(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１気体と第２気体のいずれかが周囲空気より軽くなるように、支持構造物の浮力を変化させるのに使用される可変高度依存特性を有する第１気体を格納するとともに第２気体により囲繞される密封中空包囲体（１２）を有して、前記中空包囲体から前記第１気体が漏出するのを防止する一方向バルブを介して前記第１気体が前記中空包囲体に予め充填される、浮揚性の支持構造物（１１）と、
前記支持構造物の高度を表す標高信号を発生させるための標高センサ（１４）と、
前記標高信号を受けて、測定された高度に応じて前記中空包囲体の内部にある前記第１気体の前記可変高度依存特性を変更することにより、前記支持構造物の浮力を変化させる高度トランスデューサ（１７，２１，６１，６６，６７，６８）と、
前記標高センサと前記高度トランスデューサとに結合されるとともに、前記支持構造物を予設定標高で浮揚させるように前記標高信号と少なくとも一つの基準標高信号とを受けて前記高度トランスデューサを自動制御する制御装置（１５）と、
を包含する制御可能な浮揚システム（１０）において、
前記標高センサが、±１メートル以下の誤差で５０ｍまでの高度を測定することが可能であり、
前記標高センサの動作範囲全体での前記システムの制御を可能にするため、休止状態から最初に上昇する時に、前記中空包囲体（１２）が標高が安定化された安定状態に達する前に実行される初期化段階においては、前記支持構造物（１１）が高過ぎると前記制御装置が推測するような故意に低いレベルに設定された指定の標準高度よりも前記支持構造物（１１）が高いかどうかを前記制御装置が判断して、前記中空包囲体（１２）に前記第１気体が充填されるように前記制御装置がポンプを作動させるようになされている、
ことを特徴とする制御可能な浮揚システム（１０）。
【請求項２】
目標の予設定標高を表す第１基準信号を前記少なくとも一つの基準標高信号が含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
瞬間標高と前記予設定標高との許容差を表す第２基準信号を前記少なくとも一つの基準標高信号が含む、請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
前記中空包囲体が弾性であって、
中空包囲体（１２）への気体供給路のバルブ（２１）を介して前記中空包囲体の入口にポンプ（１７）が結合され、
前記標高信号を受けて、前記制御装置が、前記中空包囲体を膨張させるように第１気体を前記中空包囲体へ注入するか、前記内側中空包囲体を収縮させるように前記バルブを開放する、
請求項１乃至３のいずれか一つに記載のシステム。
【請求項５】
前記高度トランスデューサが前記中空包囲体の内側に少なくとも一つの電気加熱要素（６１）を含み、
前記制御装置が、前記支持構造物が前記所定標高を下回ると前記中空包囲体の浮力を上昇させるように第２気体を加熱するとともに、前記支持構造物が前記所定標高を上回ると前記中空包囲体の浮力を低下させるように前記第２気体を冷却する、
請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記制御装置は、前記第１気体が受動的に冷却されるように前記少なくとも一つの電気加熱要素を通電停止することにより前記第１気体を冷却するものである、
請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
さらに、
前記第１気体を能動的に冷却するための冷却装置、
を含み、
前記制御装置は、前記少なくとも一つの電気加熱要素の通電停止に加えて前記冷却装置に通電することにより前記第１気体を冷却するものである、
請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
前記中空包囲体が実質的に剛性であり、
前記中空包囲体の壁（６７）を前記制御装置に結合するための前記中空包囲体の内側の容積調節装置（６６）を前記高度トランスデューサが含み、
前記制御装置が、前記支持構造物が前記所定標高を下回ると、前記中空包囲体の中の気体の容積を増加させることにより前記中空包囲体の浮力を上昇させるとともに、前記支持構造物が前記所定標高を上回ると、前記中空包囲体の中の気体の容積を減少させることにより前記中空包囲体の浮力を低下させる、
請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記容積調節装置が、前記中空包囲体の内壁に第１端部が固定されるとともに前記制御装置に第２端部が結合されたコードであり、
前記制御装置は、前記コードの張力を調節することにより前記中空包囲体の中の前記気体の容積を変化させるものである、
請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記コードの張力をそれぞれ上昇または低下させるように前記コードの巻取りまたは巻出しを行うように前記制御装置により作動するモータ（６８）を介して、前記コード（６１）が前記制御装置（１５）に結合される、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記中空包囲体が弾性であって、
中空包囲体（１２）への気体供給路のバルブ（２１）を介して前記中空包囲体の気体入口にポンプ（１７）が結合され、
前記制御装置が前記標高信号に応じて、前記中空包囲体を膨張させるように前記中空包囲体へ前記第２気体を注入するか、前記中空包囲体を収縮させるように前記バルブを開放する、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
電池（２５）により自家発電が行われる、請求項１乃至１１のいずれか一つに記載のシステム。
【請求項１３】
前記電気装置へ送られる放射により発電が行われる、請求項１乃至１１のいずれか一つに記載のシステム。
【請求項１４】
太陽光発電が行われる、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
装着された物体を支持するための架台として前記支持構造物が機能する、請求項１乃至１４のいずれか一つに記載のシステム。
【請求項１６】
前記予設定標高を設定するため前記制御装置に結合されたセレクタを有する、請求項１乃至１５のいずれか一つに記載のシステム。
【請求項１７】
さらに、前記制御装置の遠隔操作のため前記制御装置に結合された遠隔制御ユニット（２８）を含み、前記遠隔制御ユニットは、標高センサの動作範囲内の所定の高度において前記支持構造物（１１）およびこれの付属物を予設定標高で浮揚させるようになされている請求項１乃至１６のいずれか一つに記載のシステム。
【請求項１８】
前記遠隔制御ユニットがＲＦモジュール（２８）である、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記制御装置は、前記支持構造物が前記安定状態に達するまで前記初期化段階を実行してから前記支持構造物を前記目標予設定標高に維持する調整段階を実行するものである、請求項１乃至１８のいずれか一つに記載のシステム。
