(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被支持体を第１軸の回りで回動自在に支持しているとともに、第１軸の回りで駆動する第１支持機構と、
上記被支持体および第１支持機構を、第１軸と直交する第２軸の回りで回動自在に支持しているとともに第２軸の回りで駆動する第２支持機構と、を備え、
上記第２支持機構は、上記第２軸を中心とする円弧状のガイド部を有し上記第２軸から離間して設けられたガイド部材と、上記第１支持機構を支持しているとともに上記ガイド部に沿って移動自在に設けられた支持部材と、上記ガイド部に沿って上記支持部材を移動させる駆動部と、を備え、
上記ガイド部は、ほぼ三角形の断面形状を備え、それぞれ上記三角形の底辺および斜面を構成しているとともにそれぞれ上記第２軸を中心とする円弧状に形成された第１、第２、第３のガイド面を有し、
上記第２支持機構は、上記支持部材に取り付けられているとともに上記ガイド面にそれぞれ転接した複数のローラ軸受を備えていることを特徴とするジンバル機構。
【請求項２】
被支持体を第１軸の回りで回動自在に支持しているとともに、第１軸の回りで駆動する第１支持機構と、
上記被支持体および第１支持機構を、第１軸と直交する第２軸の回りで回動自在に支持しているとともに第２軸の回りで駆動する第２支持機構と、を備え、
上記第２支持機構は、上記第２軸を中心とする円弧状のガイド部を有し上記第２軸から離間して設けられたガイド部材と、上記第１支持機構を支持しているとともに上記ガイド部に沿って移動自在に設けられた支持部材と、上記ガイド部に沿って上記支持部材を移動させる駆動部と、を備え、
上記駆動部は、上記ガイド部に沿って円弧状に形成されたステ−タコイルと、上記支持部材に固定され上記ステ−タコイルに隣接対向して設けられた磁石と、を備えていることを特徴とするジンバル機構。
【請求項３】
被支持体を第１軸の回りで回動自在に支持しているとともに、第１軸の回りで駆動する第１支持機構と、
上記被支持体および第１支持機構を、第１軸と直交する第２軸の回りで回動自在に支持しているとともに第２軸の回りで駆動する第２支持機構と、を備え、
上記第２支持機構は、上記第２軸を中心とする円弧状のガイド部を有し上記第２軸から離間して設けられたガイド部材と、上記第１支持機構を支持しているとともに上記ガイド部に沿って移動自在に設けられた支持部材と、上記ガイド部に沿って上記支持部材を移動させる駆動部と、を備え、
上記第２支持機構は、上記第２軸回りでの被支持体の回動角度を検出する角度検出器を備え、上記角度検出器は、上記ガイド部に沿って円弧状に延びたロッド状のステ−タと、上記支持部材に固定され上記ステ−タと係合した状態で移動自在に設けられた角度センサと、を備えていることを特徴とするジンバル機構。
【請求項４】
被支持体を第１軸の回りで回動自在に支持しているとともに、第１軸の回りで駆動する第１支持機構と、
上記被支持体および第１支持機構を、第１軸と直交する第２軸の回りで回動自在に支持しているとともに第２軸の回りで駆動する第２支持機構と、を備え、
上記第２支持機構は、上記第２軸を中心とする円弧状のガイド部を有し上記第２軸から離間して設けられたガイド部材と、上記第１支持機構を支持しているとともに上記ガイド部に沿って移動自在に設けられた支持部材と、上記ガイド部に沿って上記支持部材を移動させる駆動部と、を備え、
上記第１支持機構は、上記被支持体に設けられ上記第１軸上に位置しているとともに、軸受を介して上記支持部材に回動自在に支持された回転軸と、上記回転軸の一端に連結され上記第１軸の回りで上記被支持体を回動させるモータと、上記回転軸の他端に設けられ上記第１軸回りでの上記被支持体の回動角度を検出する角度検出器と、を備えていることを特徴とするジンバル機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、被支持体を直交する２軸の回りで回動自在に支持するジンバル機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
