(57)【要約】【課題】定常時には光学精度を維持し、衝撃荷重時には反射鏡への応力を吸収できる移動体搭載用光学系支持機構の提供。【解決手段】移動体搭載用光学系支持機構は、移動体上に光学系を支持するために、移動体に固定された固定磁気部材と、常時は磁力で固定磁気部材に吸着され、大きな衝撃力により固定磁気部材から離間する可動磁気部材と、可動磁気部材を案内する案内部材と、可動磁気部材と光学系との間に連結された座屈部材とを備えている。【効果】定常時は光学精度が維持され、衝撃荷重下では可動磁気部材が磁力に打ち勝って座屈部材の変形により、衝撃を吸収して反射鏡の損傷を回避できる。【選択図】図３
2010204432.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体上に光学系を支持するために、
上記移動体および上記光学系のいずれか少なくとも一方に固定された固定磁気部材と、
上記固定磁気部材との間で作用する磁力により吸着され、上記磁力よりも大きな衝撃力により上記固定磁気部材から離間する可動磁気部材と、
上記可動磁気部材の上記離間の方向を案内する案内部材と、
一端で上記可動磁気部材に連結され、他端で上記移動体および上記光学系の他方に連結された座屈部材とを備えたことを特徴とする移動体搭載用光学系支持機構。
【請求項２】
上記固定磁気部材および上記可動磁気部材の少なくともいずれか一方が磁石であることを特徴とする請求項１に記載の移動体搭載用光学系支持機構。
【請求項３】
上記移動体と上記光学系との間に設けられ、上記可動磁気部材が上記固定磁気部材から離間して上記座屈部材が座屈したときに作用して、上記光学系の上記移動体に対する移動を抑制して復帰させる緩衝装置を備えたことを特徴とする請求項１あるいは２に記載の移動体搭載用光学系支持機構。
【請求項４】
上記緩衝装置が、バネとダンパとを備えた襲撃吸収バネであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の移動体搭載用光学系支持機構。
【請求項５】
上記座屈部材がバネ復帰作用を持つことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の移動体搭載用光学系支持機構。
【請求項６】
上記案内部材が上記移動体に固定された中空円筒形部材であり、上記固定磁気部材が上記案内部材の内部に固定され、上記可動磁気部材が、上記案内部材の内部で上記固定磁気部材に対して離接できるように可動に案内支持されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の移動体搭載用光学系支持機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば人工衛星や自動車、飛翔体などの移動体に搭載される光学系を支持するための移動体搭載用光学系支持機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の移動体搭載用光学系は、例えば目標対象物から反射または放射された赤外線や可視光などの入射を受け、その情報から該光学系が搭載された移動体からの距離や方向などを求めるのに用いられている。そのため、それらの高い精度を維持するためには、移動体搭載用光学系は移動体に対して剛に連結されている（例えば特許文献１参照）。
また、これらの光学系はこれまで、主にアルミ合金などの金属材料で作られているが、近年では炭素繊維強化炭化珪素（Ｃ／ＳｉＣ）複合材料からなる反射鏡が作られている（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２９６９７号公報
【特許文献２】特開２００６−２７９７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなＣ／ＳｉＣ製移動体搭載用光学系にあっては、移動体に剛に連結されているため、移動体定常稼働時に想定される荷重よりも大きな突発的衝撃荷重が加わった場合に、移動体に加わった荷重が支持機構を通して光学系に伝達され、反射鏡等に過剰な応力が発生することにより、反射鏡等が破壊するという問題点があった。移動体に加わる突発的衝撃荷重としては、例えば人工衛星であれば打ち上げ時の振動荷重、自動車であれば障害物などへの接触、飛翔体であれば搭載艦艇への魚雷の衝突などがある。一方、突発的衝撃荷重による破壊を回避するために、ダンパー特性を有するクッション部材で光学系を支持した場合には、移動体定常稼働時における光学精度が低下するという問題があった。
【０００５】