【請求項２０】
固有ＩＤにより前記支持構造物（１１）が特定され、前記制御装置が、前記固有ＩＤを受けて、受信した標高信号を前記支持構造物と関連付けるとともに前記支持構造物の中の前記高度トランスデューサへ制御信号を送達することで、遠隔制御装置（２９）による一つ以上の支持構造物の遠隔制御を可能にする、請求項１７乃至１９のいずれか一つに記載のシステム。
【請求項２１】
各自の制御装置を各々が格納する複数の支持構造物を含み、前記制御装置のすべてが相互に同期化される、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
１００ｍｍ未満の解像度で０から６．４５ｍの高度を測定するのに前記標高センサが適している、請求項１乃至２１のいずれか一つに記載のシステム。
【請求項２３】
５ｋｇ未満の合計質量を有する、請求項１乃至２２のいずれか一つに記載のシステム。
【請求項２４】
請求項４に記載のシステムを前記予設定標高まで上昇させるための方法であって、
前記目標予設定標高より低い標準高度を指定することと、
前記初期化段階において、測定された高度が前記標準高度よりも高いと前記制御装置が推測して、前記中空包囲体（１２）へ第１気体を注入するため前記高度トランスデューサを作動させるように、前記制御装置のための基準として前記標準高度を使用することと、
前記中空包囲体に充分な第１気体がある時に、前記支持構造物を前記目標予設定標高に維持する調整段階に変更することと、
を包含する方法。
【請求項２５】
前記初期化段階中に、前記中空包囲体の浮力によって前記支持構造物が上昇することが防止される、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
遠隔制御を用いて前記初期化段階から前記調整段階へ変更することを含む、請求項２４または２５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地面に接続される固定点を必要とせずに物体を空中に固定するための制御可能な浮揚システムに関連する。
【背景技術】
【０００２】
本出願人の名による特許文献１は、空気より低い比重を有する気体が充填された時に空中で浮遊するのに適した物体を説明しており、物体は、中空包囲体の浮力のみで物体の重量を確実に相殺するように包囲体の中の気体の圧力を調整するための圧力調節手段に結合された入口を有する中空包囲体を含む。包囲体の中の気体圧力を調整するための一般的なアプローチがいくつか提案されている。例えば一つのアプローチによれば、包囲体は物体を空中に支持する浮揚架台の一部であり、調節可能圧力バルブを介して包囲体の入口へ気体コネクタを結合して、制御された圧力で気体が浮揚架台へ送られることが提案されている。このような手段により、浮揚架台と装着された物体との合計重量を正確に相殺するように架台の浮力が調節され、異なる物体が装着される時には架台の浮力が調節される。
【０００３】
支持構造物に固定されるかこれと一体的である物体のための浮力を達成するのにちょうどよい気体圧力となるように、調節可能圧力バルブは試行錯誤によって設定されるとよい。代替的に、使用される浮揚気体、予想される周囲条件、および支持される物体の質量に基づいて、浮揚支持構造物への供給に適した気体圧力がユーザに通知されてもよい。
【０００４】
また、中空支持構造物の中の可撓性ダイヤフラムを用いて気体圧力を調節するとともに、可撓性ダイヤフラムの変位により中空支持構造物の中の有効気体容積を調節することも提案されている。
【０００５】
このようなアプローチは、条件が明白に規定されて一定の変動を受けない時に有効であるが、周囲条件が変化する時に一定の高度を維持するのには適していない。特に、特許文献１に記載された装置は、例えば気流により、繋ぎ止められていないと漂流しやすい。また、異なる周囲条件および物体により圧力バルブを較正する必要があることは好都合ではないか、あるいは十分な精度では可能でない。支持された物体の空中での被制御移動を可能にするように、遠隔制御されるプロペラを用意することが提案されている。
【０００６】
特許文献２には、小型ロボット監視バルーンシステムが開示されている。このシステムでは、バルーンアセンブリにより支承されてヘリウムなど空気より軽い気体を格納する気体シリンダを用いて、浮力が制御され得る。別の実施形態では、気体シリンダをバルーンアセンブリに装着する必要性を回避するように気球が予め膨張される。このような場合、バルーンの有効浮力を上昇させる唯一の方法は、バラストを投下することである。そして外部の気体シリンダが用意されるかどうかに関係なく、バルーンの有効浮力を低下させる唯一の方法は、バルーンから気体を放出することである。監視システムを所定の高度まで上昇させてからこれを地上へ戻すことが主な要件である場合には、このようなアプローチが妥当である。しかし、浮力を低下させるためヘリウムが放出されると、ヘリウムの量を増加させることができないので後から浮力を上昇させる方法が無くなるため、サーボアシストによる標高調整が必要な場合には妥当でない。これは、単に浮力を付与することは別にして浮力の調整にヘリウムを使用することに固有の問題である。さらに、気体シリンダの質量がシステムの残り部分の重量を大きく超える可搬装置については、気体シリンダを支承する必要性は実用的でない。バルーンは、航空機から落とされるか、砲台またはロケット台などから発射されることによって展開される。
【０００７】
特許文献３は、バルブを制御するプロセッサと、区画室へ空気を流入させて上昇気体を圧縮する入口バルブと、区画室から空気を放出して上昇ガスを減圧するための出口バルブとを有する密度制御浮力システムを開示している。図３Ａに示された飛行船は、上昇気体を格納するとともに、浮力を制御するように調整される空気を格納する内側可撓性区画室を含む剛性の外側船体を有する。制御装置は、気流を調整するため、入口バルブおよび／またはポンプと出口バルブおよび／またはポンプの機能および動作を制御する。
【０００８】
パイロットの手動制御により飛行船が必要な高度に達すると制御装置は平衡状態が維持されるようにするが、正確に必要な高度まで飛行船を自動的に上昇させることは可能でない。また、動作原理は密度制御に基づいており、平衡状態を維持するため可撓性区画室に対する気流の出入を調整するのに、船体の内側の上昇ガス（ヘリウム）と可撓性区画室の内側の空気との差圧が使用される。広い高度範囲にわたる差圧が測定可能である飛行船についてはこのようなアプローチは妥当であるが、圧力勾配がわずかである限定的な高度範囲での使用には妥当でないことは、明らかである。これを考慮すると、平均海面での圧力は１０１，３２５Ｐａであり、５ｍでは１０１，２５３Ｐａである。高度１ｋｍでは８７，８３６Ｐａであり、高度１０ｋｍでは２４，２８３Ｐａである。ゆえに、平均海面と１ｋｍとの圧力勾配は大きいが、５ｍの高低差での差圧は７２Ｐａに過ぎず、おそらくこれは、サーボ制御システムのための実用的な誤差信号として機能するには低すぎるだろう。確かに、３ｍ（１０１，２８２Ｐａ）と３．５ｍ（１０１，２７４Ｐａ）での大気圧の差はわずか８Ｐａであり、これが実用的なフィードバック信号として機能できないことは明らかである。同様に、飛行船が目標の標高に達すると、差圧フィードバックに基づいて±１ｍの解像度内でこの標高に飛行船を維持することなどは想像もできない。高い標高でサーボ誤差信号を提供するのに直接的または間接的に使用される温度などの他の周囲条件が、低い絶対標高または標高差では適当ではないことも、同じく理解されるだろう。
