【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】この発明は近接検出に対する光学的およびオプトロニックシステムに関する。 【0002】 【従来の技術】この種の検出器はすでに存在している; これらの検出器は武器すなわちミサイルに取り付けられており、その機能は武器すなわちミサイルが標的に“接近”した時ミサイルにより運ばれる武器すなわち弾頭を爆発させるトリガとなることである。 【0003】この目的のため、既知の検出器にはウインドがあり、このウインドは武器の頭部円すい体または本体に取り付けられている。 このウインドは所定の周波数範囲を通す;光学的な装置によりミサイルまたは武器の縦方向の軸XX′に対し観測角Θが監視されている。 この角Θは一般には90°より若干小さい。 光学装置により輻射はミサイルまたは武器の軸に対し立体回転角で捕えられる。 【0004】光学的な入力装置により決定される立体角の中に標的から出される輻射はミラーにより検出器に向かって反射される。 これを図1,2,3に示してある。 【0005】図1は検出器のウインド(2)を運ぶミサイル(1)を示している。 フィールドに対する断面を二等分する軸により、角度Θはミサイルの縦方向軸XX′ に対し90°より若干小さくなる。 ミサイルまたは弾丸の対称軸の両側にある二等分の軸は点Oで交わっている。 このウインドの開口角は2τである。 このウインドにより2つの面ではね返った回転空間中にあるあらゆる点から来る輻射が捕えられる。 これらの面の第1の面は点O′に頂点がある回転円すい体である。 円すい体の発生因は軸XX′に対し角度が(Θ−τ)の直線群である。 第2の面は点O″に頂点がある回転円すい体で、この点O″は点Oの若干後ろにある。 2番目の円すい体の発生因は、ミサイルの回転の軸に対し角度が(Θ+τ) の直線群である。 【0006】図2には三角形で示してある標的(3)に近づくミサイルを簡略化した図を示している。 標的(3)にはホットスポット(4)がある。 【0007】図3には図2のホットスポット(4)から到来し、ウインド(2)を通過しミサイルに至る光線(5)を示してある。 この光線はミサイルの軸に対し対称な360°ミラー(6)により反射され、ホットスポット(4)により出される輻射に感度を有する検出器(7)に向かう。 輻射を検知すると、検出器は信号を出すが、この信号は増幅と処理が行われ弾頭の爆発のトリガとなるが、この爆発が影響する領域は軸XX′の回りで対称である。 【0008】図示のように、現存のパッシグなオプトロック検出器は標的の“接近”は検出せず通過のみ検出する。 【0009】 【発明が解決しようとする課題】標的とミサイルの間における最大の近接はミサイルが標的を横切る瞬間にしばしば生ずる;標的とミサイルの弾道が一致する時には特に注目する必要がある。 弾道が一致しなければ通過は標的とミサイルの間で最も接近した点とならない;これは機動性の高いミサイルにおいては特にそうなる。 しかし、捕促される輻射は検出の空間内にある遠いソースから生ずる場合もある;このようなソースは追跡において他の標的となる場合がある:もし検出器がこのような物体の輻射に対し感度があるならば、特別引きつけるもの、すなわち太陽が標的となる。 【0010】更に、現存の検出器は標的の十文字型の動きを検知するが、この検出器により標的を含んだ正確な立体角セクタは定まらない。 これらの不備により、弾丸の軸XX′の回りに対称な有効な空間を有した弾頭を使用する必要が生ずる。 同じ範囲に対し、標的の方向にある有向効果弾頭は効率性がかなり大きい。 【0011】最後に、これらの設計により現存のシステムには検出器(7)をミサイルの前方に向かって置く必要がある。 【0012】これにより、あらゆる実現可能性のある検出器を冷却するシステムを集中することがより一層難かしくなる。 【0013】信号処理システムは、このシステムが検出器により発生する低レベルの信号を受けることができれば、他の場所に置くこともできる;しかし接続のための空間と信号を運ぶケーブルの使用が必要となる。 これにより武器の中で弾頭の他に重量と空間を少なくすることに対し均り合いをとる必要がある。 【0014】 【課題を解決するための手段】この発明の目的は今まで概説した欠点を解決するためであり、更に標的を含んだ正確な立体角セクタを決めることであり、これにより有向効果弾頭の使用が可能となる。 