従ってこの発明の目的は、上述のような問題点を解決するためになされたものであり、移動体定常稼働時には光学精度を維持しつつ、突発的衝撃荷重下では反射鏡への応力発生およびそれによる反射鏡の破壊を回避可能な移動体搭載用光学系支持機構を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の移動体搭載用光学系支持機構は、移動体上に光学系を支持するために、上記移動体および上記光学系のいずれか少なくとも一方に固定された固定磁気部材と、上記固定磁気部材に磁力により吸着され、上記磁力よりも大きな衝撃力により上記固定磁気部材から離間する可動磁気部材と、上記可動磁気部材の上記離間の方向を案内する案内部材と、一端で上記可動磁気部材に連結され、他端で上記移動体および上記光学系の他方に連結された座屈部材とを備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、移動体搭載用光学系は、移動体定常稼働時は磁力により支持されて光学精度が保持され、衝撃荷重下では磁力が打ち負かされ、またトラス要素の座屈変形により、移動体筺体から反射鏡への伝達を抑制して反射鏡の破壊を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１による移動体搭載用光学系支持機構によって光学系が支持された移動体内部の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１による移動体搭載用光学系支持機構の支持部材の内部構成を表した斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態１による移動体搭載用光学系支持機構の支持部材の断面図である。
【図４】磁力によって連結された永久磁石間に引張荷重が加わった場合の特性を表したグラフである。
【図５】トラス要素に加えられる圧縮荷重特性を表したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明の実施の形態について説明する。
【００１０】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による移動体搭載用光学系支持機構によって光学系１が支持された移動体２の内部の概略図である。光学系１は複数の反射鏡３および４から構成され、支持フレーム５内に支持されていて、緩衝装置６および支持装置７によって移動体２に連結・支持されている。図１では２組の緩衝装置６および支持装置７からなる支持機構で光学系１を移動体２に支持しているが、望ましくは３組以上の支持機構で支持を行うのが良い。
【００１１】
図２および図３に示すように、移動体２上に光学系１を支持するための移動体搭載用光学系支持機構の支持装置７は、移動体２に固定された中空円筒形の案内部材８と、案内部材８の内部に固定された永久磁石である固定磁気部材９と、案内部材８内に設けられて案内部材８によって離間の方向に可動に案内支持されながら固定磁気部材９に対して離接できる永久磁石である可動磁気部材１０と、一端が可動磁気部材１０に連結され、他端が中空円筒形の案内部材８の開口１１を貫通して延びて光学系１に連結された座屈部材１２とを備えている。可動磁気部材１０は、固定磁気部材９に磁力により吸着され、この磁力よりも大きな衝撃力により固定磁気部材９から離間するものである。案内部材８内の可動磁気部材１０の平行移動可能長さＬは、突発的な衝撃荷重による移動体２と光学系１の相対変位変化量よりも十分に長くしてある。固定磁気部材９と可動磁気部材１０が共に中空円筒形の案内部材８の内部に収納されているため、内部に異物が侵入するおそれが軽減される。
【００１２】
固定磁気部材９と可動磁気部材１０との間に作用する磁力の大きさは、図３に示すように可動磁気部材１０固定磁気部材９に磁力により吸着されているときは、容易には離れずに固定磁気部材９と可動磁気部材１０とが互いに剛体的に連結された状態を維持するが、光学系に損傷を与えかねないほどの大きな衝撃力が互いを引き離そうとする方向に加えられたときには、可動磁気部材１０が固定磁気部材９から離れることができるような大きさである。
【００１３】
座屈部材１２の一端はピン１３で可動磁気部材１０に枢着されており、他端はピン１３と平行なピン１４で光学系１に枢着された金属製のロッド状の部材であり、軸方向の引っ張り荷重および圧縮荷重に対しては剛体的な振る舞いをして、荷重に対して実質的な伸縮をしないが、ある一定以上の大きさの圧縮方向の衝撃荷重に対しては座屈し、荷重が取り除かれたときには弾性により復元するような部材である。
【００１４】
図１に示す移動体搭載用光学系支持機構は、支持装置７とは別に、移動体２と光学系１との間に設けられ、支持装置７の可動磁気部材１０が固定磁気部材９から離間して座屈部材１２が座屈したときに作用して、光学系１の移動体２に対する移動を抑制して復帰させる緩衝装置６を備えている。図示の例では、緩衝装置６は、バネ１５とダンパ１６とを備えた衝撃吸収バネであり、平常時には光学系１が支持装置７によって移動体２に剛体的に支持されているため実質的に作用しない。移動体２に大きな衝撃荷重が掛かって、支持装置７の座屈部材１２が座屈しあるいは固定磁気部材９および可動磁気部材１０が分離したときには、衝撃吸収作用が実質的に失われた支持装置７に代わって、衝撃荷重を吸収して光学系１に衝撃が伝わらぬようにし、衝撃荷重が無くなった後には、光学系１の移動体２に対する位置を復元して、バネ１５により座屈部材１２が復元するのを助け、可動磁気部材１０が固定磁気部材９に吸着された元の位置に戻す作用をする。
【００１５】
