および追尾のための画像情報６を
追尾計算装置３へ出力する。図２の概念図に示すよう
に、回転架台の上に回転軸から所定の距離だけ離して設
置されたスリット付き赤外線撮像装置１０は、第１のス
リットを通して遠方目標の赤外線を検出する。また、ス
リット付き赤外線撮像装置１０は、回転駆動制御装置１
１から出力される回転架台駆動信号１３に基づき回転
し、次に同一目標を第２のスリットを通して画像情報６
を取得する。回転駆動制御装置１１は、画像の中心から
距離を隔てて設けられた第１、第２のスリットを通して
得られたそれぞれの同一目標の画像情報６とが一致した
時点の回転架台の回転角を回転架台に設けられた角度検
出器によって測定し、距離計算装置１２へ送る。距離計
算装置１２は、回転架台の回転角１５と画像情報６をも
とに、”数１”を用いて目標の距離を算出する。

【００１２】

【数１】

【００１３】従来、パッシブ測距方式は、２台の撮像器
を利用して、画像内の目標位置を求めるため、検出素子
の特性から例えば目標が１画素程度の大きさに見えると
き、目標が１画素分移動しないと２台の撮像器によって
同一の目標を判別できないため、測距誤差が大きくな
る。しかしながら、目標との角度差情報を利用すること
により同じ１画素の大きさの目標を検出しても、１台の
撮像器を用いて回転架台の回転角によって目標の距離計
算が可能であるため、誤差を小さくできる。また、架台
の回転精度を高めることによって、高精度な画像情報を
得ることができる。一方、追尾計算装置３は、赤外線撮
像装置１より出力された画像情報６および距離計算装置
１２から出力された距離情報７を入力として、目標位
置、方位、速度を目標諸元８として算出し、射撃計算装
置４へ出力する。射撃計算装置４は、目標諸元８を受
け、目標未来位置および射程内判定の結果を目標予測情
報９を算出する。目標予測情報９をもとに映像化された
シンボルと目標の画像情報６とが画像表示装置５に表示
される。なお、本実施の形態では撮像器として、赤外線
撮像装置１を用いた場合を示したが、撮像器はこれに限
らなくともよく、例えば可視撮像装置のように目標の画
像を得ることができるものであればよい。また、上記ス
リットは、長手方向が回転軸に平行であればよく、回転
軸が直立していれば左右にスリットがあり、回転軸が水
平であれば、上下にスリットがあってもよい。

【００１４】実施の形態２．図４は、この発明の実施の
形態２を示す構成図であり、追尾計算装置３、射撃計算
装置４、画像表示装置５、スリット付き赤外線撮像装置
１０、回転駆動制御装置１１および距離計算装置１２か
ら構成されている。また、図５に実施の形態２の概念図
を示す。

【００１５】次に上記実施の形態２の動作を説明する。
図５の概念図に示すように、一つの赤外線撮像装置によ
り目標の画像情報および距離情報を算出するための画像
情報を取得する。第一に目標距離を算出するための画像
情報を得るために、回転架台の上に回転軸から離して設
置するスリット付き赤外線撮像装置１０は、実施の形態
１と同様に第１のスリットを通して遠方目標の赤外線を
検出する。また、スリット付き赤外線撮像装置１０は、
実施の形態１と同様に回転駆動制御装置１１から出力さ
れる回転架台駆動信号１３に基づき回転し、次に同一目
標を第２のスリットを通して画像情報６を取得する。画
像中心から距離を隔てて設けられた第１、第２のスリッ
トを通して得られたそれぞれの同一目標の画像情報６と
が一致した時点の回転架台回転角１５を距離計算装置１
２へ送る。距離計算装置１２は、回転架台回転角１５と
画像情報６をもとに、”数１”を用いて目標の距離を算
出する。第二に、目標の探知・追尾用として、広視野に
わたる画像情報６を得るために、第１、第２のスリット
から得られる画像、およびスリット板で遮蔽される画像
以外の画像を通して目標の画像情報６を取得し、追尾計
算装置３へ出力する。一方、追尾計算装置３は、スリッ
ト付き赤外線撮像装置１０より出力された画像情報６お
よび距離計算装置１２から出力された距離情報７を入力
として、目標位置、方位、速度を目標諸元８として算出
し、射撃計算装置４へ出力する。射撃計算装置４は、目
標諸元８を受け、目標未来位置および射程内判定の結果
を目標予測情報９として算出する。目標予測情報９をも
とに映像化されたシンボルと目標の画像情報６とが画像
表示装置５に表示される。