【０００９】
さらに、圧力変化に基づいて高度を制御すると、平均海面に対する高度が維持されるが、これは地形の変化に対応していない。充分に高い標高まで上昇する飛行船にとって、高い建物および山をうまく回避することは問題ではない。しかしこれは、地面に対する正確な高度制御には適当ではない。
【００１０】
ゆえに、部屋など限られたスペース内で設定高度まで物体を上昇させること、または１メートル未満の精度内でこの設定高度に物体を維持するのに特許文献３がふさわしくないことは、明らかである。
【００１１】
特許文献４は、飛行船に使用される係留式の軽航空機のための上昇気体バラストシステムが、地面に配置されて二重スリップリングおよび中空給送管により係留式軽飛行機に接続された上昇気体バラストタンクを有することを開示している。
【００１２】
特許文献５は、区画室に対する第１気体の流入および流出を調整して飛行船の上昇および降下を能動的に制御する制御装置を有する乗客および貨物の輸送のための飛行船を開示している。
【００１３】
特許文献６は、固定電源に接続されてバルーンがしぼむか表面が変形した場合に切断される内部ライトを有する広告用バルーンを開示している。
【００１４】
特許文献７は、囲繞している媒体よりも軽い膨張状態の懸架物体を自動的に平衡状態にすることを開示している。高い固定点から物体まで延びる可撓性係留具によって、平衡状態が自動的に達成される。物体に支持された係留具の重量が揚力と等しくなるまでは、物体の垂直移動が、係留具の重量のうち物体に支持される割合を変化させる。
【００１５】
特許文献８は、空気を用いて標高が安定化されるとともに送信器が装備されたヘリウム充填の遭難用バルーンを開示している。
【００１６】
特許文献９は、上昇率の制御、着陸時の荷重および地上にある車の位置を含んだ空気より軽い（ＬＴＡ）架台からの位置計測および操縦可能な回復システムに関するシステムおよび方法を開示している。ＬＴＡ架台は、高度計および高さ制御用のバラストを有しているかもしれない。発射台は、バルーンに搬送されたトランシーバを約６，０００から１４０，０００フィートまでの成層圏高さに浮かぶように上昇させるための発射に使用される。
特許文献１０は、非剛性的な膨張可能な本体と、部分的に剛性なヘリウム貯蔵体と、本体の下側に設けられて凧を所定高度に保持する装置を収納する剛性ハウジングとを備え、鎖でつながれた熱力学的凧を開示している。
特許文献１１は、第１の気体を有する第１の区画室と、第２の気体を有する第２の区画質とを備えた飛行船を開示している。制御装置は、飛行船を積極的に上昇または下降させるために、第１の気体を第１の区画室に流入・流出させる。
特許文献１１は、少なくとも２つの地上ステーションと、高さおよび位置が調整可能な少なくとも１つの高高度接続ステーションとを備えた高高度通信システムを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】国際公開第０７／０３６９３０号パンフレット
【特許文献２】米国特許第７，３４１，２２４号明細書
【特許文献３】米国特許出願第２００６／００６５７７７号明細書
【特許文献４】米国特許出願第２００８／０２６５０８６号明細書
【特許文献５】米国特許出願第２００８／０１３５６７８号明細書
【特許文献６】米国特許第５，７８２，６６８号明細書
【特許文献７】米国特許第３，８３９，６３１号明細書
【特許文献８】仏国特許発明第２  ３７２  ０７５号明細書
【特許文献９】米国特許出願第２００８／２９９９９０号明細書
【特許文献１０】米国特許出願第３，９５７，２２８号明細書
【特許文献１１】国際公開第２００８／０５１３６８号パンフレット
【特許文献１２】国際公開第９５／０４４０７号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明の第一態様によれば、
第１気体と第２気体のいずれかが周囲空気より軽くなるように、支持構造物の浮力を変化させるのに使用される可変高度依存特性を有する第１気体を格納するとともに第２気体により囲繞される密封中空包囲体を有して、中空包囲体から第１気体が漏出するのを防止する一方向バルブを介して第１気体が中空包囲体に予め充填される、浮揚性の支持構造物と、
支持構造物の高度を表す標高信号を発生させるための標高センサと、
前記標高信号を受けて、測定された高度に応じて前記中空包囲体の内部にある前記第１気体の前記可変高度依存特性を変更することにより、前記支持構造物の浮力を変化させる高度トランスデューサと、
前記標高センサと前記高度トランスデューサとに結合されるとともに、前記支持構造物を予設定標高で浮揚させるように前記標高信号と少なくとも一つの基準標高信号とを受けて前記高度トランスデューサを自動制御する制御装置と、
を包含する制御可能な浮揚システムにおいて、
前記標高センサが、±１メートル以下の誤差で５０ｍまでの高度を測定することが可能であり、
前記標高センサの動作範囲全体での前記システムの制御を可能にするため、休止状態から最初に上昇する時に、中空包囲体が標高が安定化された安定状態に達する前に実行される初期化段階においては、支持構造物が高過ぎると制御装置が推測するような故意に低いレベルに設定された指定の標準高度よりも支持構造物が高いかどうかを制御装置が判断して、前記中空包囲体に前記第１気体が充填されるように前記制御装置がポンプを作動させるようになされている、ことを特徴とする制御可能な浮揚システムが提供される。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の第一態様によれば、請求項１の構成を有する制御可能な浮揚システムが提供される。
【００２０】
一実施形態において、中央包囲体は弾性であり、必要な浮力を付与するのに充分な容積のヘリウムを格納する外側包囲体の中に配置され、空気が中空内側包囲体へ注入されてバラストウェイトとして機能する。こうして、内側包囲体に空気を追加するかこれから空気を放出することにより高度の制御が達成される。
【００２１】
いくつかの実施形態では、内室の容積変化が機械的に達成される。
【００２２】
いくつかの実施形態では、中空室の第１気体の密度変化の制御が支持構造物の浮力を調節するように機能する。
【００２３】