弾頭は“有向効果”を有するように記載されているが、これはこの効果(衝撃波およびフラグメント)が所定の回転角で角セクタの中に発生する時である。 この発明は更に輻射検出器をミサイルまたは武器の後方に動かすことも目的としており、 これは冷却装置更には検出器により発生する信号の処理回路の設置と構造を簡単にするためである。 最後に、ある変形を行うことにより、この発明の目的は標的の性質の決定および近接の信頼性を高くすることである;これにより、例えば太陽および太陽を反射させる特定の表面のように人工または自然のひきつける物がある場合にもこの発明の効率が増加する。 【0015】これらの目的を達成するため、この発明では所定の検出器が検出空間の一部のみをカバーするシステムを使用している。 この発明には更に光学システムがあり、このシステムにより光学装置および検出器を含んだ検出ユニットと同じく検出ウインドの後に特別な検出器を配置できる複数のセクタ(sector)に検出の空間が分割される。 最後に、この発明により信号処理回路を有した検出ユニットを使用し、爆発を発生または遅らせることができるが、これは種々の検出器から生ずる一連の信号によっており、または特定の配置においては大地または空の方向を定めることにより武器すなわちミサイルの姿勢を決めるためである。 【0016】より詳細には、この発明は“検出空間”と呼ばれる空間Ωに輻射を放出する標的の通過を検出する装置を有した軸XX′のある軍需品すなわちミサイルに特に適用できる方法に関しており、この空間Ωは光学装置のフィールドの限界に対応した直線により発生し、更に隔壁を有した検出器により形が定められる回転する表面により、とりわけ形が円すい形でシリンダ状であり軸XX′の回りに対称に回転する“検出ウインド”と呼ばれるウインドにより境界が定められ、更に空間Ω内にn 個の空間セクタ、Ω1,Ω2,…Ωnが選択され、特定の検出器がn個の空間セクタのそれぞれに1対1に割り当てられることを特徴としている。 【0017】空間を角セクタに分割することは好都合なことであり、この角セクタは一方では検出空間全体を定める回転空間により、他方では軍需品の回転軸を横切るm個の平面により定められるが、2つの連続した平面は角度が2π/mを構成している(この場合m=n)。 【0018】この発明の基本的な利点は有向効果弾頭の効率的な使用を容易にすることであり、検出セクタの2 π/mの角度は弾頭の最大効率の角セクタ以下である。 【0019】検出空間が軍需品の軸の回りで回転表面により定められると、空間は前に説明したように点O′とO″で軍需品の軸を横切る2つの直線によりしばしば定められ、更に軍需品の外面の回りにある回転ウインドのエッヂと符合するが、この2つの直線はウインドの光学軸Hと角τをなしている。軍需品の軸を含む平面において、軸Hは点Oとセグメントの中心を通る直線であるが、このセグメントはウインドと平面との交差を示している。このような空間に対し前述のように定める角セクタに分割することのみならず、角セクタのそれぞれを前方の部分と後方の部分の2つの部分に分割することは好都合なことである。前方の部分を定めるのは一方ではO′を通り軍需品の軸と角が(Θ−τ)である直線の回転により生ずる円すい形の表面であり、他方ではO′を通り角が(Θ−τ/P)である直線により生ずる円すい形の表面であるが、Pは1より大きな数を示している。 後方の部分を定めるのは一方ではO″を通り軍需品の回転軸との角が(Θ+τ)である直線の回転により生ずる円すい形の表面であり、他方ではO″を通りミサイルの軸との角が(Θ+τ(P−1/P))である直線により生ずる円すい形の表面である。 【0020】この最後のケースとして、検出空間は3m 個の部分(n=3m)に分割されることに注意する必要があるが、これはm個の角セクタのそれぞれが次の3つの部分に分割されるからである:前方の部分、後方の部分、この2つの間の中央の部分。 この中央の部分の利点については後述する。 しかしこのケースでは中央の空間を定める表面と軍需品の表面との交点により分割される表面がウインドであるかどうかは重要なことではないことに注意する必要がある。 このケースにおいては、ウインドは2つのトランスペアレントな表面からできていることを示している。 