(57)【要約】      （修正有）【課題】ペイロードを支持するペイロード支持構造体及びこれが搭載されるジンバル装置に関し、ペイロード支持構造体の共振による振動を低減する。【解決手段】第１の軸周りに回転可能にして取付基部に取り付けた第１のジンバル４、および、第２の軸周りに回転可能にして該第１のジンバル４に取り付けられた第２のジンバル８を有するジンバル装置に対して取り付けられるペイロード支持構造体であって、前記第２のジンバル８に取り付けられかつペイロード部１９を支持する支柱２１内に動吸振器１０を設ける。【選択図】図１
2011038616.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の軸周りに回転可能にして取付基部に取り付けた第１のジンバル、および、第２の軸周りに回転可能にして該第１のジンバルに取り付けられた第２のジンバルを有するジンバル装置に対して取り付けられるペイロード支持構造体であって、
前記第２のジンバルに取り付けられかつペイロード部を支持する支柱内に動吸振器を設けたことを特徴とするペイロード支持構造体。
【請求項２】
前記動吸振器が、
前記支柱内に形成された空洞部内に設けられたことを特徴とする請求項１記載のペイロード支持構造体。
【請求項３】
前記動吸振器が、
弾性梁により連結され前記空洞部内を前記支柱の軸方向に一体的にスライド可能な一対のスライダと、
前記各スライダを前記軸方向にスライド可能に弾性支持する弾性部材と、
前記梁に設けられ、該梁の弾性変形により前記軸方向に直行する方向に変位可能な錘と、
を有することを特徴とする請求項２記載のペイロード支持構造体。
【請求項４】
第１の軸周りに回転可能にして取付基部に取り付けた第１のジンバル、および、第２の軸周りに回転可能にして該第１のジンバルに取り付けた第２のジンバルを有するジンバル装置であって、
前記第２のジンバルに取り付けられかつペイロード部を支持するペイロード支持構造体の支柱内に動吸振器を設けたことを特徴とするジンバル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば撮像装置等のペイロードを支持するペイロード支持構造体およびこれが搭載されるジンバル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、航空機等の移動体に搭載される撮像システムには、その取付けベースを通して移動体を起源とする各種の振動が加わるため、カメラ等のペイロードを防振支持して高精度な空間安定化を図ることが必要となる。
【０００３】
このような高精度な空間安定化を行うための支持機構の一方式として、カメラ等の視軸を全方向へ容易に変更できる２ジンバル装置が用いられる。このジンバル装置は、ＡＺ（アジマス）ジンバルと、このＡＺジンバルに内蔵されるＥＬ（エレベーション）ジンバルと、ペイロードを支持すると共にＥＬジンバル内に固定されるペイロード支持構造体とで構成される。
【０００４】
従来、ペイロードを防振支持する構造としては、ＡＺジンバルの外側にたわみバネと板バネと錘を有する３軸動吸収モジュールを付加したもの（特許文献１）や、カメラを支持するジンバル機構を吊り下げ支持するユニバーサルジョイント自体をコイルバネで支持するものが知られている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１５５０９１号公報
【特許文献２】特許第３０１８００４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の防振支持構造では、ＥＬジンバル内に配置されたペイロード支持構造体自体の持つ構造共振モードに起因する振動を低減することはできなかった。
【０００７】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、ペイロード支持構造体の共振による振動を低減しうるペイロード支持構造体およびジンバル装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一の観点からは、