【００１６】実施の形態３．図６は、この発明の実施の
形態３を示す構成図であり、追尾計算装置３、射撃計算
装置４、画像表示装置５、スリット付き赤外線撮像装置
１０、距離計算装置１２および反復駆動制御装置１４か
ら構成されている。また、図７に概念図を示す。

【００１７】次に上記実施の形態３の動作を説明する。
図７の概念図に示すように、一つの赤外線撮像装置によ
り目標の画像情報および距離情報を算出するための画像
情報を取得する。第一に目標距離を算出するための画像
情報を得るために、回転架台の上に回転軸から離して設
置するスリット付き赤外線撮像装置１０は、従来の赤外
線撮像装置の画像に画像中心から距離を隔てて設けられ
た第１のスリットを通して遠方目標の赤外線を検出す
る。また、位置が変化する移動目標に対処するため、回
転架台の回転軸から離してスリット付き赤外線撮像装置
１０を設置し回転架台を移動した各時点の目標の距離と
スリット付き赤外線撮像装置１０の視野角に応じて反復
駆動制御装置１４から出力される回転架台の回転角１５
に基づき首振駆動させ、同一目標を第２のスリットおよ
び第１のスリットを通して交互に画像情報を取得する。
反復駆動させることにより、画像中心から距離を隔てて
設けられた第１、第２のスリットを通して得られたそれ
ぞれの同一目標の画像情報６と第１、第２のスリットか
ら画像情報６を得られた時点の回転架台の回転角１５を
距離計算装置１２へ送る。距離計算装置１２は、反復駆
動により蓄積された回転架台回転角１５のデータと画像
情報６をもとに、”数１”を用いて目標の距離を算出す
る。第二に、目標の探知・追尾用として、広視野にわた
る画像情報を得るために、実施の形態２と同様にスリッ
ト以外の画像を通して目標の画像情報６を取得し、追尾
計算装置３へ出力後、実施の形態３同様に射撃計算装置
４、画像表示装置５で処理を行う。

【００１８】実施の形態４．図８は、この発明の実施の
形態４を示す構成図であり、追尾計算装置３、射撃計算
装置４、画像表示装置５、スリット付き赤外線撮像装置
１０、距離計算装置１２、反復駆動制御装置１４および
極小目標範囲表示装置１６から構成されおり、極小目標
範囲表示装置１６以外は実施の形態３と同じである。

【００１９】次に上記実施の形態４の動作を説明する。
実施の形態３において、移動目標が近づくにつれ画面上
の目標の画素は大きくなり、目標が数画素にわたった場
合、第１、第２のスリットから得られる画像情報が目標
の同一の１画素部分を検出し、画像表示しているのか否
かがわからなくなるため、その数画素分が測距誤差とし
てあらわれてくる可能性がある。このため、本実施の形
態では、画像情報の誤差を最小限にして信頼性を向上さ
せるため、極小目標範囲表示装置１６は、スリット付き
赤外線撮像装置１０からの画像情報６をもとに目標のエ
ッジ検出および重心点検出信号処理により目標の特定の
１画素部分を検出し、極小目標表示データ１７としてス
リット付き赤外線撮像装置１０へ出力する。

【００２０】実施の形態５．図９は、この発明の実施の
形態５を示す構成図であり、追尾計算装置３、射撃計算
装置４、画像表示装置５、スリット付き赤外線撮像装置
１０、距離計算装置１２、反復駆動制御装置１４、極小
目標範囲表示装置１６および画像揺れ補正装置１８から
構成されており、画像揺れ補正装置１８以外は実施の形
態４と同じである。

【００２１】次に上記実施の形態５の動作を説明する。
移動目標対処のために、スリット付き赤外線撮像装置１
０を反復駆動させるので、スリット付き赤外線撮像装置
１０は揺れた状態の目標の画像情報６を出力することに
なる。そこで、本実施の形態では画像揺れ補正装置１８
を設け、反復駆動制御装置１４から出力される回転架台
の回転角１５を入力として、反復駆動周期と同じ周期で
画像信号に対し逆補正させることにより、画像揺れ補正
装置１８は、画像揺れ補正データ１９を算出し画像表示
装置５へ出力する。画像表示装置５は、上記画像揺れ補
正データ１９を受け、射撃計算装置４の出力と目標画像
６とを画像補正された状態で表示する。

