(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被駆動体と、
この被駆動体を軸支して少なくとも１方向に回動可能とする支持機構と、
この支持機構の前記被駆動体支持軸に取り付けられる駆動モータと、
前記支持機構の前記被駆動体支持軸に取り付けられ、前記被駆動体の姿勢角度を検出する角度検出器と、
前記被駆動体の一方の端部に回動方向に沿って規定ピッチで配置される複数の発光素子と、
前記角度検出器で検出された前記被駆動体の姿勢角度に応じて選択的に発光させる発光素子切替手段と、
前記支持機構を支持する基部上に、前記被駆動体の発光素子配置面に対向して設けられ、前記複数のうちのいずれかの発光素子で発光される光を受け、その受光位置に応じた出力を発生する位置検出素子と、
この位置検出素子の出力を角度換算し、この角度と前記角度検出器の検出角度に基づいて、前記被駆動体を所望の姿勢状態となる角度だけ駆動するように、前記駆動モータを制御する姿勢制御手段とを具備してなることを特徴とする姿勢制御装置。
【請求項２】
前記位置検出素子は、前記被駆動体が互いに直交する２方向に回動可能となるように前記支持機構に支持されている場合に、受光面が円形に形成されてなることを特徴とする請求項１記載の姿勢制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、被駆動体を所定の姿勢角度だけ駆動させる姿勢制御装置に関するもので、特に小型化を図る装置に適用できるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、例えば誘導装置に搭載される撮像装置やビームの送受信を行なうアンテナ等の被駆動体の姿勢を制御するものとして、被駆動体を複数方向に可動自在となるように支持するジンバル機構が用いられている。
【０００３】
図５は、従来のジンバル機構を用いた姿勢制御装置を示す斜視図である。なお、図５は、撮像部１０を、支持機構であるジンバル機構２０により支持している状態である。
【０００４】
まず、ジンバル機構２０について説明する。
【０００５】
ジンバル機構２０は、左右（図５中では矢印Ｚで示す方向）一対の固定部２１，２２を図示しない誘導装置内のシャーシから上方（図５中では矢印Ｘで示す方向）に向かって起立させている。これら一対の固定部２１，２２は、フレーム状の外ジンバル２３を図中矢印Ｙで示す方向、つまり図中矢印Ｚで示す方向の回りに回動可能となるように軸支させている。
【０００６】
上記外ジンバル２３は、フレーム状の内ジンバル２４を図中矢印Ｚで示す方向、つまり図中矢印Ｙで示す方向の回りに回動可能となるように軸支させている。この内ジンバル２４は、その開口部に撮像部１０の周側面を支持している。
【０００７】
撮像部１０は、ジンバル機構２０に支持された状態で、内ジンバル２４が回動することで、図中矢印Ｚで示す方向、つまり図中矢印Ｙで示す方向の回りに回動可能となっている。また、撮像部１０は、ジンバル機構２０に支持された状態で、外ジンバル２３が回動することで、図中矢印Ｙで示す方向、つまり図中矢印Ｚで示す方向の回りに回動可能となっている。
【０００８】
このジンバル機構２０において、撮像部１０を複数方向に可動させるそれぞれの可動部分、つまり各々のジンバル軸上には、それぞれ独立した方向への動力、つまりジンバル軸回りのトルクを発生するＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔ）モータ３１，３２、及びそのジンバル軸回りの回動角度を検出する角度検出器３３，３４が取り付けられている。
【０００９】
ところで、近年の誘導装置においては、小型化が開発の主流となっており、それに伴って、ジンバル機構２０における各可動方向への動力源となるＤＣモータ３１，３２も小型化される。しかし、小型化されたＤＣモータ３１，３２では、大きなトルクを得ることができず、このため、上記ジンバル機構２０を小型化された誘導装置に適用することが困難となる。また、各ジンバル軸上には、角度検出器３３，３４が取り付けられており、装置の小型化に伴って角度検出器も小型化されることになる。しかし、角度検出器３３，３４は、小型化されると、角度検出機能を大幅に低下させてしまうことになる。