撮像装置として、例えば、飛行物体に設けられ標的を捕捉して飛行物体の飛行方向を誘導する誘導装置が知られている。この誘導装置は、レンズ等の光学系を有した撮像部と、撮像部を直交する２軸の回りで回動自在に支持したジンバル機構と、を備えている。
【０００３】
ジンバル機構は、撮像部を第１軸の回りで回動自在に支持し、かつ、第１軸の回りで駆動する第１支持機構と、撮像部および第１支持機構全体を、第１軸と直交する第２軸の回りで回動自在に支持し、かつ、第２軸の回りで駆動する第２支持機構と、を備えている。
【０００４】
第１支持機構は、第１軸上に設けられた第１回転軸と、第１回転軸の両端部に設けられた一対の軸受と、第１回転軸の一端に設けられ撮像部を第１軸の回りで駆動する第１モータと、第１回転軸の他端に設けられた第１角度検出器と、を有している。また、第２支持機構は、第２軸上に設けられた第２回転軸と、第２回転軸の両端に設けられた一対の軸受と、第２回転軸の一端に設けられ撮像部を第２軸の回りで駆動する第２モータと、第２回転軸の他端に設けられた第２角度検出器と、を有している。
【０００５】
そして、上記誘導装置では、撮像部を第１および第２軸の回りで回動させることにより、標的を捕捉して撮像し、捕捉した標的に向かって飛行物体を誘導する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成の誘導装置において、標的捕捉性能を向上させるためには、撮像部の光学系を大口径化すること、あるいは、撮像部の回動角度を大きくすることが有効となる。しかしながら、第１および第２支持機構の軸受、モータ、および角度検出器が第１回転軸上および第２回転軸上にそれぞれ設けられている場合、第２支持機構の軸受、モータ、角度検出器は、第１軸回りで回動する撮像部の移動経路内に位置している。
【０００７】
そのため、撮像部の口径を大きくすると、あるいは撮像部に回動角度を拡大すると、撮像部が第２支持機構の軸受、モータ、角度検出器と干渉してしまう。従って、限られた搭載スペース内で撮像部の口径あるいは撮像部に回動角度を拡大する上で大きな制約となっている。
【０００８】
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、被支持体を大型化した場合でも充分な回動角度を維持することが可能なジンバル支持機構を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明に係るジンバル機構は、被支持体を第１軸の回りで回動自在に支持しているとともに、第１軸の回りで駆動する第１支持機構と、上記被支持体および第１支持機構を、第１軸と直交する第２軸の回りで回動自在に支持しているとともに第２軸の回りで駆動する第２支持機構と、を備え、
上記第２支持機構は、上記第２軸を中心とする円弧状のガイド部を有し上記第２軸から離間して設けられたガイド部材と、上記第１支持機構を支持しているとともに上記ガイド部に沿って移動自在に設けられた支持部材と、上記ガイド部に沿って上記支持部材を移動させる駆動部と、を備え、上記ガイド部は、ほぼ三角形の断面形状を備え、それぞれ上記三角形の底辺および斜面を構成しているとともにそれぞれ上記第２軸を中心とする円弧状に形成された第１、第２、第３のガイド面を有し、上記第２支持機構は、上記支持部材に取り付けられているとともに上記ガイド面にそれぞれ転接した複数のローラ軸受を備えていることを特徴としている。
【００１１】
この発明に係るジンバル機構によれば、上記ガイド部は、それぞれ上記第２軸を中心とする円弧状に形成された複数のガイド面を有し、上記第２支持機構は、上記支持部材に取り付けられているとともに上記ガイド面にそれぞれ転接した複数のローラ軸受を備えていることを特徴としている。
【００１２】
更に、この発明によれば、上記ガイド部はほぼ三角形の断面形状を有しているとともに、それぞれ上記三角形の底辺および斜面を構成する第１、第２、第３のガイド面を有している。また、上記駆動部は、上記ガイド部に沿って円弧状に形成されたステ−タコイルと、上記支持部材に固定され上記ステ−タコイルに隣接対向して設けられた磁石と、を備えている。
【００１３】