第１の軸周りに回転可能にして取付基部に取り付けた第１のジンバル、および、第２の軸周りに回転可能にして該第１のジンバルに取り付けられた第２のジンバルを有するジンバル装置に対して取り付けられるペイロード支持構造体であって、
前記第２のジンバルに取り付けられかつペイロード部を支持する支柱内に動吸振器を設けたことを特徴とするペイロード支持構造体が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
開示のペイロード支持構造体は、ペイロード支持構造体自体の共振による振動が抑制されるため、ペイロードが振動することを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の一実施形態であるペイロード支持構造体およびジンバル装置の正面図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態であるペイロード支持構造体を拡大して示す正面図である（Ｚ方向の曲げモード共振発生時）。
【図３】図３は、ペイロード支持構造体に設けられた動吸振モジュールがＺ方向の曲げモード共振を低減する動作を説明するための図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態であるペイロード支持構造体を拡大して示す正面図である（梁の曲げモード共振発生時）。
【図５】図５は、ペイロード支持構造体に設けられた動吸振モジュールが梁の曲げモード共振を低減する動作を説明するための図である。
【図６】図６は、ペイロード支持構造体に発生する共振の態様を説明するための図である。
【図７】図７は、本実施形態の効果を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、本発明の実施の形態について図面と共に説明する。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態である動吸振器１０およびこれを搭載したカメラ指向装置１を示す図である。このカメラ指向装置１は、例えば航空機等の移動体に取り付けられ、内設されたカメラ２４により所定の撮像処理を行うものである。
【００１３】
カメラ指向装置１は、ＡＺジンバル４をアジマス軸回り（ＡＺ軸回り）に回転させるＡＺ回転機構２と、ＡＺジンバル４をエレベーション軸回り（ＥＬ軸回り）に回転させるＥＬ回転機構３から成る２軸回転機構を有している。尚、以下の説明では、図中矢印Ｚで示す方向を下方向として説明する。
【００１４】
このＡＺジンバル４は、内部にＥＬ支持枠部材６とＥＬジンバル８とを有している。ＥＬ支持枠部材６は、上記のＡＺ回転機構２により、取付基部５に対して図中矢印ａで示す方向に回転自在に取り付けられている。また、ＥＬジンバル８は、ＥＬ支持枠部材６にＥＬ回転機構３のＥＬ回転軸７を介し、図の矢印ｂで示す方向に回転自在に支持されている。
【００１５】
上記のＡＺ回転機構２は、内部にモータ、角度センサ等を内蔵しており、その回転出力側にＥＬ支持枠部材６の上部６ａが取り付けられている。ＥＬ支持枠部材６の上部６ａの両端部からは、直角に下方に延出する一対の支持部６ｂが形成されている。
【００１６】
この各支持部６ｂは平行配置されており、その先端近傍に上記のＥＬ回転機構３が設けられている。このＥＬ回転機構３も、モータ、角度センサ等を内蔵しており、その回転出力側に上記のＥＬジンバル８がＥＬ回転軸７周りに回転可能に取り付けられている。
【００１７】
ＥＬジンバル８は、ＥＬシェルセンターカバー１１、ＥＬシェルフロントカバーおよびＥＬシェルリアカバーで形成されるＥＬシェルの外殻を有する（ＥＬシェルフロントカバーおよびＥＬシェルリアカバーは図示せず）。ＥＬシェルセンターカバー１１の両側部がＥＬ回転機構３を介して支持部６ｂに支持され、これによりＥＬジンバル８はＥＬ支持枠部材６に支持される。
【００１８】
ＥＬジンバル８は、その内部に防振モジュール１４ａ，１４ｂおよびペイロード部１９が配設されている。防振モジュール１４ａ，１４ｂは、ＡＺ回転軸２ａに同心となるよう配設されている。防振モジュール１４ａはペイロード部１９の上部に配設され、防振モジュール１４ｂはペイロード部１９の下部に配設されている。即ち、防振モジュール１４ａはＥＬシェルセンターカバー１１とペイロード部１９との間に配設され、防振モジュール１４ｂはＥＬシェルセンターカバー１１とペイロード部１９との間に配設されている。