【００１０】
さらに、従来では、例えば撮像部１００の口径を大きくしたいという要望があるが、ＤＣモータ３１，３２及び角度検出器３３，３４を小型化させることが困難であるため、撮像部１００の大型化が困難となる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来のジンバル機構では、小型化が要求される装置に搭載される場合に、各可動部分に取り付けられるＤＣモータを小型化しなければならず、このため、各可動部分に与えるトルクが不十分となり、また、角度検出器も小型化しなければならず、このため、検出機能を大幅に低下させてしまうという問題を有している。また、被駆動体の大型化の要求を満たせないという問題も有している。
【００１２】
そこで、この発明の目的は、小型化が要求される装置にも好適しつつ、小型化に伴うモータの出力不足を解消し得る姿勢制御装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る姿勢制御装置は、被駆動体と、この被駆動体を軸支して少なくとも１方向に回動可能とする支持機構と、この支持機構の被駆動体支持軸に取り付けられる駆動モータと、支持機構の被駆動体支持軸に取り付けられ、被駆動体の姿勢角度を検出する角度検出器と、被駆動体の一方の端部に回動方向に沿って規定ピッチで配置される複数の発光素子と、角度検出器で検出された被駆動体の姿勢角度に応じて選択的に発光させる発光素子切替手段と、支持機構を支持する基部上に、被駆動体の発光素子配置面に対向して設けられ、複数のうちのいずれかの発光素子で発光される光を受け、その受光位置に応じた出力を発生する位置検出素子と、この位置検出素子の出力を角度換算し、この角度と角度検出器の検出角度に基づいて、被駆動体を所望の姿勢状態となる角度だけ駆動するように、駆動モータを制御する姿勢制御手段とを備えるようにしたものである。
【００１４】
この構成によれば、被駆動体の一方の端部に配置され、角度検出器で検出される姿勢角度に応じて選択的に発光する複数の発光素子と、これら複数のうちのいずれかの発光素子から発光される光を受光し、その受光位置に応じた出力を発生する位置検出素子との間の相対位置関係により、被駆動体の姿勢角度を検出するようにしている。すなわち、複数の発光素子及び位置検出素子は、支持機構の被駆動体支持軸に取り付けられた角度検出器の補助的な役目をすることが可能となる。
【００１５】
このため、装置の小型化に伴い、支持機構の被駆動体支持軸に取り付けられた角度検出器が小型化されても、複数の発光素子及び位置検出素子が角度検出の補助的な役目をすることにより、角度検出機能の劣化を防ぐことができる。また従来の支持機構の被駆動体支持軸上に設けられていた角度検出器の占有スペースに駆動用モータを追加設置することができ、従って、小型化が要求される装置に適用されても支持軸両端に設けられる一対の駆動モータにより被駆動体を駆動させる大きなトルクを得ることできる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明に係わる姿勢制御装置の一実施形態の要部構成を示す斜視図である。
【００１７】
図１において、図中符号１００は被駆動体である撮像部で、図示しないジンバル機構により支持されている。なお、ここでは、撮像部１００をジンバル機構により１軸方向に回動可能となるように支持する例について説明する。
【００１８】
撮像部１００は、その上面（図１中矢印Ｘに対応する面）に目標を追尾するためのレンズ１０１を露出させている。また、撮像部１００の側面を支持するジンバル機構には、その回転軸上（図１中Ｚ軸回り）に駆動モータ２００と角度検出器３００が設けられている。駆動モータ２００は、撮像部１００をＺ軸回りに駆動させるためのものであり、角度検出器３００は、そのＺ軸回りに対する撮像部１００の姿勢角度を検出するものである。
【００１９】
さらに、撮像部１００は、レンズ１０１を設けた端部と反対側の端部に、ＬＥＤ（発光ダイオード）４０１〜４０３（図１中では４０１のみ図示）とレンズ５００とを設置している。これらＬＥＤ４０１〜４０３は、ジンバル機構を支持する基部上に設置されるＰＳＤ（位置検出素子）６００と対向し、このＰＳＤ６００との相対位置関係により角度検出器３００の補助的な角度検出機能を実現する。ＰＳＤ６００は、ＬＥＤ４０１〜４０３からの光を受光し、その受光位置に応じた出力を発生する。ここでは、１次元のＰＳＤ６００を使用している。また、ＰＳＤ６００に受光される光は、ＬＥＤ４０１〜４０３から発光する光をレンズ５００により集光されたものである。