【0021】前述で示したことであるが、この発明では更に光学装置に関しており、この装置により検出ウインドの後方にある特定の検出器を空間セクタのそれぞれの所に置くことができる。 より詳細には、この発明は軸X X′の回りに回転する光学装置に関しているが、この装置は軸XX′を含む平面Pに沿った断面に前方の点Aと後方の点Bを有するウインドを含むタイプであり、この装置によりHの方向から来る輻射が軸XX′に対し90 °より小さい角Θを成しており、この装置の開口2τが検出器の感度のある表面の形により定められ、光学装置は輻射の方向を定めるが、更に2つのミラーM1,M2 と集光レンズを含み、ミラーM1は前方の点Oに置かれた点Fに焦点を有する放物面P m1の円弧により表わされ、対称軸としてHに平行でFを通る軸D1を有しており、円弧Cの先端とHは最適な開口を得るため光学的な角のフィールドとの関係で定まるが、一方ミラーM2は点Fに焦点を有する放物面P m2の円弧により平面Pの断面内に表わされ、対称軸としてFを通る軸δを有し軸X X′と小角αを成している;最後にレンズは放物面P m1 と軸XX′との交点でほぼ軸XX′の上に光学的な中心を有していることを特徴としている。 【0022】角αは、ミラーM2により反射された光線がδに平行に進み、レンズLの位置で軸XX′で交差するように選択されている。 【0023】前述の装置によりレンズLの焦点平面にある平らな表面のエレメントdVを、Oに頂点があり検出空間内にある立体角dΩのエレメントのそれぞれと1対1にマッチングさせることができる。 【0024】それ故、ここに記載した光学装置には表面V 1 ,V 2 ,V 3 ,…V nを有するレンズの焦点平面内に配置された平面検出器を使用することができ、各検出器は立体角Ω1,Ω2,…,Ωnの1つにそれぞれ対応して配置されている。 【0025】 【実施例】以下図面に基づきこの発明を説明する。 図4 に図示した装置8により検出器7 1 ,7 2 ,…,7 p … 7 nは検出ユニット7の一部を形成しているが、これらは全空間Ωの各セクタΩ1,Ω2,…,ΩP,…Ωnと対応している。 【0026】空間Ωのn個の空間セクタの和は全空間Ω 以下となる。 他方、空間Ωの各セクタに対応した7 1から7 nのn個の検出器から構成されるユニット7は完全な検出ユニットとなる。 【0027】図5と図6はそれぞれ空間の通常の形態とこの空間を分割する1番目の方法を図示しようとするものである。 【0028】図5には軍需品1の前面部を図示しており、この軍需品にはおおい18、回転軸XX′、検出ウインド2があるが、このウインドは後述の検出器により検出される輻射のタイプに対しトランスペアレントである。 【0029】図5にはXX′を含んだ平面の断面を示してある。 この中でウインド2は軍需品のおおい18を破っているように見える。 この図において、ウインドの光学軸Hは軸XX′に対し角Θを成しており開口角は角度τで示されているが、この角では軸Hに対し直線O′A とO″Bのそれぞれにより作られている。点AとBはウインド2の前方および後方のエッヂである。全体の検出空間は2つの円すい形の表面(Σ1,Σ2)の間にある空間であるが、これらの表面は軸XX′の回りに2つの直線O′AとO″Bを回転させることにより作られている。 【0030】この空間を分割する1番目の方法を図示するため、バーチャルシリンダ9を図5に示す。 分割の1 番目の方法において、空間ΩはXX′を含み間の角が2 π/mである平面P1,…,Pmに分割される。 平面P 1,P2,…Pmのそれぞれにより分割されたシリンダ9の表面と円すい形の表面Ω1,Ω2,…は図6の平らな表面(“非回転の”シリンダ9に対応)に示してある。 図6においてmは6である。 【0031】図7と図8には分割の他の方法を図示しておりこの方法により検出空間Ωは前方部分と後方部分に分割されるが、この前方部分は軸XX′の回りに2つの直線を回転させることにより作られた2つの平面で境界が定められている:1つの直線はO′Aであり、他の直線はO′Aと角度がτ/P(P>1)の直線である。 後方部分は直線O″Bと、このO″Bと角度がτ/Pである直線とにより定められる平面により境界が定められた空間である。 【0032】これらの2つの空間はXX′を含む平面P 1…Pmによりセクタに順次分割される。 