【００１９】
上下２つの防振モジュール１４ａ，１４ｂは、それぞれ外側プレート１５ａ、１５ｂと内側プレート１６ａ、１６ｂを有している。そして、外側プレート１５ａ、１５ｂをＥＬシェルセンターカバー１１の内側にボルト止めすることにより、外側プレート１５ａ、１５ｂはＥＬジンバル８内に固定される。
【００２０】
外側プレート１５ａと内側プレート１６ａとの間、および外側プレート１５ｂと内側プレート１６ｂとの間には、一定範囲で伸縮自在の６個のバネ付きストラット１７がプレートの円周に沿って配設される。バネ付きストラット１７は、２本でＶ字形を形成し、各バネ付きストラット１７は、一端が内側プレート１６ａ，１６ｂに球面ジョイントにより係合し、他端が外側プレート１５ａ，１５ｂに球面ジョイントにより係止される。
【００２１】
また、外側プレート１５ａ，１５ｂと内側プレート１６ａ，１６ｂとの間には、上記バネ付きストラット１７の配設位置よりも内側に、３個のエアダンパ１８が等間隔で配設されている。各エアダンパ１８は、長手方向の一端が内側プレート１６ａ，１６ｂに球面ジョイントにより係合し、他端が外側プレート１５ａ，１５ｂに球面ジョイントにより係合している。
【００２２】
防振モジュール１４ａ，１４ｂが外部から受ける力は、バネ付きストラット１７により弾性的に緩衝され、更にエアダンパ１８により吸収される。すなわち、防振モジュール１４ａ，１４ｂは、２枚のプレート（外側プレート１５ａ，１５ｂ、内側プレート１６ａ，１６ｂ）間に挟まれた６個のバネ付きストラット１７と３個のエアダンパ１８により、６自由度の防振機能を発揮する。
【００２３】
ペイロード部１９を支持するペイロード支持構造体２０は、２つの防振モジュール１４ａ，１４ｂの間に配置される。このペイロード支持構造体２０は、図１に加えて図２に示すように、内側プレート１６ａ，１６ｂ、支柱２１、球面軸受け２２、および動吸振器１０等を有している（内側プレート１６ａ，１６ｂは、防振モジュール１４ａ，１４ｂの一部としても機能する）。
【００２４】
支柱２１は、上端部が内側プレート１６ａに固定されると共に、下端部が内側プレート１６ｂに固定されている。また、支柱２１の中央位置には、球面軸受け２２が配設されている。ペイロードフレーム２３は、この球面軸受け２２に固定されている。
【００２５】
ペイロードフレーム２３は、ＸＹＺの３方向に進退する３軸のアクチュエータからなるインナ軸（図示せず）により支柱２１に対して移動可能な構成とされている。また、ペイロードフレーム２３の一方の側部にはカメラ２４（撮像装置）が搭載され、他方の側部には回路収納部２５ａ，２５ｂが搭載されている。このペイロードフレーム２３は、上記のインナ軸により姿勢を制御され、これによりカメラ２４の視軸は指向の安定化が図られる。
【００２６】
ところで、本実施形態に係るカメラ指向装置１は、前記のようにＥＬシェルセンターカバー１１内に防振モジュール１４ａ，１４ｂが設けられている。このため、移動体を起源とする各種の振動がＡＺ回転軸２ａを介して伝達されても、防振モジュール１４ａ、１４ｂが６自由度の防振機能を発揮することにより、この振動がペイロード支持構造体２０（ペイロード部１９）に伝達されるのを有効に防止することができる。
【００２７】
図６は、ペイロード支持構造体２０に発生する共振の態様を示す図である。図６（Ａ）は、内側プレート１６ａ，１６ｂの持つ板曲げの固有振動モードを示している。また、図６（Ｂ）は、支柱２１が持つシャフト曲げの固有振動モードを示している。
【００２８】
本実施形態に係るペイロード支持構造体２０は、支柱２１の内部に動吸振器１０を設け、これによりペイロード支持構造体２０に起因した振動の発生を低減している。以下、ペイロード支持構造体２０に設けられる動吸振器１０について説明する。
【００２９】
