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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-02-09
(45)【発行日】2024-02-20
(54)【発明の名称】光波目標検出装置及び偏光制御方法
(51)【国際特許分類】
G02F 1/09 20060101AFI20240213BHJP
H04N 23/55 20230101ALI20240213BHJP
G03B 17/02 20210101ALI20240213BHJP
G03B 11/00 20210101ALI20240213BHJP
【ＦＩ】
G02F1/09 502
H04N23/55
G03B17/02
G03B11/00
【請求項の数】
2
(21)【出願番号】P 2019198436
(22)【出願日】2019-10-31
(65)【公開番号】P2021071605
(43)【公開日】2021-05-06
【審査請求日】2022-10-21
(73)【特許権者】
【識別番号】000003078
【氏名又は名称】株式会社東芝
(73)【特許権者】
【識別番号】598076591
【氏名又は名称】東芝インフラシステムズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001737
【氏名又は名称】弁理士法人スズエ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】佐々木 一秀
【審査官】山本 元彦
(56)【参考文献】
【文献】特開平０４－０９７２１６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－２７８０３６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１００６１２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５９－０１２３７８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５６－１６１５２０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０９－２３６７８４（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／００４４３０６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１８－０９１６３０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－０８３２４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－６７２８５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０２Ｆ １／００－１／１２５
Ｇ０２Ｆ １／２１－７／００
Ｈ０４Ｎ ５／２２２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
被搭載機から水上の目標検出を行う光波目標検出装置であって、
直線偏光のレーザ光を照射する照射器と、
前記照射器で照射されたレーザ光の反射光を入射し、その入射光の赤外線から熱源目標像を検出する赤外線撮像装置と、
前記照射器及び前記赤外線撮像装置を所定方向に指向させる駆動装置と、
前記照射器、前記赤外線撮像装置及び前記駆動装置を制御する制御装置と
を具備し、
前記赤外線撮像装置は、
前記入射光の赤外線を検知して前記熱源目標像を検出する赤外線検知器と、
前記赤外線検知器の前記入射光の光軸上に配置され、前記入射光の偏光面を制限する偏光制御器と
を具備し、
前記偏光制御器は、
前記赤外線検知器の前記入射光の光軸上に、偏光面が横方向の偏光成分をカットするように配置される第１の偏光フィルタと、
前記赤外線検知器の前記入射光の光軸上の前記第１の偏光フィルタの後方に、偏光面が前記第１の偏光フィルタがカットする偏光成分の方向に対して直交する方向の偏光成分をカットするように配置される第２の偏光フィルタと、
前記赤外線検知器の前記入射光の光軸上の前記第１の偏光フィルタ及び前記第２の偏光フィルタの間に配置され、磁力強度に応じてファラデー効果により偏光面が回転するファラデーローテータと、
前記ファラデーローテータにかける磁力強度を制御する磁力強度制御器と
を具備し、