【0033】図8には空間セクタに対応したバーチャルシリンダ9の上に平面を前と同じく図示してある。 これらの平面は前述の場合のように長方形であるが、幅が狭く数が2倍ある。 図においてmは6に等しくすることができる。 この場合、nは12に等しくなりこれら12個の空間の合計は全空間を示していないが、これは中央部分が使用されていないからである。 【0034】図9にはミラーM1の形と機能を図示している。 ミラーM1はこの場合は光学系である装置8の1 番目のミラーであることが判り、空間dΩの各エレメント部分に対応するエレメンタリ表面dVを有することができる。 【0035】図9に示す光線5は方向Hから到来し弾丸のウインド2を通り、点IでミラーM1に到達する。 ミラーM1は焦点がFである放物面P m1の円弧である。 点Fは点Oの前方にある。 放物面の対称軸はHに平行でF を通るD1である。 Hに平行でありしかもM1に当たる光線の全てはFに向かい反射されるが、このFは方向H から来る光線が集中する点である。 円弧は点CとHで制限され、光の角度に最大の開口を得るように決定される。 図9の配置では、ミラーの大きさによりウインドの開口部を最大限使用することができる。 【0036】ミラーM2の位置、形、更に役割を図10 について述べる。 この図には図9とエレメントが同じであるが、今度はミラーM2が含まれている。 ミラーM2 は放物面P m2の円弧のXX′の回りに回転することにより得られる凸面の回転ミラーである。 この放物面の軸はミラーM1の焦点であるFを通りしかも軍需品の軸X X′に対し一般には小さい角αを作る直線δである。 ミラーM1から到達し焦点Fに向かい進む光線はδに平行に反射される。 δとXX′の間の角αは、ミラーM2で反射される光線が軸XX′上のある点でXX′と交差するように選択されるが、この軸XX′の上には後述する集光レンズ12が置かれている。 これはFに向かって集められる光線が軸δに平行に後方に向かって反射されることを意味している。 【0037】今まで説明したことにより、ミラーM1とM2の円弧の一部である放物面P m1とP m2は対称な軸と焦点により定められる。 それ故所要の機能を満たす放物面のグループが2つある。 これらのグループの放物面は準線の位置のみが異なる。 これらの2つのグループの中から選択することは次の制約を考慮することにより行われる: (1)軍需品の寸法、すなわち利用可能なハウジングの直径と長さ; (2)光線がウインド2からミラーM1に自由に向かう間、ミラーM2が0に出来るだけ近付く必要性; (3)空間Ωpを示す表面Vpが、商業的に利用可能な検出器または一連の検出器の大きさとなる必要性。 【0038】次に検出装置アセンブリの構造を図11に関して説明するが、この図は軍需品1の縦方向断面図であり、光学装置8、検出器7、検出器から信号(8)を増幅するための装置10、装置10により増幅され変換された信号を処理するための論理回路11、有向効果のある軍需用弾頭19を有している。 【0039】この図には光学装置のアセンブリ8が示されている。 この装置にはフィルタ(図示していない)が取り付けられたウインド2がある。 このフィルタにより検出器7が感度を有するものに対し許容周波数が制限される。 更にこの図にはミラーM1とM2がありこれらの形、位置、機能についてはすでに述べた。 【0040】更にこの図には焦点レンズ12があり、軍需品の回転軸と同じ軸があり、しかもこの軸に直角に取り付けられ更にミラーM1のエッヂCの上にある構造物により支えられている。 このレンズによりミラーM2から検出器7の光線に向かって反射される光線が集められる。 更に検出空間に対応した表面Vを調整することができるが、これはこの空間の各セクタがある表面に対応しているからであり、この表面の寸法は商業的に利用できる検出器の寸法に等しい。 装置10と11については記載しないが、このタイプの装置を製造できることは良く知られている。 【0041】検出器のアレー7の配列についていくつかの例を図12から図15に記載してある。 【0042】すでに判ったように、図5と図6の記載において検出空間の角セクタΩ1…Ωnのそれぞれに対し、この発明の原理は1つの検出器のみに対応する各セクタを作ることであった。 