動吸振器１０は、支柱２１に２個配設されている。具体的には、一方の動吸振器１０は支柱２１の球面軸受け２２を挟んだ上部位置に配設されており、他方の動吸振器１０は支柱２１の球面軸受け２２を挟んだ下部位置に配設されている。
【００３０】
動吸振器１０は、空洞部２６、スライダ２７ａ，２７ｂ、動吸振錘２８、弾性梁２９、およびコイルバネ３０ａ，３０ｂ等を有している。空洞部２６は支柱２１に設けられた円柱状の空洞であり、動吸振器１０を構成するスライダ２７ａ，２７ｂ等の他の構成要素はこの空洞部２６内に配設される。
【００３１】
スライダ２７ａ，２７ｂは、空洞部２６内を上下方向（Ｚ方向）に移動可能とされている。また、空洞部２６内におけるスライダ２７ａ，２７ｂの移動を円滑とするため、スライダ２７ａ，２７ｂの外周にベアリングを設けることとしてもよい。
【００３２】
一対のスライダ２７ａ，２７ｂは、弾性梁２９により連結されている。従って、一対のスライダ２７ａ，２７ｂは離間配置されると共に、この離間した状態を維持しつつ一体的に空洞部２６内を移動する。
【００３３】
弾性梁２９はバネ材料により形成されることにより、バネ性を有した構成とされている。動吸振錘２８は、この弾性梁２９の略中央位置に一体的に配設されている。よって、動吸振錘２８に対してＸ，Ｙ方向に外力（この外力には振動も含む）が印加された場合、弾性梁２９は弾性変形し動吸振錘２８は外力印加前の位置に対してＸ，Ｙ方向に変位する（図５参照）。
【００３４】
コイルバネ３０ａは、スライダ２７ａの上面と、該スライダ２７ａに対向する空洞部２６の上端面との間に配設されている。また、コイルバネ３０ｂはスライダ２７ｂの下面と、該スライダ２７ｂに対向する空洞部２６の下端面との間に配設されている。よって、弾性梁２９により連結されたスライダ２７ａ，２７ｂは、一対のコイルバネ３０ａ，３０ｂの間に挟まれた構成となる。
【００３５】
よって、図３（Ａ）に示すように動吸振錘２８に図中矢印Ｚ１で示す下方向の外力（この外力には振動も含む）が印加されると、動吸振錘２８と共にスライダ２７ａ，２７ｂは下方に変位し、よってコイルバネ３０ｂが収縮すると共にコイルバネ３０ａが伸長する。
【００３６】
また、図３（Ｂ）に示すように動吸振錘２８に矢印Ｚ２で示す上方向の外力（この外力には振動も含む）が印加されると、動吸振錘２８と共にスライダ２７ａ，２７ｂは上方に変位し、よってコイルバネ３０ａが収縮すると共にコイルバネ３０ｂが伸長する。
【００３７】
上記のように、本実施形態で用いている動吸振器１０は、ペイロード支持構造体２０に対して上下方向（Ｚ方向）に共振振動が発生した場合、図３に示すようにコイルバネ３０ａ，３０ｂが弾性変形することにより共振現象を低減する。また、ペイロード支持構造体２０に対して水平方向（Ｘ，Ｙ方向）に共振振動が発生した場合、図５に示すようにバネ性を有する弾性梁２９の曲げ振動により共振現象を低減することができる。即ち、動吸振器１０は、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸方向の共振振動をいずれも減少させる３軸動吸振器として機能する。
【００３８】
本実施形態に係るペイロード支持構造体２０は、上下の支柱２１の内部にそれぞれに、上記のように３軸の各軸に対する共振振動低減機能を有する動吸振器１０を配置している。これにより、ペイロード支持構造体２０に各軸方向の共振振動が発生した場合、各動吸振器１０はペイロード支持構造体２０の持つ共振現象を低減し、これによりカメラ２４の視軸振れが抑制される。
【００３９】
図７は、本実施形態に係る動吸振器１０およびこれを用いたカメラ指向装置１の効果を示す図である。同図は横軸に周波数（Ｈｚ）を対数尺で示し、縦軸に伝達倍率（倍）を対数尺で示している。そして、同図には比較のため、動吸振器なしの場合の振動伝達倍率を実線で示し、動吸振器ありの場合の振動伝達倍率を破線で示している。
【００４０】
同図に示す例では、動吸振器１０を用いてない場合の振動伝達倍率は１０倍であるのに対し、動吸振器１０を設けた場合の振動伝達倍率は３．３倍となっている。即ち、動吸振器１０を設けることにより、動吸振器１０を設けない場合に比べて振動伝達倍率が１／３に低減していることがわかる。尚、上記の振動伝達倍率の低減の他に、特には図示しないが、Ｒ．Ｍ．Ｓ．（実効値）加速度が、６．１Ｇｒｍｓから４．０Ｇｒｍｓに低減することも判明した。