前記制御装置は、前記赤外線検知器の感度補正時に、前記偏光制御器に入射光遮断の指示を送り、前記赤外線検知器の運用時に前記偏光制御器に入射光遮断解除の指示及び前記被搭載機のロール角の情報を送り、
前記磁力強度制御器は、
前記入射光遮断の指示に応じて前記磁力強度を０にして前記ファラデーローテータによる偏光面の回転を停止させ、前記第１の偏光フィルタからの入射光の偏光面を維持させることで、前記入射光を前記第２の偏光フィルタで遮断して前記赤外線検知器の黒背景を形成し、
前記入射光遮断解除の指示及び前記被搭載機のロール角の情報に応じて前記ファラデーローテータに前記ロール角に相当する磁力を含む所定の磁力強度を与え、前記ファラデーローテータで前記第１の偏光フィルタからの入射光の偏光面を前記ロール角に相当する角度を付加して回転させることで、前記赤外線検知器に送出する前記第２の偏光フィルタの出射光から前記被搭載機のロールによって発生したクラッタの偏光成分を除去する
光波目標検出装置。
【請求項2】
被搭載機から水上の目標検出を行う光波目標検出装置の赤外線撮像装置に用いられる偏光制御器の偏光制御方法であって、
前記光波目標検出装置が、
直線偏光のレーザ光を照射する照射器と、
前記照射器で照射されたレーザ光の反射光を入射して、その入射光の赤外線から熱源目標像を検出する赤外線撮像装置と、
前記照射器及び前記赤外線撮像装置を所定方向に指向させる駆動装置と、
前記照射器、前記赤外線撮像装置及び前記駆動装置を制御する制御装置と
を具備し、
前記赤外線撮像装置が、
前記入射光の赤外線を検知して前記熱源目標像を検出する赤外線検知器と、
前記赤外線検知器の前記入射光の光軸上に配置され、前記入射光の偏光面を制限する偏光制御器と
を具備し、
前記偏光制御器が、
前記赤外線検知器の前記入射光の光軸上に、偏光面が横方向の偏光成分をカットするように配置される第１の偏光フィルタと、
前記赤外線検知器の前記入射光の光軸上の前記第１の偏光フィルタの後方に、偏光面が前記第１の偏光フィルタがカットする偏光成分の方向に対して直交する方向の偏光成分をカットするように配置される第２の偏光フィルタと、
前記赤外線検知器の前記入射光の光軸上の前記第１の偏光フィルタ及び前記第２の偏光フィルタの間に配置され、磁力強度に応じてファラデー効果により偏光面が回転するファラデーローテータと、
前記ファラデーローテータにかける磁力強度を制御する磁力強度制御器と
を具備し、
前記制御装置が、前記赤外線検知器の感度補正時に、前記偏光制御器に入射光遮断の指示を送り、前記赤外線検知器の運用時に前記偏光制御器に入射光遮断解除の指示及び前記被搭載機のロール角の情報を送る場合に、
前記磁力強度制御器が、
前記入射光遮断の指示に応じて前記磁力強度を０にして前記ファラデーローテータによる偏光面の回転を停止させ、前記第１の偏光フィルタからの入射光の偏光面を維持させることで、前記入射光を前記第２の偏光フィルタで遮断して前記赤外線検知器の黒背景を形成し、
前記入射光遮断解除の指示及び前記被搭載機のロール角の情報に応じて前記ファラデーローテータに前記ロール角に相当する磁力を含む所定の磁力強度を与え、前記ファラデーローテータで前記第１の偏光フィルタからの入射光の偏光面を前記ロール角に相当する角度を付加して回転させることで、前記赤外線検知器に送出する前記第２の偏光フィルタの出射光から前記被搭載機のロールによって発生したクラッタの偏光成分を除去する
偏光制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明の実施形態は、光波目標検出装置及び偏光制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
光波目標検出装置は、レーザ光を捜索域に向けて照射し、その反射光を赤外線撮像装置で撮像し、その撮像した映像信号から目標成分を抽出して目標の方向及び位置を検出する。この種の装置を搭載する目標追跡誘導装置は、レーザ光によって検出された目標を逐次同定することで目標を追跡し、目標に向けて被搭載機を誘導する。
【0003】
ところで、上記光波目標検出装置に用いられる赤外線撮像装置では、赤外線検知器の感度補正のための黒背景を形成する手段として、光波入射経路に開閉蓋を配置し、当該開閉蓋の開閉駆動機構を搭載して、感度補正の都度、開閉蓋で光波入射を遮蔽する処置を行っており、装置の大型化の要因となっている。この要因は、移動体（特に飛翔体）搭載用として問題が大きい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開平６－５１９２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