【００２０】
次に、ＬＥＤ４０１〜４０３とＰＳＤ６００との間で実現される角度検出機能について図２を参照して説明する。
【００２１】
すなわち、撮像部１００の発光素子配置面には、図２（ａ）に示す如く、ＬＥＤ４０１〜４０３が撮像部１００の駆動方向に沿って配置されている。また、ＰＳＤ６００も、その矩形面が撮像部１００の駆動方向に沿って配置されている。また、ＬＥＤ４０１〜４０３は、互いに３０°ピッチで並置されている。
【００２２】
ここで、上記構成による角度検出機能の動作について説明すると、まず、角度検出器３００により撮像部１００の姿勢角度を１５°刻みで判定する。この１５°の角度範囲のうち精密に何度の方向を撮像部１００が向いているかをＰＳＤ６００が出力する。
【００２３】
撮像部１００が基準位置（傾き角度０°）にあるとき、図２（ａ）に示す如くＰＳＤ６００に対向するＬＥＤ４０２を使用する。そして、撮像部１００の傾き角度が１５°に達すると（図２（ｂ））、ＬＥＤ４０２からＬＥＤ４０３に切り替わる。以後、図２（ｃ）〜図２（ｄ）に示す如く、撮像部１００の傾き角度が１５°〜４５°の範囲では、ＬＥＤ４０３の出力を用いて角度検出を行なう。このように、撮像部１００の傾き角度によりＰＳＤ６００に投光するＬＥＤ４０１〜４０３は変わる。
【００２４】
図３は、撮像部１００の姿勢角度に対する制御手段の例を示している。
【００２５】
図３において、符号７１０は指定された姿勢角度に応じたデジタル信号を出力する入力部である。この入力部７１０から出力されるデジタル信号は、コントローラ７２０によって駆動モータ用の制御信号に変換されて駆動モータ２００に送られる。また、コントローラ７２０には、角度検出器７４０の出力及び角速度検出器７４０の出力が入力されるようになっている。
【００２６】
次に、上記構成における動作について説明する。
【００２７】
まず、撮像部１００を駆動する前に、撮像部１００の姿勢角度値を角度検出器３００で読み、その角度値を角度検出器７３０で補正した後、コントローラ７２０に供給する。そして、コントローラ７２０は、角度検出器７３０からの角度検出値を基準として、入力部７１０により入力されたデジタル信号を駆動モータ用の制御信号に変換する。このシステム制御部５０２により出力された制御信号は、撮像部１００を駆動させる駆動モータ２００に与えられる。
【００２８】
また、コントローラ７２０は、撮像部１００を所定の姿勢角度だけ駆動させる場合、ジンバル機構に取り付けられた角速度検出器７４０で撮像部１００の角速度を検出し、この角速度に応じて少しづつ駆動させるように駆動モータ２００を制御できる。この制御手段によれば、撮像部１００が目標とする姿勢角度まで大きく駆動することなく、これにより、駆動モータ２００の駆動が停止されても撮像部１００に残留振動が残るという不都合を生じることはない。
【００２９】
図４は、上記角度検出器７３０の具体的構成を示す回路ブロック図である。
【００３０】
すなわち、角度検出器３００で検出された姿勢角度値は、切替制御部７３１に供給される。切替制御部７３１は、この入力された姿勢角度値に基づいて、ＬＥＤ４０１〜４０３に対して選択的に電源を与えるスイッチ部７３２を切替制御する。ここで、切替制御部７３１は、入力される姿勢角度値が＋１５°までの間では、ＬＥＤ４０２を導通状態にし、＋１５°〜＋４５°の間ではＬＥＤ４０３を導通状態にする。また、逆の場合、−１５°までの間では、ＬＥＤ４０２を導通状態にし、−１５°〜−４５°の間ではＬＥＤ４０１を導通状態にする。
【００３１】
切替制御部７３１の出力は、補正回路７３３に入力され、補正回路７３３によってＬＥＤ４０１〜４０３からの光を受光したＰＳＤ６００の出力を角度換算した角度で補正され、高精度な姿勢角度値としてコントローラ７２０に出力される。なお、ＰＳＤ６００の出力は、ＬＥＤ４０１〜４０３からの光を受光面のどの部分で受けるかによって一義的に決まるので精度の高い角度情報が得られる。また、補正回路７３３からの出力は、１６ビットのデジタル信号であるので、最大首振角が±４５°の場合、角度検出器３００の出力は６通りしかないから、これを上位３ビットに割り付ける。残り１３ビットのうち例えば８ビットをＰＳＤ６００の出力に割り付けることにより、（３０°／２８）＝０．１°の分解能で撮像部１００の姿勢角度を検出できる。