いくつかの実施形態では、支持架台に物体が装着され、浮力架台と装着された物体との合計重量を架台の浮力が相殺する平衡位置に浮揚架台が装着物体とともに達するように適当なセレクタを介して選択される所定の標高に支持構造物の浮力を維持するため、高度トランスデューサが制御される。
【００２４】
このような実施形態では、物体は浮力架台と一体的であって、電池または太陽エネルギーで作動する自家発電式の電気装置であるとよい。物体は、支持構造物から分離されていても、これと一体的であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
発明を理解し、それが実際にどのように実行されるかを知るため、これから添付図面を参照して実施形態を単なる非限定的な例として説明する。
【図１】本発明の実施形態による自立式物体の高度を空中で調整するための制御システムの基本原理を概略的に示す。
【図２ａ】本発明の実施形態による高度トランスデューサを有する支持構造物を概略的に示す。
【図２ｂ】本発明の実施形態による高度トランスデューサを有する支持構造物を概略的に示す。
【図３ａ】本発明の実施形態による高度トランスデューサを有する支持構造物を概略的に示す。
【図３ｂ】本発明の実施形態による高度トランスデューサを有する支持構造物を概略的に示す。
【図４ａ】本発明の実施形態による制御システムを両面から見た分解描写図である。
【図４ｂ】本発明の実施形態による制御システムを両面から見た分解描写図である。
【図５ａ】図４ａおよび４ｂのシステムの斜視図である。
【図５ｂ】図４ａおよび４ｂのシステムの正面図である。
【図５ｃ】図４ａおよび４ｂのシステムの斜視図である。
【図６ａ】制御装置の動作を示す流れ図である。
【図６ｂ】制御装置の動作を示す流れ図である。
【図７】スタンドに着脱可能に取り付けられた浮遊ランプ装置を描写的に示す。
【図８】本発明の別の実施形態による高度トランスデューサを有する支持構造物を概略的に示す。
【図９ａ】本発明の別の実施形態による高度トランスデューサを有する支持構造物を概略的に示す。
【図９ｂ】本発明の別の実施形態による高度トランスデューサを有する支持構造物を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下の説明では、２枚以上の図面に現れる特徴は同一の参照番号により識別される。
【００２７】
図１は、図２ａおよび２ｂに概略的に示された支持構造物１１の空中での高度を調整するための第１実施形態による制御システム１０の機能を示している。支持構造物１１は、外側包囲体１３（図２ａおよび２ｂに図示）の内側に密封状態で支持された（中空包囲体を構成する）可撓性バルーン１２を含む。バルーン１２は、外側包囲体の中の異なる第２気体により囲繞される調節可能な容積の第１気体を格納する。一般的にバルーン１２の中の第１気体は空気であり、外側包囲体１３の中の第２気体はヘリウムである。支持構造物の標高に応じた標高信号を発生させるための標高センサ１４が、支持構造物１１と関連して取り付けられており、制御装置１５が標高センサ１４に結合され、標高信号を受けると、支持構造物を所定標高で浮揚させるように可撓性バルーン１２の中の気体の容積および質量を自動調節する。
【００２８】
発明の内容および添付請求項において、「支持構造物」の語は、上昇する物体と一体的である架台に加えて、内側および外側包囲体とともに制御装置を含む架台を包含するが、外部の物体の架台への装着も可能であることは言うまでもない。後者の場合、装着された物体の重量の差を補正するため、制御装置はユーザによる外部較正が可能でなければならない。物体と支持構造物とが一体的である時には、既知の合計重量にしたがって制御装置が工場で設定されるとよい。
【００２９】
支持構造物は、子供用の三次元ホバリング玩具および器具、インテリアデザイン製品、豪華な消費財または収集品や美術品のためのケーシングまたはディスプレイを含み得る。広告掲示板、旗、スクリーン、その他などの広告産業用の製品に加えて、救助用の緊急時発信製品も、発明の原理を用いて同様に支持され得る。特に、非常に広い空間または出入りが制限され基盤施設のないエリアで監視および防犯用のカメラなどの製品を支持するという用途も、本発明には見られる。本発明のまた別の用途は、キャンプまたは緊急時の照明など物体の外側支持、あるいは例えば建築または保守作業（無照明エリアでの自動車故障修理など）のための他の一時的な屋外での配備である。
【００３０】
高度調節は、いくつかの異なる物理的アプローチにしたがって達成されるが、そのうち代表的なアプローチのみが図１に示されており、ヘリウムが充填された時に支持される物体を含めて支持構造物１１を自由空間内に支持するのに充分な浮力が生じるように、外側包囲体１３は剛性で充分な容積を持っている。これから説明するように、可撓性外側バルーンが採用されてもよいので、可撓性内側バルーンの使用は一つの可能性に過ぎない。すべての場合において、高度に応じた幾つかの物理特性のいずれか一つに基づいて、支持構造物の正味浮力が高度トランスデューサにより調節される。支持構造物１１が一定の公称高度において空気中で停止する平衡状態に達するように空気がバルーン１２へ注入されるため、より多くの空気が注入されるにつれて図２ｂに示されたようにバルーンが膨張し、ついには空気の追加重量がヘリウムの浮力を超えて支持構造物１１を落下させる。標高センサ１４により検出されるように支持構造物１１が所定の高さよりも落下すると、空気を放出するべくバルーン１２への空気供給路のバルブが開かれることにより、ヘリウムの浮力が空気の重量を超えるまで空気の重量が低下し、バルブが閉じられる。すると支持構造物１１が上昇して、バルブを開閉するサイクルが連続的に反復される。
【００３１】
制御システム１０の基本的動作原理を記載したが、図１に示された実施形態について、これからより詳しく説明する。制御装置１５は、管類の第１区分１８によりバルーン１２の入口１９に接続されたポンプ１７へ第１ワイヤ１６を介して電気結合された第１出力を有する。制御装置１５に操作されるように第２電線２２を介して制御装置１５の第２出力に電気結合されたソレノイドバルブ２１の入口には、第１区分１８に接合された管類の第２区分２０が接続されている。制御装置１５がポンプ１７へ作動信号を送ると、管類１８を通ってバルーン１２へ空気がバルーン１２から漏出するのを防止する一方向バルブを介して周囲空気が注入されるのに対して、制御装置１５がバルブ２１へ作動信号を送ると、管類の第２区分２０を介してバルーン１２から大気へ空気が放出される。
【００３２】
制御装置１５とポンプ１７およびバルブ２１を含む関連の電子機器とは、主幹スイッチ２４により制御装置１５に結合された１１．１ボルトの充電式リチウムポリマー電池２３により電力供給される。所望であれば、図２ａに示された外側包囲体１３が少なくとも部分的に透明であって、補助スイッチ２７により電池２３に結合されたＬＥＤドライバ２６により駆動される発光ダイオード（ＬＥＤ）２５のバンクによって内部照明を受けてもよい。所望であれば、高度インジケータとして機能するようにＬＥＤ２５が制御装置１５により単独制御されることにより、装置が上昇するほど多数のＬＥＤが点灯されて下降するほど少数のＬＥＤが点灯されるか、その逆であってもよい。