更に光学装置8はレンズ12 の焦点平面内で対応する平面の表面により空間dΩの各エレメントとマッチングしていることが判る。 装置8は2つの同心円により境界が定められた環状の表面S1の形で検出空間から全平面イメージを作ることがこの段階で判る。 この表面、しかもこのような検出空間の分割は、特別な空間のセクタを識別するため、検出の位置を定めることによる。 【0043】図5,6に記載のケースにおいて、平面イメージは全検出空間に対し図12の2つの円14,15 の間にある陰の領域により表わされている。 検出空間の各セクタΩ1,…,Ω6はこの環状の7 1から7 6のセクタに対応している。 理想的には7 1から7 6のセクタは図12に示す形を取る。 【0044】現存の検出器は通常は長方形の形をした分離形の検出器であるか、または例えばパイロ電気網膜である検出器マトリクスである。 これらの網膜には行と列に配置された四角い検出器があり、検出器のそれぞれは全網膜イメージのピクセルとなっている。 各ピクセルの位置はそのアドレスにより定まるが、その位置には行番号と列番号がある;各ピクセルのアドレスは個々に定められる。 【0045】このように選ばれた検出器は網膜のケースにおいては、図12に示す形に出来るだけ近くなるように再生するように配置またはアドレスが指定されるが、 7 1から7 6の検出器のそれぞれは理想的には環状の断面となる。 【0046】分離形検出器のケースにおいては、レイアウトは図13に示す形を取るが、7 1から7 6の検出器の長方形の長辺は正多角形を構成するように並んで置かれている。 【0047】網膜のケースにおいては、アドレスのついた検出器は1つの円と交差した所にあるが、この円は図14に示すように中心がマトリクスのピクセルの1つであり、半径がこの中心から四角を構成する4つのピクセルの共通のかどまでの距離である。 【0048】図13に示すケースにおいては、各検出器は特定の検出空間セクタに対応しているが、いかなる検出器も2つのセクタとはオーバーラップしていない。 信号の処理は次のように簡単に行われる;標的は信号を受ける検出器に対応した角セクタ内にあり、または2つの連続的な検出器が受ける2つの信号のケースにおいては、最強の信号を受ける検出器に対応したセクタ内にあるが、これを決めることで十分である。 実際に作られる妥当な案を考慮すると、2つのセクタをオーバーラップする検出器が予想される。 【0049】図14,16に示す特別なケースにおいては、7 1から7 6までラベルのついたピクセルはΩ1からΩ6までの6個の60°セクタをカバーしている表面S1の形でほぼ配置されるが、これは7 1から7 3までおよび7 9から7 11までのピクセルはオーバーラップなしにセクタΩ1とΩ4に対応しているからである;ピクセル7 4 ,7 5 ,7 7 ,7 8 ,7 12 ,7 13 ,7 15 ,7 16 はあいまい性を入れることなく、セクタΩ2,Ω3,Ω 5,Ω6を形成している。 【0050】他方ピクセル7 6と7 14はそれぞれ2つのセクタΩ2/Ω3とΩ5/Ω6に対応している。 これらの隣接したピクセルのいずれか1つに受信される信号がどれもあいまいさを除去していなければ、これら2つのピクセルの1つにより受信される信号の取扱いは決定が容易で、標的の検出を2つのセクタの一方または他方とすることができる。 他のいくつかの方法も可能であるが、ここでは詳細には述べないが、それはその方法により弾頭の指向性が得られることによるからである。 【0051】図15には、一方では環を形成するためマトリクスのピクセルを選択する2番目の方法を図示しており、他方では図7と図8に示すΩ1からΩ12のセクタのイメージを形成しようとする時可能な選択を図示している。 【0052】図15において、全体の検出空間は円14 と円15の間に囲まれた表面S1により表わされている。 Ω1からΩ6の角セクタの全ての部分は円14と円17の間に囲まれた表面S2により表わされており、Ω 7からΩ12のセクタの全ての部分は円15と円16の間に囲まれた表面3により表わされている。 【0053】円14から円16までは同心円である。 これらの円は四角形を構成する4つのピクセルの共通点にある同一中心を有しており、それらの半径はピクセルを形成する四角形の辺の全体数に等しい。 