以上のように、従来の光波目標検出装置に用いられる赤外線撮像装置では、赤外線検知器の感度補正のための黒背景を形成する手段として、光波入射経路に開閉蓋を配置し、当該開閉蓋の開閉駆動機構を搭載する処置を行っており、装置の大型化の要因となっている。
【0006】
この発明に係る実施形態の課題は、赤外線検知器の感度補正のための黒背景を、駆動機構を用いずに、簡易な構造で形成することのできる光波目標検出装置及び偏光制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
実施形態によれば、被搭載機から水上の目標検出を行う光波目標検出装置は、直線偏光のレーザ光を照射する照射器と、前記照射器で照射されたレーザ光の反射光を入射し、その入射光の赤外線から熱源目標像を検出する赤外線撮像装置と、前記照射器及び前記赤外線撮像装置を所定方向に指向させる駆動装置と、前記照射器、前記赤外線撮像装置及び前記駆動装置を制御する制御装置とを具備する。前記赤外線撮像装置は、前記入射光の赤外線を検知して前記熱源目標像を検出する赤外線検知器と、前記赤外線検知器の前記入射光の光軸上に配置され、前記入射光の偏光面を制限する偏光制御器とを具備する。前記偏光制御器は、前記赤外線検知器の前記入射光の光軸上に、偏光面が横方向の偏光成分をカットするように配置される第１の偏光フィルタと、前記赤外線検知器の前記入射光の光軸上の前記第１の偏光フィルタの後方に、偏光面が前記第１の偏光フィルタがカットする偏光成分の方向に対して直交する方向の偏光成分をカットするように配置される第２の偏光フィルタと、前記赤外線検知器の前記入射光の光軸上の前記第１の偏光フィルタ及び前記第２の偏光フィルタの間に配置され、磁力強度に応じてファラデー効果により偏光面が回転するファラデーローテータと、前記ファラデーローテータにかける磁力強度を制御する磁力強度制御器とを具備する。前記制御装置は、前記赤外線検知器の感度補正時に、前記偏光制御器に入射光遮断の指示を送り、前記赤外線検知器の運用時に前記偏光制御器に入射光遮断解除の指示及び前記被搭載機のロール角の情報を送る。前記磁力強度制御器は、前記入射光遮断の指示に応じて前記磁力強度を０にして前記ファラデーローテータによる偏光面の回転を停止させ、前記第１の偏光フィルタからの入射光の偏光面を維持させることで、前記入射光を前記第２の偏光フィルタで遮断して前記赤外線検知器の黒背景を形成し、前記入射光遮断解除の指示及び前記被搭載機のロール角の情報に応じて前記ファラデーローテータに前記ロール角に相当する磁力を含む所定の磁力強度を与え、前記ファラデーローテータで前記第１の偏光フィルタからの入射光の偏光面を前記ロール角に相当する角度を付加して回転させることで、前記赤外線検知器に送出する前記第２の偏光フィルタの出射光から前記被搭載機のロールによって発生したクラッタの偏光成分を除去する。
また、被搭載機から水上の目標検出を行う光波目標検出装置の赤外線撮像装置に用いられる偏光制御器の偏光制御方法は、前記光波目標検出装置が、直線偏光のレーザ光を照射する照射器と、前記照射器で照射されたレーザ光の反射光を入射して、その入射光の赤外線から熱源目標像を検出する赤外線撮像装置と、前記照射器及び前記赤外線撮像装置を所定方向に指向させる駆動装置と、前記照射器、前記赤外線撮像装置及び前記駆動装置を制御する制御装置とを具備し、前記赤外線撮像装置が、前記入射光の赤外線を検知して前記熱源目標像を検出する赤外線検知器と、前記赤外線検知器の前記入射光の光軸上に配置され、前記入射光の偏光面を制限する偏光制御器とを具備し、前記偏光制御器が、前記赤外線検知器の前記入射光の光軸上に、偏光面が横方向の偏光成分をカットするように配置される第１の偏光フィルタと、前記赤外線検知器の前記入射光の光軸上の前記第１の偏光フィルタの後方に、偏光面が前記第１の偏光フィルタがカットする偏光成分の方向に対して直交する方向の偏光成分をカットするように配置される第２の偏光フィルタと、前記赤外線検知器の前記入射光の光軸上の前記第１の偏光フィルタ及び前記第２の偏光フィルタの間に配置され、磁力強度に応じてファラデー効果により偏光面が回転するファラデーローテータと、前記ファラデーローテータにかける磁力強度を制御する磁力強度制御器とを具備し、前記制御装置が、前記赤外線検知器の感度補正時に、前記偏光制御器に入射光遮断の指示を送り、前記赤外線検知器の運用時に前記偏光制御器に入射光遮断解除の指示及び前記被搭載機のロール角の情報を送る場合に、前記磁力強度制御器が、前記入射光遮断の指示に応じて前記磁力強度を０にして前記ファラデーローテータによる偏光面の回転を停止させ、前記第１の偏光フィルタからの入射光の偏光面を維持させることで、前記入射光を前記第２の偏光フィルタで遮断して前記赤外線検知器の黒背景を形成し、前記入射光遮断解除の指示及び前記被搭載機のロール角の情報に応じて前記ファラデーローテータに前記ロール角に相当する磁力を含む所定の磁力強度を与え、前記ファラデーローテータで前記第１の偏光フィルタからの入射光の偏光面を前記ロール角に相当する角度を付加して回転させることで、前記赤外線検知器に送出する前記第２の偏光フィルタの出射光から前記被搭載機のロールによって発生したクラッタの偏光成分を除去する。