【００３３】
支持構造物１１およびこれに装着された物体を休止位置から上昇させ、同様に所望の時にこれを地面へ降ろすため、制御装置１５は遠隔操作が可能であることが好ましい。この目的のため、（遠隔制御装置を構成する）ＲＦ制御装置２９を介した遠隔制御が可能なＲＦモジュール２８などの無線通信機器が制御装置に接続されるとよい。このような機器は周知であり、限定距離にわたっておよそ４３３ＭＨｚの周波数で作動するため、ＦＣＣの承認（または同等のもの）が必要ない。代替的に、セル方式またはブルートゥースなど他の無線通信モードが採用されてもよい。例えば、純粋に装飾目的で、またおそらくは緊急出口標識、広告、その他などの固定表示のために使用される時に物体が永久固定位置まで上げられるような場合には、遠隔制御は必要ないかもしれない。このような場合、支持される重量と所望の高度とに応じて較正される目盛りが付いていて制御装置１５に結合される較正ダイヤル（不図示）が設けられるとよい。充分な量の空気をちょうど正確な圧力でバルーン１２へ注入して所望の浮力を発生させるため、装着された物体の重量と上昇されなければならない高度とにしたがってダイヤルが設定されるとよい。代替的に、支持構造物が物体と一体的である時には、支持構造物の重量が不変なので高度のみにしたがってダイヤルが設定される必要がある。その他の実施形態では、外部較正が行われず支持構造物により外部物体が支承されない時には工場で予め決定されるか、支持構造物に支承される外部物体の重量に応じて変化する高度まで支持構造物を上昇させるように、制御装置が予め設定される。
【００３４】
図２ａおよび２ｂに示された実施形態では、外側包囲体１３は剛性で、中に格納されるヘリウムの量に関係なく一定の容積を持つのに対して、中空内側包囲体１２は可撓性である。この場合、外側バルーンのヘリウムの量を増加させると、全体の質量は増加するがバルーンの浮力への影響はわずかである。そのため外側バルーンの中のヘリウムが一定の質量であると、内側バルーンの空気の質量を変化させることにより高度調節が実施される。
【００３５】
図３ａおよび３ｃは、外側包囲体１３と内側中空包囲体１２の両方が可撓性である代替的な構造物を示している。外側バルーンへヘリウムを追加すると、その質量および容積を増加させる。容積の増加はバルーンの浮力を高めてバルーンを上昇させるのに対して、その結果としての質量の増加はバルーンを下降させる。そのためこの実施形態でも、主要な制御因子は内側バルーンの中の空気の質量であり、外側バルーンのヘリウム量の変化はそれほど重要でない。（図示されていないが）代替的に、外側包囲体１３のみが可撓性であってもよい。
【００３６】
これらすべての実施形態では、空気が注入されるかあるいは放出される内側包囲体が、潜水艦の浮力を調節するのに使用されるバラストタンクに幾分似た外側包囲体のためのバラストタンクとして機能するように、制御気体として大気が使用される。これは、外部の気体供給路がポンプに結合される必要がないという長所を有する。しかし、完全を期すため、ヘリウムが制御気体として使用される場合に、本発明の原理が逆に適用されてもよい。この場合には、ヘリウムが内側可撓性包囲体へ注入されると浮力を上昇させ、これから放出されると浮力を低下させる。外部のヘリウム供給源が支持構造物に支承されてポンプ入口に結合されなければならないので、これはそれほど魅力的ではない。これは構造物の重量を増し、ヘリウムを浪費し、周囲空気と異なり定期的に補充が行われなければならない。
【００３７】
それにもかかわらず、低容積のバルーンにより必要な浮力が付与されるように固定の軽量物体が支持される時には、このような実施形態が使用されてもよい。必要な浮力を付与するための所望のヘリウム量として機能する一定容積を持つ外側剛性包囲体が使用されてもよい。このような実施形態では、外側包囲体の内部輪郭となるまで内側バルーンへヘリウムを注入することによって、必要な浮力が達成される。周囲温度の変動の補正に必要とされる微調整を無視すると、この時のバルーン内のヘリウムの容積は物体を上昇させるのに充分なものである。
【００３８】
また、外側の室にヘリウムを充填することにより物体を始動させるため小型のヘリウムボトルが支持構造物に支承され、その後で上に説明したように内側バルーンに空気を注入するかこれから排出することにより高度を調節する場合に、このような実施形態が使用されるとよい。地面と空気中のいずれかから始動させる際にヘリウムボトルから外側包囲体へヘリウムが吐出されることにより、外側包囲体の膨張および支持構造物の展開を行うように、支持構造物は折畳み式であるとよい。任意であるが、空のヘリウムボトルが後で自動的に投下されてもよい。
【００３９】
図４および５を参照すると、一実施形態による制御システム１０の描写図が示されている。支持構造物１１は円形の上板３０を含み、そのリムが気密シールとなるように外側包囲体（この図では不図示）がこのリムの周囲に溶接されている。対向する一対の半円筒形側面部分３３および３４を上板３０の下面に固定するように、この側面部分３３，３４の外側からアクセス可能な孔３２へ挿入されるねじ３１と嵌合するためのねじ穴（不図示）が、上板３０の下面に形成されている。側面部分３３，３４の各々の内面から下側エッジに向かって、それぞれの弓形リム３５が形成され、底板３７の外周スロット３６と嵌合する。組立の際には、外側包囲体１３を上部で支持する略円筒形のケーシング３８（図５ａに図示）を形成するように、制御装置１５（図１に図示）と関連の構成要素とが底板３７に取り付けられた後、側面部分３３，３４が底板に装着されてねじ３１により上板３０に固定される。
【００４０】
上板３０は、テーパ状のリブ付きコネクタ４１が密封状態で挿入されるとともに可撓性バルーンが装着される中央孔４０を含み、こうして内側可撓性バルーン１２へ空気が注入されるかこれから放出される。上板３０の孔４２は、側面部分３３の孔４４から突出して管類（不図示）を介して気体入口４３に接続されたキャップ４５を終端とする気体入口４３に接続されている。気体入口４３は外部供給源から外側包囲体へヘリウムを注入させ、その後でプラグ４６によりキャップ４５が密封されてヘリウムの漏出を防止する。代替的に、キャップ４５が一方向バルブであってもよく、その場合にはプラグ４６は必要ない。
【００４１】