上記のように構成されたこの発明に係るジンバル機構によれば、第２支持機構のガイド部を第２軸から充分に離間して設けられた円弧状のガイド部とし、このガイド部によって支持部材を回動自在に支持していることから、被支持体を第１軸の回りで回動させる際、第２支持機構が邪魔になることがなく、被支持体の大型化を図った場合でも、被支持体と第２支持機構との干渉を防止し、被支持体を所望の角度範囲で回動自在に支持することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照しながら、この発明を飛行物体の誘導装置に適用した実施の形態について詳細に説明する。
図１ないし図５に示すように、誘導装置は、飛行物体の一部を構成するベース１０上に設けられた２自由度を持つジンバル機構１１と、このジンバル機構によって回動自在に支持された撮像部１２と、を備えている。ジンバル機構１１は、撮像部１２をＹ軸の回りで回動自在に支持した第１支持機構１３と、撮像部１２をＹ軸と直交するＺ軸の回りで回動自在に支持した第２支持機構１４と、を有している。そして、撮像部１２およびジンバル機構１１は、ベース１０に取り付けられているとともに透明なガラスからなるドーム状のカバー１８によって覆われている。
【００１５】
図２に示すように、撮像部１２は、複数のレンズ２３を有した光学系２２、赤外線センサ２４、および冷却器２６と、これらを収納したケース２０と、を備え、光学系２２により撮像した被写体の像を赤外線センサ２４によって電気信号に変換する。
【００１６】
図１および図３ないし図５に示すように、第１支持機構１３は、撮像部１２のケース２０から延出しＹ軸上に位置した第１回転軸３２と、第１回転軸の一端に連結され、第１回転軸を介して撮像部１２をＹ軸の回りで回動させるモータ３６と、第１回転軸の他端に取り付けられ、Ｙ軸回りでの撮像部１２の回動角度を検出する第１角度検出器３８と、を有している。
【００１７】
また、第２支持機構１４は、ベース１０上に固定されたガイド部材４８と、このガイド部材によりＺ軸の回りで移動自在に支持されているとともに、第１支持機構１３全体および撮像部１２を支持した支持フレーム３０と、この支持フレームを移動させる駆動部１６と、支持フレームの移動角度、つまり、Ｚ軸回りでの回動角度を検出する第２角度検出器６０と、を備えている。
【００１８】
図１、および図４ないし図６に示すように、ガイド部材４８は、Ｚ軸を中心とする円弧状に形成されたガイド部５０と脚部５１とを一体に有している。そして、ガイド部材４８は、脚部５１を介してベース１０上にほぼ垂直に立設され、Ｚ軸から充分に離間して位置している。ガイド部５０は、断面形状がほぼ三角形に形成され、撮像部１２側を向いた円弧状の第１ガイド面５０ａ、ベース１０側を向いた円弧状の第２および第３ガイド面５０ｂ、５０ｃを有している。
【００１９】
一方、ロータおよび支持部材として機能する支持フレーム３０はほぼＵ字形状に形成され、その一対の延出端部はそれぞれ軸受３４を介して第１回転軸３２を回転自在に支持している。支持フレーム３０の基部にはＺ軸を中心とした円弧状のガイド溝３１が形成され、このガイド溝３１にガイド部５０の一部が挿入されている。
【００２０】
また、支持フレーム３０には、ガイド部５０の第１ガイド面５０ａに転接した一対のトラックローラ軸受５４ａ、第２ガイド面５０ｂに転接した一対のトラックローラ軸受５４ｂ、第３ガイド面５０ｃに転接した一対のトラックローラ軸受５４ｃがそれぞれ回転自在に取り付けられている。これにより、支持フレーム３０は、Ｚ軸の回りでガイド部５０に沿って移動自在に支持されている。
【００２１】
そして、ガイド部５０をトラックローラ軸受５４ａ、５４ｂ、５４ｃによって３方向から挟み込むことにより、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向の荷重、ＸおよびＹ軸回りのモーメントを受けることができる。また、トラックローラ軸受５４ａ、５４ｂ、５４ｃをガイド部５０の各ガイド面に対して適当な荷重で押しつけることにより、支持フレーム３０をがたなく、かつ、剛性を持って支持することができる。
【００２２】