また、被搭載機から水上の目標検出を行う光波目標検出装置の赤外線撮像装置に用いられる偏光制御器の偏光制御方法は、前記光波目標検出装置が、直線偏光のレーザ光を照射する照射器と、前記照射器で照射されたレーザ光の反射光を入射して、その入射光の赤外線から熱源目標像を検出する赤外線撮像装置と、前記照射器及び前記赤外線撮像装置を所定方向に指向させる駆動装置と、前記照射器、前記赤外線撮像装置及び前記駆動装置を制御する制御装置とを具備し、前記赤外線撮像装置が、前記入射光の赤外線を検知して前記熱源目標像を検出する赤外線検知器と、前記赤外線検知器の前記入射光の光軸上に配置され、前記入射光の偏光面を制限する偏光制御器とを具備し、前記偏光制御器が、前記赤外線検知器の前記入射光の光軸上に、偏光面が横方向の偏光成分をカットするように配置される第１の偏光フィルタと、前記赤外線検知器の前記入射光の光軸上の前記第１の偏光フィルタの後方に、偏光面が前記第１の偏光フィルタがカットする偏光成分の方向に対して直交する方向の偏光成分をカットするように配置される第２の偏光フィルタと、前記赤外線検知器の前記入射光の光軸上の前記第１の偏光フィルタ及び前記第２の偏光フィルタの間に配置され、磁力強度に応じてファラデー効果により偏光面が回転するファラデーローテータと、前記ファラデーローテータにかける磁力強度を制御する磁力強度制御器とを具備し、前記制御装置が、前記赤外線検知器の感度補正時に、前記偏光制御器に入射光遮断の指示を送り、前記赤外線検知器の運用時に前記偏光制御器に入射光遮断解除の指示及び前記被搭載機のロール角の情報を送る場合に、前記磁力強度制御器が、前記入射光遮断の指示に応じて前記磁力強度を０にして前記ファラデーローテータによる偏光面の回転を停止させ、前記第１の偏光フィルタからの入射光の偏光面を維持させることで、前記入射光を前記第２の偏光フィルタで遮断して前記赤外線検知器の黒背景を形成し、前記入射光遮断解除の指示及び前記被搭載機のロール角の情報に応じて前記ファラデーローテータに前記ロール角に相当する磁力を含む所定の磁力強度を与え、前記ファラデーローテータで前記第１の偏光フィルタからの入射光の偏光面を前記ロール角に相当する角度を付加して回転させることで、前記赤外線検知器に送出する前記第２の偏光フィルタの出射光から前記被搭載機のロールによって発生したクラッタの偏光成分を除去する。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、図面を参照しながら、種々の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る光波目標検出装置の構成を示すブロック図である。図１において、１１は所定波長の直線偏光レーザ光を指定方向に照射するレーザ照射器、１２はレーザ照射器１１で照射されたレーザ光の反射光を入射し、赤外線の目標像を検出する赤外線撮像装置である。レーザ照射器１１、赤外線撮像装置１２はジンバル１３に載置され、当該ジンバル１３によって安定姿勢の状態で所定方向に指向制御される。１４はレーザ照射器１１及び赤外線撮像装置１２、ジンバル１３を総括的に制御する制御装置である。
図１は、本実施形態に係る光波目標検出装置の構成を示すブロック図である。図１において、１１は所定波長の直線偏光レーザ光を指定方向に照射するレーザ照射器、１２はレーザ照射器１１で照射されたレーザ光の反射光を入射し、赤外線の目標像を検出する赤外線撮像装置である。レーザ照射器１１、赤外線撮像装置１２はジンバル１３に載置され、当該ジンバル１３によって安定姿勢の状態で所定方向に指向制御される。１４はレーザ照射器１１及び赤外線撮像装置１２、ジンバル１３を総括的に制御する制御装置である。
【0012】
図２は、図１に示す光波目標検出装置に用いられる赤外線撮像装置１２の具体的な構成を示す図である。図２において、１２１は偏光制御器、１２２は赤外線検知器である。偏光制御器１２１は、赤外線撮像装置の入射光軸上に配置され、入射光の偏光角度を制御して透過量を制限する。赤外線検知器１２２は、入射光の赤外線波長域を検知して、熱源目標像を検知する。