やはり上板３０に形成されているのは、図５ａに示されたそれぞれのレンズ４８が密封状態で装着される複数の凹孔４７である。レンズ４８は、ＬＥＤの光線を放射するように少なくとも部分的に透明である外側包囲体１３へ、ＬＥＤ２５からの光線を透過させる。上板３０の各ねじ穴５１へ両面プリント回路基板（ＰＣＢ）４９がねじ結合されるための孔４９を有するＰＣＢ４９の上面に、ＬＥＤ２５が取り付けられている。やはり図４ａおよび４ｂに示されているのは、標高センサ１４とポンプ１７と電池２３に加えて、電池２３を充電するため外部充電器の接続を可能にする充電端子５２である。充電端子５２は底板３７の孔５３から突出して、ナット５４により固定されている。主幹スイッチ２４が孔５５に装着されて、側面部分の内側でナット５６により固定されている。図１に示された管類の第１区分１８は一端部でポンプ１７の出口に結合され、反対の端部は、それが挿入されるコネクタ４１と相補的なテーパ状リブ付きコネクタに装着されている。管類の第２区分２０は一端部でソレノイドバルブ２１の入口に接続され、反対側は図１に示されているように第１区分１８から分岐している。図示された他の構成要素を隠さないように、図４ａおよび４ｂでは管類が描かれていない。
【００４２】
実用的な実施形態において、標高センサ１４は±１メートル以内の誤差で５０ｍまでの高度を測定することができる。制御装置１５は、所望の予設定標高を表す第１基準信号を受けて支持構造物をこの標高まで始動させる。その後で制御装置１５は、瞬間標高と予設定標高との許容差を表す第２基準信号を受けて、高度を指定公差内に維持するとよい。基準信号は、外部で設定されて遠隔制御ユニットにより常に変更されるとよい。
【００４３】
実用化された上記実施形態のプロトタイプにおいて、標高センサは、米国アリゾナ州のＭａｘＢｏｔｉｘ（登録商標）Ｉｎｃ．により製造されたＬＶ−ＭａｘＳｏｎａｒ（登録商標）−ＥＺ３ＴＭタイプのソナー距離計であった。ポンプは、米国ノースカロライナ州のＨａｒｇｒａｖｅｓにより製造されたＡ．１Ｃ２５Ｎ１．Ｃ０９ＶＤＣタイプの９ボルトブラシモータＣＴＳダイヤフラムポンプであり、ソレノイドバルブは、やはりＨａｒｇｒａｖｅｓにより製造された７５Ｍａｇｎｕｍタイプの５ボルト・２ワット・１５ＰＳＩバルブであった。図５ｂおよび５ｃに外観が示されたＬＶ−ＭａｘＳｏｎａｒ（登録商標）−ＥＺ３ＴＭソナー距離計は、２５．４ｍｍの解像度で０から６．４５ｍまでの物体を検出する。
【００４４】
図６ａおよび６ｂは、図２ａおよび２ｂに示された構造を持つ制御装置１５の動作を示す流れ図である。簡便性のため、制御装置１５は二つの異なる状態にしたがって作動する。図６ａは、例えば装置が休止状態から最初に上昇する時に、バルーン１２が安定状態に達する前に実行される初期化手順を示す。この状態では、外側包囲体１３にはヘリウムが充満しており、内側バルーン１２は実質的に空である。空気が不充分な状態でバルーンが放出された場合には空気がこれを降ろすのに充分となる前に所望の高度以上まで上昇してしまうので、バルーンが無制御状態で上昇するのを防止するため内側バルーンに充分な空気が存在している時のみフィードバック制御が実施されることが好ましい。内側バルーンに充分な空気が存在していないことは、二つの理由から望ましくない。第一に、内側バルーンに充分な空気が存在するようになる前の短い時間には、装置が無制御状態となる。第二に、高過ぎるところまで飛んで行ってしまった場合には、標高センサの動作範囲に含まれなくなるというリスクが生じることがある。内側バルーンへ注入される空気が多過ぎる場合には内側バルーンが破裂する危険があるので、制御を回復する唯一の方法は、内側バルーンに空気を徐々に追加するように遠隔制御を用いて装置を下降させることである。実際に、初期化手順では、装置が安定状態に達するまでは標高センサにより提供されるフィードバック制御に関係なくバルーンが制御され、それからフィードバック制御が許可される。
【００４５】
こうして図６ａにおいて、装置が高過ぎると制御装置が推測するような故意に低いレベルに設定された指定の標準高度よりも装置が高いかどうかを制御装置が判断する。こうして、バルーンを充填するように制御装置がポンプを作動させる。ヘリウムが充填された外側包囲体の浮力による上昇を防止するように、装置を保持しながらでもこれが行われるとよい。内側バルーンの空気が充分になった時に、ＲＦ制御を用いて状態が変更されるとよく、その際には、高度が、予設定された所望の高度と比較される単純なフィードバック機構を示す図６ｂに示されているように、通常状態が開始される。高度が予設定高度より高い場合には、より多くの空気を内側バルーンへ注入するようにポンプが操作されることで装置を下降させる。高度が予設定高度より低い場合には、内側バルーンから空気を放出するようにバルブが操作されることで装置を上昇させる。
【００４６】
両方の状態で、ＲＦ制御装置は現在状態を変更することができ、安定状態から地面へ装置を下降させるのにこれが使用される。装置が浮遊ランプである場合にはＬＥＤを制御するのに使用されてもよいため、地面の高さまで戻すことを必要とせずにランプのオン・オフが切り換えられる。しかし、上記のように、ＬＥＤが高度インジケータとして使用されてもよく、その場合には、点灯されるＬＥＤの数が高度の表示として使用されるとよい。代替的に、測定された高度に応じて色の異なるＬＥＤが点灯されてもよい。可視高度インジケータとしてＬＥＤが使用される場合には、主要照明源としてのＬＥＤの使用にこれが追加されてもよい。
【００４７】
図４および５に示された装置の動作は周知の気体法則に基づき、我々による以前の国際公開第０７／０３６９３０号に詳細が説明されている。第一にこれが一般知識であるため、さらに重要なことに本発明の制御装置には現実の物理学の知識は必要ないため、ここでは繰り返さない。実際に、国際公開第０７／０３６９３０号に記載された装置からかなりかけ離れたものである。その理由は、国際公開第０７／０３６９３０号には制御装置もフィードバック機構も設けられず、予め較正された圧力調整バルブによって高度制御が達成されることである。このような場合、指定重量の物体を上昇させるのに充分な浮力のため、推定される周囲条件に応じて浮遊バルーン内のヘリウムの圧力を正しい値に調節するように、バルブが工場で調節される。こうすると、重量の異なる物体を所望の予設定高度に支持することができない。代替的に、ダイヤルを調節することにより重量の異なる物体が所望の予設定高度に支持されるように、追加される質量と等しい単位で較正されるダイヤルが用意されるとよい。
【００４８】
しかし、装置の瞬間高度が予設定高度より低いか高いかのみに基づいて（図１のポンプおよび放出バルブによって構成されるような）高度トランスデューサを制御装置が調節する本発明には、この条件は当てはまらない。実際に、上述した実施形態では、外側包囲体の浮力は不変であり、内側バルーン内の空気の重量を変えることによって高度制御が達成される。これについて、所与の重量の支持構造物が浮揚する公称高度は、物理学の理解をたしかに必要とする。そのため、外側包囲体の中のヘリウムの容積と内側包囲体の中の空気の相殺重量とを決定する内側および外側包囲体の寸法が、支持構造物の合計重量に応じて選択される必要があることは自明である。これらの設計計算を支配する関連の理論は、以下の通りである。
【００４９】
平衡状態では、支持構造物と装着された物体とに作用する上向きの浮力が重量とちょうど釣り合っている。外側バルーンは空中で浮遊しており、そのため浮力が
ＦＢ＝ρＡｉｒ×ＶＴ×ｇ                                            （１）