【００２２】

【発明の効果】第１、第２の発明によれば撮像器のみで
画像情報および距離情報を取得することができるため、
秘匿性にたけている。

【００２３】また、第３の発明によれば１台のスリット
付撮像器で目標の距離の算出と距離目標の追尾を行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明による光波センサ装置の実施の形態
１を示す図である。

【図２】 この発明による光波センサ装置の実施の形態
１に基づく距離情報算出に関する概念図である。

【図３】 この発明に関するスリット付き赤外線撮像装
置の構成を示す図である。

【図４】 この発明による光波センサ装置の実施の形態
２を示す図である。

【図５】 この発明による光波センサ装置の実施の形態
２に基づく距離情報算出に関する概念図である。

【図６】 この発明による光波センサ装置の実施の形態
３を示す図である。

【図７】 この発明による光波センサ装置の実施の形態
３に基づく距離情報算出に関する概念図である。

【図８】 この発明による光波センサ装置の実施の形態
４を示す図である。

【図９】 この発明による光波センサ装置の実施の形態
５を示す図である。

【図１０】 従来の光波センサ装置を示す図である。

【符号の説明】

１ 赤外線撮像装置、２ レーザ測距装置、３ 追尾計
算装置、４ 射撃計算装置、５ 画像表示装置、６ 画
像情報、７ 距離情報、８ 目標諸元、９ 目標予測情
報、１０ スリット付き赤外線撮像装置、１０ａ 焦点
調整用レンズ、１０ｂ 光検出素子、１０ｃ スリット
板、１１ 回転駆動制御装置、１２ 距離計算装置、１
３ 架台回転駆動信号、１４ 首振駆動制御装置、１５
回転角、１６ 極小目標範囲表示装置、１７ 極小目
標表示データ、１８ 画像揺れ補正装置、１９ 画像揺
れ補正データ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 焦点調整用レンズ、光検出素子、上記光
   検出素子面の両端にそれぞれ像が得られるよう上記焦点
   調整用レンズと光検出素子との間にそれぞれ設けられた
   第１のスリットおよび第２のスリットを有するスリット
   板とを設けたスリット付撮像器と、上記スリット付撮像
   器を支持する支持部材と、上記支持部材が結合された回
   転部を有し、上記第１および第２のスリットの長手方向
   と上記回転部の回転軸が平行になるように配置され、上
   記スリット付撮像器が円弧上を回動するよう駆動する回
   転架台と、上記第１のスリットを介して得られた画像と
   上記第２のスリットを介して得られた画像とが一致する
   角度まで上記スリット付撮像器を回転させるように上記
   架台を駆動制御する制御手段と、上記第１のスリットと
   第２のスリットの画像が一致するまでの回転角度、上記
   回転軸と上記光検出素子面との距離および上記第１、第
   ２のスリットからの視野角とから目標までの距離を算出
   する距離算出手段とを具備した光波センサ装置。
2. 【請求項２】 目標を追尾して目標の画像と目標の方向
   を得る追尾撮像器と、上記距離算出手段から得られる目
   標の距離と上記追尾撮像器から得られる目標の方向とに
   より目標の位置、方位および速度を算出する演算手段
   と、上記目標の位置、方位および速度により目標未来位
   置の算出および目標が射程内にあるか否かの判定をする
   射撃計算手段と、上記射撃計算装置からの情報を表示す
   る画像表示手段とを具備したことを特徴とする請求項１
   記載の光波センサ装置。
3. 【請求項３】 上記スリット付撮像器は、目標を追尾し
   て目標の画像と目標の方向を得る追尾手段を有し、上記
   目標の距離と上記目標の方向により目標の位置、方位お
   よび速度を算出する演算手段と、上記目標の位置、方位
   および速度により目標未来位置の算出および目標が射程
   内にあるか否かの判定をする射撃計算手段と、上記射撃
   計算手段からの情報を表示する画像表示手段とを具備し
   たことを特徴とする請求項１記載の光波センサ装置。