【0013】
ここで、上記赤外線検知器１２２は、運用前にあるいは定期的に、黒背景を形成して感度の補正を行う必要がある。そこで、本実施形態では、上記偏光制御器１２１に開閉蓋に代わる入射光遮断機能を持たせる。
【0014】
図２示す偏光制御器１２１は、赤外線検知器１２２の入射光軸上に、互いに偏光面が直交する（９０度ずれている）ように第１の偏光フィルタＡ１及び第２の偏光フィルタＡ２を配置し、第１の偏光フィルタＡ１及び第２の偏光フィルタＡ２の間に、ファラデー効果により磁力強度に応じて偏光面が回転するファラデーローテータＡ３を配置し、磁力強度制御器Ａ４で制御装置１４からの指示に応じてファラデーローテータＡ３にかける磁力強度を制御する。
【0015】
上記ファラデーローテータＡ３は、次式によるファラデー効果を利用して、電気量の増減により磁場（磁力）を制御することで、機械的な駆動機構を用いることなく、光の旋回角度（偏光角度）を制御することができ、磁力強度を０にすることで、赤外線検知器１２２への入射光を遮断し、黒背景を形成することができる。
α＝ＶＨＬ
α：旋光度
Ｈ：磁場の強さ
Ｌ：偏光が通過する物質の長さ
Ｖ：透過物質の種類、光の波長、温度に依存するパラメータ
そこで、本実施形態の磁力制御器Ａ４では、図３に示す処理を実行する。まず、運用開始前に制御装置１４から光遮断の指示があると（ステップＳ１）、ファラデーローテータＡ３への磁力強度を制御（例えば０）にして、第１の偏光フィルタＡ１を通過した入射光を遮断して赤外線検知器１２２に入らないようにし、黒背景を形成する（ステップＳ２）このとき、制御装置１４は、感度補正として、赤外線検知器１２２のパラメータを調整して、感度が最大となるように設定する。
α＝ＶＨＬ
α：旋光度
Ｈ：磁場の強さ
Ｌ：偏光が通過する物質の長さ
Ｖ：透過物質の種類、光の波長、温度に依存するパラメータ
そこで、本実施形態の磁力制御器Ａ４では、図３に示す処理を実行する。まず、運用開始前に制御装置１４から光遮断の指示があると（ステップＳ１）、ファラデーローテータＡ３への磁力強度を制御（例えば０）にして、第１の偏光フィルタＡ１を通過した入射光を遮断して赤外線検知器１２２に入らないようにし、黒背景を形成する（ステップＳ２）このとき、制御装置１４は、感度補正として、赤外線検知器１２２のパラメータを調整して、感度が最大となるように設定する。
【0016】
運用開始後、制御装置１４から光遮断解除の指示があると（ステップＳ３）、光の旋回角度（α）が９０°となるように磁力強度を制御する（ステップＳ４）。これにより、第１の偏光フィルタＡ１を通過した入射光はファラデーローテータＡ３、第２の偏光フィルタＡ２を通過し、赤外線検知器１２２に入射される。
【0017】
以上のように、本実施形態に係る光波目標検出装置によれば、赤外線検知器１２２の入射光をファラデーローテータＡ３を用いた偏光制御器１２１により電気的に遮断することができるので、感度補正のための黒背景を容易に形成することができ、開閉蓋及び開閉駆動機構のような機械的な構造体を用いる必要がないため、装置全体の小型化に寄与することができる。
【0018】
ところで、海上での目標検出においては、海面の反射（クラッタ）成分が目標検出のノイズとなる。日光の海面反射は、横方向の偏光成分が主である（縦方向の偏光成分は海面を透過する）ため、海上の捜索を目的とする光波目標検出装置では、横方向の偏光成分をカットするように第１の偏光フィルタＡ１が配置される。
【0019】
ただし、被搭載機がロールによりクラッタの偏光成分の方向と第１の偏光フィルタＡ１の偏光カット方向が直交していない状況となった場合、海面反射のクラッタ成分が第１の偏光フィルタＡ１にて十分カットできない。
【0020】
そこで、本実施形態では、上記構成による偏光制御器１２１を利用して、制御装置１４からのロール角情報に相当する磁力をファラデーローテータＡ３に与えて光の旋回角度を制御することにより、偏光フィルタＢにて再度クラッタ成分をカットする。これにより、運用時の赤外線画像のＳＮ比を大幅に向上させることができる。
【0021】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【0022】
１１…レーザ照射器、１２…赤外線撮像装置、１３…ジンバル、１４…制御装置、１２１…偏光制御器、１２２…赤外線検知器、Ａ１…第１の偏光フィルタ、Ａ２…第２の偏光フィルタ、Ａ３…ファラデーローテータ、Ａ４…磁力強度制御器。
【図1】
【図2】
【図3】