により得られる。上式において、
ＶＴは外側包囲体の容積、
ρＡｉｒは空気の密度、
ｇは重力加速度
である。
【００５０】
相殺重量は、
Ｗ＝（ｍｏｂｊｅｃｔ＋ｍＡｉｒ＋ｍＨｅ）×ｇ                            （２）
で得られる。そのため、０．３ｋｇの質量を持つ物体を支持するには、
（０．３＋ｍＡｉｒ＋ｍＨｅ）×ｇ＝ρＡｉｒ×ＶＴ×ｇ                    （３）
普遍的気体法則を適用すると、
Ｐ×Ｖ＝ｍ×Ｒ×Ｔ                                                （４）
ρ＝ｍ／Ｖ＝Ｐ／（Ｒ×Ｔ）                                            （５）
そのため空気の密度は
ρＡｉｒ＝ＰＡｉｒ／（ＲＡｉｒ×ＴＡｉｒ）                                    （６）
で得られる。
【００５１】
同様に、ヘリウムの密度は
ρＨｅ＝ＰＨｅ／（ＲＨｅ×ＴＨｅ）                                          （７）
で得られる。
【００５２】
空気について、以下の性質つまり
ＴＡｉｒ＝１５℃（つまり２８８Ｋ）
ＰＡｉｒ＝１０１３２５Ｐａ（つまり大気）
Ｒａｉｒ＝２８７．０５Ｊｋｇ−１Ｋ−１
が当てはまると仮定すると、
式６は
ρＡｉｒ＝１０１３２５／（２８７．０５×２８８）＝１．２２６ｋｇ／ｍ３    （８）
となる。
【００５３】
ヘリウムの温度が空気温度と同じであって、その圧力が空気圧力つまり１１００００Ｐａより若干高い、すなわち、
ＴＨｅ＝１５℃（つまり２８８Ｋ）
ＰＨｅ＝１１００００Ｐａ（つまり大気より若干高い）
ＲＨｅ＝２０７７Ｊｋｇ−１Ｋ−１
と仮定すると、式７は
ρＨｅ＝１１００００／（２０７７×２８８）＝０．１８４ｋｇ／ｍ３        （９）
となる。
【００５４】
内側バルーン内の空気の質量は
ｍＡｉｒ＝ρＡｉｒ×ＶＡｉｒ                                          （１０）
で得られる。
【００５５】
同様に、外側バルーン内のヘリウムの質量は
ｍＨｅ＝ρＨｅ×（ＶＴ−Ｖａｉｒ）                                  （１１）
で得られる。
【００５６】
これらの値を式３へ代入すると、
０．３＋ρＡｉｒ×ＶＡｉｒ＋ρＨｅ×（ＶＴ−ＶＡｉｒ）＝ρＡｉｒ×ＶＴ    （１２）
となる。
【００５７】
上記のように、空気は浮遊構造物の浮力を微調整するバラストとしてのみ機能する。そのため、何らかの初期高度では、内側バルーンに空気がなくても、つまりＶＡｉｒ＝ゼロでも、装置は浮遊すると仮定する。この場合、上式は
０．３＋ρＨｅ×ＶＴ＝ρＡｉｒ×ＶＴ                                （１３）
と単純化される。つまり
ＶＴ＝０．３／（ρＡｉｒ−ρＨｅ）                                  （１４）
であって、
ＶＴ＝０．３／（１．２２６−０．１８４）＝０．２８７ｍ３          （１５）
が得られる。
【００５８】
単純化のため、外側バルーンが球形であると仮定すると、その容積は
ＶＴ＝（４／３）πＲ３                                                （１６）
で得られる。
【００５９】
半径Ｒは
Ｒ＝（０．２８７×３／４π）１／３＝０．４１ｍ                          （１７）
で得られる。
【００６０】
言い換えると、３００ｇの公称質量を持つ軽量システムについて浮力を達成するには、球形の外側バルーンは０．８２ｍの最小直径を有さなければならず、外側バルーン内のヘリウムの体積はρＨｅ×ＶＴつまり０．０５３ｍ３に等しい。内側バルーンに空気が注入される時にもこの質量は一定のままであるが、その際に支持構造物の合計質量は増加し、そして支持構造物が落下する。これらの数字が単なる例として挙げられたことは明らかであるが、５ｋｇ未満の質量を持つ軽量構造物を支持してこの構造物を静止状態から所望の標高まで上昇させるため、そして±１メートルの精度内で一定標高に維持するために本発明の適用が可能であることを実証している。
【００６１】
図７は、スタンド６１に着脱可能に取り付けられた浮遊ランプ装置６０の形のこのような装置を描写的に示している。スタンド６１は、管形ポール６３を支持する底部６２を有する。ランプ装置６０の円筒形ケーシング３８は受台６４に着脱可能に取り付けられており、ポール６３を上下動する孔を有するがポールの上部に装着された保持キャップ６６により離脱が防止される枠材６５が、受台の側面から突出している。
【００６２】
使用に先立って、外側包囲体１３にヘリウムが充填され、ランプ装置６０の円筒形ケーシング３８が受台６４に取り付けられる。受台６４は、ケーシング３８の側壁を把持してランプを外すために外向きに広がっているとよい外周上の弾性フィンガを有するとよい。構造物の浮力により、保持キャップ６６によって離脱が防止されるポールを装置６０が上る。遠隔ＲＦ制御を受けて、内側バルーン１２を徐々に膨張させるためこれに空気が一気に注入される。充分な空気が内側バルーンを満たすと、増加した質量が構造物の浮力を超えて、バルーンがポール６３を徐々に降りる。それからランプ装置６０が受台６４から安全に取り外され、必要に応じて装置を上下させるように遠隔ＲＦ制御により内側バルーン内の空気の質量が調節されるとよい。
【００６３】
制御装置１５は、単一の支持構造物に使用するための専用装置として図１に示されているが、複数の構造物を制御する遠隔制御装置の使用も本発明では考えられる。このような場合、各支持構造物は固有ＩＤを記憶するメモリを格納する。例えば衝突を回避するため各装置を非重複時間帯に割り当てる適当な双方向通信プロトコルを用いて、各装置が制御装置と通信する。代替的に、ランダムな時間帯を割り当ててデータ衝突による送信ミスを補正することにより、より良好なデューティサイクルの使用が達成されてもよい。このようなプロトコルはそれ自体周知であり、そのものは発明の特徴ではない。完全さを期すため、物体側の送受信器と読取器との間で双方向データ通信を実施するための方法およびシステムが記載され、参考として内容が取り入れられているイスラエルＲａ’ａｎａｎａのＥｌｐａｓ  Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｌｔｄ．に対する米国特許第６，６００，８９９号を参照するとよい。
【００６４】
所望であれば、遠隔制御装置により制御される複数の構造物が、協調方式となるように相互に同期化されるとよい。例えば、各々が異なる文字を表示する一連の浮遊式ランプが、演出効果のあるメッセージまたは広告を表すのに各ランプの遠隔動作が使用されるように制御されるとよい。例えば、各ランプが所望の予設定高度まで上昇してから、制御された時間だけ点灯されるとよい。動くメッセージを作り出すように、点灯されたランプが上下動されるなどしてもよい。同様に、防犯の用途では、特定エリアを撮像するのに後で使用されるカメラを支持するのに、複数の支持構造物が使用されるとよい。構成要素である支持構造物の適当な制御により、遠隔制御ユニットが対応範囲の調節を行うとよい。