また、支持フレーム３０をＺ軸回りで回動させる駆動部１６は、ベース１０上に設けられた一対のステ−タコイル４４と、支持フレーム３０に固定されロータとして機能する一対の磁石４２と、を備えている。一対のステ−タコイル４４は、ガイド部材４８に隣接して設けられているとともに、ガイド部５０に沿って円弧状に形成されている。また、磁石４２は、支持フレーム３０から突出した突出部４０に固定され、一対のステ−タコイル４４間に位置している。従って、ステ−タコイル４４に通電して磁界を発生させることにより、磁石４２との相互作用により支持フレーム３０を駆動することができる。
【００２３】
第２角度検出器６０は、ベース１０上に配置されガイド部５０に沿って円弧状に延びたロッド状のステ−タ６４と、支持フレーム３０の突出部４０に固定されステ−タ６４と係合した状態で移動自在な角度センサ６２と、を有している。
【００２４】
上記のように構成された撮像装置において、図４および図５は、撮像部１２がＸ軸方向、つまり、正面を向いた状態を示している。そして、図７（ａ）に示すように、第２支持機構１４の駆動部１６を駆動することにより、支持フレーム３０がガイド部５０に沿って移動し、撮像部１２および第１支持機構１３全体を、Ｚ軸の回りで両側にそれぞれ例えば４５度の振れ角にて回動させることができる。また、図７（ｂ）に示すように、第１支持機構１３のモータ３４を駆動することにより、撮像部１２をＹ軸の回りで両方向にそれぞれ例えば４５度の振れ角にて回動させることができる。従って、ジンバル機構１１により、撮像部１２を２自由度で回動自在に支持し広範囲に亘って標的を撮像することが可能となる。
【００２５】
以上のように構成された誘導装置によれば、第２支持機構１３の支持フレーム３０は、Ｚ軸から充分に離間して設けられた円弧状のガイド部５０によって回動自在に支持されていることから、撮像部１２をＹ軸の回りで回動させる際、第２支持機構が邪魔になることがなく、撮像部１２の口径を大型化した場合でも、撮像部と第２支持機構との干渉を防止することができる。従って、撮像部１２を大口径化して受光面積を拡大し、誘導装置の検出性能の向上、すなわち、捕捉距離の延長を図るこが可能となる。
【００２６】
なお、この発明は上述した実施の形態に限定されることなく、この発明の範囲内で種々変形可能である。例えば、この発明に係るジンバル機構は、被支持体として赤外線や可視光線の撮像部に限らず、アンテナ等の他の被支持体を支持する構成としてもよい。また、ガイド部材のガイド部５０は、三角形の断面形状に限らず、図８に示すように、矩形状の断面を有するように構成されていてもよい。その他、第２支持機構の駆動部および角度検出器の構成は、必要に応じて種々変形可能である。
【００２７】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明によれば、被支持体を支持する第２支持機構のガイド部を円弧状とし第２軸から充分に離間して設ける構成としたことから、被支持体を大型化した場合でも被支持体の充分な回動角度を維持することが可能なジンバル支持機構を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態に係るジンバル機構を備えた誘導装置を示す分解斜視図。
【図２】上記誘導装置における撮像部を概略的に示す断面図。
【図３】上記誘導装置の平面図。
【図４】上記誘導装置をＺ軸方向から見た側面図。
【図５】上記誘導装置をＹ軸方向から見た側面図。
【図６】上記ジンバル機構のガイド部材を示す斜視。
【図７】上記誘導装置の撮像部をＺ軸回り、およびＹ軸回りで回動した状態をそれぞれ示す側面図。
【図８】上記ジンバル機構のガイド部の変形例を示す図。
【符号の説明】
１０…ベース
１１…ジンバル機構
１２…撮像部
１３…第１支持機構
１４…第２支持機構
１６…駆動部
３０…支持フレーム
３２…Ｙ軸
３６…モータ
３８…第１角度検出器
４８…ガイド部材
５０…ガイド部
５０ａ、５０ｂ、５０ｃ…第１、第２、第３ガイド面
６０…第２角度検出器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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