図15に図示のケースでは、m=6に対しΩ1からΩ6までのセクタの各部分は2つのピクセルにより表わされ、Ω7からΩ1 2までの各部分は4つのピクセルにより表わされている。 【0054】使用した検出器7は例えば材料がInSb またはHg/Cd/Teで作られた光起電形検出器であり、Hg,Cd,Teの割合は選択した周波数バンドで検出を容易にするように適合されている。 網膜のケースにおいては、マルチプレクサ回路が電荷転送装置として与えられている。 【0055】装置8、検出器7、回路10と11、有向効果弾頭19を備えた軍需品の操作は次の通りである: 検出器7の少なくとも1つが感度バンド内に輻射を受けると、この検出器は1つの信号を送出するが、この信号は回路10で増幅され変換される。 信号の大きさと期間が所定のスレッショルドを越えると、弾頭効果を信号源が含まれたセクタの中に向かわせるように弾頭19の爆発にトリガをかける。 【0056】検出器が図15により定められる配置を有する場合には、爆発信号は更に表面S3の上にある検出器からの信号と表面S2の上にある検出器からの信号との間の最大期間により制限され、更にS3とS2の検出器から受ける情報の一致により制限される。 論理的に選択した理由を図16に図示してある。 この図はホットポイント4を示しているが、このホットポイントの輻射は表面S2検出器に関する検出器により時間tで、更に表面S3検出器により時間t+dtで感知されている。 図16において、直線D1とD2は図7に示した前方および後方検出軸に対応している。 時間dtの間、ミサイルは距離dを進む。 ミサイルの速度を測定または推定すると、dが計算または推定される。 これらのデータを基に、全ての角度が判ればホットポイント4の距離が計算できる。 【0057】輻射源の大きさも、1つまたはいくつかの検出器に対するソースからの信号について受信の期間から求めることができる。 【0058】論理回路11により行われる処理により自然または人工のひきつけるものまたは遠方過ぎる標的が除去されるが、これはそれぞれの検出器からの信号の期間、種々の検出器が受ける信号相互のアドレスと時間についての情報に基づいている。 軍需品が簡単な場合、半分が空にある観測セクタに対応した検出器により、また半分が地上にある観測セクタにより受信された長期間の信号レベルの相違は信号変換器10または論理回路11 により処理され軍需品の回転位置が大まかに決まる。 【0059】この発明の目的は一般にはセクタのエレメントを非常に精密に決定することではないことに注意する必要がある。 弾頭19が標的のあるセクタ内に最大効果を生ずる可能性を有することができるように満足な決定を得ることで十分である。 【図面の簡単な説明】 【図1】検出ウインドを運ぶミサイルを示す。 【図2】標的に近づくミサイルを簡略化した図を示す。 【図3】図2のホットスポットから到来する光線を示す。 【図4】より一般的な実施例におけるこの発明の方法を図示する。 【図5】検出空間を分割する方法を図示する。 【図6】検出空間を分割した一形態を図示する。 【図7】検出空間を分割する他の形態を図示する。 【図8】検出空間を分割する他の形態を図示する。 【図9】ミラーM1の形態を図示する。 【図10】ミラーM2の形態を図示する。 【図11】検出ユニットを図示する軍需品の部分的な縦方向断面である。 【図12】選択した空間分割に従い商業的に利用できる検出器を用いた配列を図示する。 【図13】選択した空間分割に従い商業的に利用できる検出器を用いた他の配列を図示する。 【図14】選択した空間分割に従い商業的に利用できる検出器を用いた他の配列を図示する。 【図15】選択した空間分割に従い商業的に利用できる検出器を用いた他の配列を図示する。 【図16】この発明の特別な配置の利点を図示する。 【符号の説明】 1 ミサイル 2 ウインド 3 標的 4 ホットスポット 5 光線 6 ミラー 7 検出器 8 光学装置 9 バーチャルシリンダ 10 信号変換器 11 論理回路 12 集光レンズ 14,15 円 18 おおい 19 弾頭 ───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl. 5識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G01J 1/04 A 7381−2G |