図４のグラフは、磁力によって連結された固定磁気部材９および可動磁気部材１０の引張荷重特性を表すものであり、このグラフに示されているように、移動体２および光学系１に自重以外の荷重が加わっていない状態において、支持装置７はプリテンションをかけた状態で移動体２および光学系１に連結されている。磁石結合力は永久磁石１０および１１が切り離される直前の最大荷重である。磁石結合力は移動体定常稼働時に発生する振動最大荷重とプリテンション荷重の合計荷重よりも大きい。また、磁石結合力は光学系１の破壊荷重および突発的衝撃荷重よりも小さい。このように、磁石結合力が移動体定常稼働時の振動最大荷重とプリテンションとの合計荷重よりも大きいため、通常の稼動時には固定磁気部材９と可動磁気部材１０との結合が外れることがなく、また磁石結合力が光学系破壊荷重よりも小さいため、光学系破壊荷重が掛かったときには固定磁気部材９と可動磁気部材１０との結合が外れて光学系破壊荷重を光学系から遮断するのである。
【００１６】
図５の座屈部材１２の圧縮荷重特性を表したグラフに示されているように、座屈部材１２の座屈荷重は、移動体定常稼働時の振動最大荷重および可動磁気部材１０の重さの合計荷重よりも大きく、光学系１の破壊荷重および突発的衝撃荷重よりも小さい。このように、座屈荷重が移動体定常稼働時の振動最大荷重と可動磁気部材１０の重量との合計荷重よりも大きいため、通常の稼動時には座屈部材１２が座屈することがなく、また座屈荷重が光学系破壊荷重よりも小さいため、光学系破壊荷重が掛かったときには座屈部材１２が確実に座屈して光学系破壊荷重を光学系から遮断するのである。
【００１７】
このような構成によれば、移動体２の定常稼働時の振動荷重下においては、固定磁気部材９および可動磁気部材１０は磁力によって剛体的に連結されている。また、座屈部材１２は座屈変形せず圧縮変形をしている。したがって、光学系１は支持装置７によって移動体２に剛に連結されるため誘導制御に必要な光学精度が維持される。移動体２に突発的な衝撃荷重が加わった場合には、慣性力によって、支持装置７に引張荷重または圧縮荷重が加わる。
【００１８】
支持装置７に衝撃引張荷重が加わった場合には、固定磁気部材９および可動磁気部材１０間の連結が切り離されることになり、移動体２から光学系１への荷重伝達が遮断される。一方、支持装置７に圧縮荷重が加わった場合には、座屈部材１２が座屈変形し、支持装置７全体の圧縮荷重に対する剛性が低下する。それによって移動体２から光学系１への荷重伝達が抑制される。
【００１９】
以上のように衝撃による引張荷重および圧縮荷重のどちらの場合においても移動体２から光学系１への荷重伝達が抑制される。移動体２から光学系１への荷重伝達が抑制されている間は、支持装置７は光学系１の支持機能を実質的に失うため、緩衝装置６によって衝撃荷重を吸収する。衝撃荷重から解放された後は、座屈部材１２が座屈変形をしている場合、元の形状に復元する。その結果、可動磁気部材１０が案内部材８内を軸方向に固定磁気部材９に向かって平行移動し、固定磁気部材９と再び磁気によって剛体的に結合される。連結後は支持装置７のプリテンション荷重によって光学系１の光学精度が復元される。
【００２０】
以上に図示して説明した移動体搭載用光学系支持機構は本発明を適用した一例であって、本発明はこの例に限定されるものではなく、様々な変形が可能であり、またそれぞれの具体例の特徴を全てあるいは選択的に組み合わせることもできる。例えば、固定磁気部材９および可動磁気部材１０として永久磁石の代わりに電磁石を用いても同様の機能を得られる。また、座屈部材１２を光学系１および移動体２に連結するために、例えばユニバーサルジョイントのような２軸以上の回転自由度を持つピン結合要素を用いても同様の機能を得ることが可能である。
【００２１】
また、図示の例においては、固定磁気部材９も可動磁気部材１０も共に強磁性体である永久磁石であるが、いずれか一方だけを強磁性体として他方を常磁性体とすることもできる。可動磁気部材１０も固定磁気部材９も共にドラム型の部材であるが、支持装置７の軸に直角な面に沿った断面形が多角形のもの環状のものなども使用でき、それに合わせて案内部材８の形状も様々に変形できる。可動磁気部材１０と固定磁気部材９との間の磁極面に互いに係合し合う突起と凹部などを設けることもできる。また、光学系１の側に固定磁気部材９を設けてもよい。移動体、光学系の両方に固定磁気部材と可動磁気部材とを設けその間に座屈部材１２を設けることもできる。座屈部材は、例えば長手方向に直角な断面形が円弧状で全体として浅い樋状のバネ復帰作用をもつ板バネでもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
この発明は移動体搭載用光学系支持機構に利用できるものである。
【符号の説明】
【００２３】
１  光学系、２  移動体、３、４  反射鏡、５  支持フレーム、６  緩衝装置、７  支持装置、８  案内部材、９  固定磁気部材、１０  可動磁気部材、１１  開口、１２  座屈部材、１３、１４  ピン、１５  バネ、１６  ダンパ。
【図１】
2010204432.tif 000003
【図２】
2010204432.tif 000004
【図３】
2010204432.tif 000005
【図４】
2010204432.tif 000006
【図５】
2010204432.tif 000007