【００３２】
なお、上記構成では、１自由度のジンバル機構に支持された撮像部１００の構成について説明したが、２自由度のジンバル機構に支持された撮像部１００についても、当然のことながら適用可能である。この場合、撮像部１００のＬＥＤ配置面に２方向に沿って複数のＬＥＤを設け、また、ＰＳＤの受光面を円形に形成するようにすればよい。
【００３３】
以上のように上記実施形態によれば、撮像部１００の一方の端部に配置され、角度検出器３００で検出される姿勢角度に応じて選択的に発光するＬＥＤ４０１〜４０３と、これらＬＥＤ４０１〜４０３のうちいずれか１つから発光される光を受光し、その受光位置に応じた出力を発生するＰＳＤ６００との間の相対位置関係により、撮像部１００の姿勢角度を検出するようにしている。すなわち、ＬＥＤ４０１〜４０３及びＰＳＤ６００は、ジンバル機構のジンバル軸に取り付けられた角度検出器３００の補助的な役目をすることが可能となる。
【００３４】
このため、装置の小型化に伴い、角度検出器３００が小型化されても、ＬＥＤ４０１〜４０３及びＰＳＤ６００が角度検出の補助的な役目をすることにより、角度検出機能の劣化を防ぐことができる。
【００３５】
また、ジンバル機構のジンバル軸上に取り付けられた角度検出器３００を大幅に小型化できるため、元々角度検出器３００が占めていたスペースにさらに駆動モータを追加設置することが可能となり、これにより小型化による駆動モータの出力不足の問題を解消することができる。さらに、角度検出器３００が大幅に小型化できることにより、撮像部１００の大型化を図ることができる。
【００３６】
なお、上記実施形態では、発光素子としてＬＥＤを使用しているが、このＬＥＤ以外の例えば半導体レーザ素子であってもよい。
【００３７】
また、上記実施の形態では、撮像部１００を対象とした姿勢制御について説明しているが、この撮像部１００以外にも、例えばアンテナを姿勢制御の対象としても実施できる。この場合、上記ＬＥＤ４０１〜４０３取り付け部と反対側の端部にビームを送受信するためのアンテナを設ければよい。
【００３８】
また、この発明は、上記実施の形態の範囲、つまり誘導装置内に搭載されるものに限定されるものではなく、その他の移動体に搭載されるものとして使用されるようにしてもよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上詳述したようにこの発明によれば、小型化が要求される装置にも好適しつつ、小型化に伴うモータの出力不足を解消し得る姿勢制御装置を提供することができる。また、被駆動体を撮像管として使用する場合に、撮像管の口径のサイズに自由度がある姿勢制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係わる姿勢制御装置の一実施形態の要部構成を示す斜視図．
【図２】同実施形態における発光素子とＰＳＤとの間で実現する角度検出機能の動作例を示す図
【図３】撮像部１００の姿勢角度に対する制御手段の例を示す制御系ブロック図。
【図４】上記図３に示した角度検出器７３０の具体的構成を示す回路ブロック図。
【図５】従来の姿勢制御装置の構成を示す斜視図。
【符号の説明】
１０，１００…撮像部、
２０…ジンバル機構、
２１，２２…固定部、
２３…外ジンバル、
２４…内ジンバル、
３１，３２…ＤＣモータ、
３３，３４，３００…角度検出器、
１０１…レンズ、
２００…駆動モータ、
４０１〜４０３…ＬＥＤ、
５００…レンズ、
６００…ＰＳＤ（位置検出素子）、
７１０…入力部、
７２０…コントローラ、
７３０…角速度検出器、
７４０…角速度検出器、
７３１…切替制御部、
７３２…スイッチ部、
７３３…補正回路。
【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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