【００６５】
これまでに説明した実施形態では、外側包囲体はヘリウムが充填された剛性包囲体であり、内側包囲体はバラストとして機能する空気を含有する。しかし、この実施形態は考えられる一つのアプローチに過ぎないことに注意すべきである。ゆえに、所望であれば外側包囲体に空気が充填されて、内側可撓性バルーンにヘリウムを追加するかこれから放出することにより装置の浮力が調節され得る。このような場合には、外側包囲体も剛性であってもよい。代替的に、外側包囲体が可撓性であって、中のヘリウムの容積を変化させることにより装置の浮力が変化してもよい。
【００６６】
これらのアプローチはすべて、浮遊構造物の浮力を変化させるため空気とヘリウムの容積の比を変化させることに基づいている。すなわち、図１の高度トランスデューサはポンプ１７とバルブ２１とによって構成され、可撓性バルーンの中の気体の容積および質量を高度に応じて調節する。しかし普遍的な気体法則は圧力（Ｐ）と容積（Ｖ）と温度（Ｔ）とに関するものであってそのいずれかの変化に関係なくＰＶ／Ｔが一定のままであるので、温度と圧力のいずれかに左右される高度トランスデューサを用いることにより浮力が調整されてもよい。
【００６７】
図８は、剛性中空包囲体１２の内側の気体の温度調節を行う高度トランスデューサ７０を概略的に示し、気体は空気より軽く、最も典型的なのはヘリウムである。装置を上昇させるため、通常は空気である周囲の気体よりも密度が低くなるように、加熱要素７１が中の気体を加熱する。この実施形態では、外側包囲体は技術的には必要ない。しかし実際には、包囲体１２が外側包囲体１３に包囲されることと、その二つの間の空間に熱絶縁材料７２が充填されることとが好ましい。加熱要素６１が通電停止になると、気体が低温になって包囲体１２の浮力が低下するため装置が落下する。熱電気冷却装置などの小型の冷却装置を用意することにより、包囲体１２の内側の気体についてより能動的な冷却を行うことで効果が高くなる。
【００６８】
この実施形態において、制御装置１５は、中空包囲体１２が予設定標高よりも落下すると中空包囲体の浮力を上昇させるように加熱要素７１に通電し、中空包囲体が予設定標高よりも上昇すると加熱要素７１を通電停止することで気体を冷却して中空包囲体の浮力を低下させる。
【００６９】
気体を加熱することにより気体バルーンの標高を調節することはそれ自体が周知であり熱気球では長年使用されていることは当然理解されるだろう。しかし、バルーンへの高温空気の流入を調整することにより飛行船の高度を制御するパイロットが熱気球に搭乗するのが一般的である。これと対照的に、本発明は無人であり、予設定された標高に装置を自動的に維持するのに、搭載の制御装置を使用する。
【００７０】
図９ａおよび９ｂは、剛性包囲体１２の内側の気体の容積調節を行う高度トランスデューサ７５を概略的に示し、気体は空気より軽量であり、最も一般的なのはヘリウムである。「剛性」とは、包囲体が弾性ではなく塑性変形が可能であることを意味する。そのためバルーンのように膨張することはできないが、力を解除すると包囲体の形状および容積が初期状態に戻るように包囲体の壁をつぶすか他の形で収縮させる力の印加によって、容積の縮小が可能である。この場合、高度トランスデューサは中空包囲体の内側にコード７６を含み、その第１端部は中空包囲体の内壁７７に固定されて、第２端部はモータ７８を介して制御装置１５に結合されている。制御装置は、コードの張力を調節することにより、測定された標高にしたがって中空包囲体の中の気体の容積を変化させるのに適している。こうして、中空包囲体が予設定標高よりも下降すると、中空包囲体の内部の気体の容積を増加させることで中空包囲体の浮力を上昇させるように、モータ７８がコード７６の張力を低下させる。中空包囲体が予設定標高よりも上昇すると、中空包囲体の内部の気体の容積を減少させることで中空包囲体の浮力を低下させるように、モータがコード７６を巻き取る。
【００７１】
コードは、包囲体を収縮または膨張させるように包囲体の壁へ力を印加することにより可撓性バルーンの中の気体の圧力を調節するように調節が行われる容積調節装置を構成する。他の形状の容積調節装置または高度・圧力トランスデューサが同様に採用されてもよいことが理解されるだろう。例えば、内壁６７を付勢してモータに対して離間または近接させるように、剛性リンクが偏心状態でモータに結合されてもよい。
【００７２】
上述した高度トランスデューサは普遍的な気体法則に基づいているが、測定高度に応じて中空包囲体の内部の気体が持つ可変高度に依存する性質を変化させることのできるいかなる高度トランスデューサが採用されてもよいことは言うまでもないだろう。
【００７３】
本発明による制御装置が適当にプログラムされたプロセッサであってもよいことも、言うまでもないだろう。同様に、制御装置を制御するためのプロセッサによりコンピュータプログラムが読み取られることも、本発明では考えられる。さらに本発明では、必要な制御を実施するため制御装置により実行可能な命令のプログラムを具現化した機械読み取り可能メモリが考えられる。
【符号の説明】
【００７４】
１０  制御可能浮揚システム／制御システム
１１  支持構造物
１２  密封中空包囲体／可撓性バルーン
１３  外側包囲体
１４  標高センサ
１５  制御装置
１６  第１電線
１７  ポンプ
１８  第１区分
１９  入口
２０  第２区分
２１  ソレノイドバルブ
２２  第２電線
２３  リチウムポリマー電池
２４  主幹スイッチ
２５  ＬＥＤ
２６  ＬＥＤドライバ
２７  補助スイッチ
２８  ＲＦモジュール
２９  遠隔制御装置
３０  上板
３１  ねじ
３２  孔
３３，３４  側面部分
３５  弓形リム
３６  外周スロット
３７  底板
３８  ケーシング
４０  中央孔
４１  コネクタ
４２  孔
４３  気体入口
４４  孔
４５  キャップ
４６  プラグ
４７  凹孔
４８  レンズ
４９  孔、プリント回路基板
５１  ねじ穴
５２  充電端子
５３  孔
５４，５６  ナット
６０  浮遊ランプ装置
６１  スタンド
６２  底部
６３  ポール
６４  受台
６５  枠材
６６  保持キャップ
７０  高度トランスデューサ
７１  加熱要素
７２  熱絶縁材料
７５  高度トランスデューサ
７６  コード
７７  内壁
７８  モータ
【図１】
0005902675.tif 000002
【図２ａ】
0005902675.tif 000003
【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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