【００４１】
このように本実施形態では、ペイロード支持構造体２０自身に起因して発生する共振振動を減衰させる動吸振器１０をペイロード支持構造体２０を構成する支柱２１内に設けたことにより、ペイロード部１９の防振性と安定性を向上させることができる。よって、ペイロード部１９に設けられたカメラ２４の視軸振れが抑制され、良好な撮像処理を実現することが可能となる。
【００４２】
また本実施形態では、動吸振器１０をペイロード支持構造体２０の支柱２１に内蔵した構造としているため、ＥＬジンバル８内にペイロード支持構造体２０と別箇に動吸振器を搭載するための搭載スペースを必要とすることはない。よって、ペイロード支持構造体２０およびカメラ指向装置１の小形化を維持しつつ、上記のようにペイロード部１９の防振性と安定性を向上を図ることができる。
【００４３】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上記した特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能なものである。
【００４４】
以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
第１の軸周りに回転可能にして取付基部に取り付けた第１のジンバル、および、第２の軸周りに回転可能にして該第１のジンバルに取り付けられた第２のジンバルを有するジンバル装置に対して取り付けられるペイロード支持構造体であって、
前記第２のジンバルに取り付けられかつペイロード部を支持する支柱内に動吸振器を設けたことを特徴とするペイロード支持構造体。
（付記２）
前記動吸振器が、
前記支柱内に形成された空洞部内に設けられたことを特徴とする請求項１記載のペイロード支持構造体。
（付記３）
前記動吸振器が、
弾性梁により連結され前記空洞部内を前記支柱の軸方向に一体的にスライド可能な一対のスライダと、
前記各スライダを前記軸方向にスライド可能に弾性支持する弾性部材と、
前記梁に設けられ、該梁の弾性変形により前記軸方向に直行する方向に変位可能な錘と、
を有することを特徴とする請求項２記載のペイロード支持構造体。
（付記４）
前記動吸振器は、前記ペイロード部を挟んで前記第２のジンバルとの間に設けられた一対の支柱の夫々に設けられてなる付記１乃至３のいずれか一項に記載のペイロード支持構造体。
（付記５）
第１の軸周りに回転可能にして取付基部に取り付けた第１のジンバル、および、第２の軸周りに回転可能にして該第１のジンバルに取り付けた第２のジンバルを有するジンバル装置であって、
前記第２のジンバルに取り付けられかつペイロード部を支持するペイロード支持構造体の支柱内に動吸振器を設けたことを特徴とするジンバル装置。
（付記６）
前記第２のジンバルのカバーと前記ペイロード支持構造体との間に、防振要素ストラットおよびダッシュポットを設けてなる付記５記載のジンバル装置。
【符号の説明】
【００４５】
１  カメラ指向装置
２  ＡＺ回転機構
３  ＥＬ回転機構
４  ＡＺジンバル
５  取付基部
６  ＥＬ支持枠部材
７  ＥＬ回転軸
８  ＥＬ組立体
１０  動吸振器
１１  ＥＬシェルセンターカバー
１４，１４ａ，１４ｂ      防振モジュール
１５ａ，１５ｂ  外側プレート
１６ａ，１６ｂ  内側プレート
１７  バネ付きストラット
１８  エアダンパ
１９  ペイロード部
２０  ペイロード支持構造体
２１  支柱
２２  球面軸受け
２３  ペイロードフレーム
２４  カメラ
２６  空洞部
２７ａ，１７ｂ
２８  動吸振錘
２９  弾性梁
３０ａ，３０ｂ  コイルバネ
【図１】
2011038616.tif 000003
【図２】
2011038616.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2011038616.tif 000007
【図６】
2011038616.tif 000008
【図７】
2011038616.tif 000009