(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体に搭載されるカメラスタビライザであって、
支持部により支持されてエレベーション軸回りに回転駆動されるケースを備え、
前記ケース内にカメラが収容され、前記カメラ用の窓が前記ケースに設けられており、
前記窓が受ける空力荷重により発生する前記エレベーション軸回りの空力トルクをキャンセルするキャンセル面が前記ケースの外面に形成され、
前記キャンセル面は前記ケースの外面の一部を構成し、前記ケースの外面がなす球面と異なる面形状を有し、前記球面に対し凹んでいることを特徴とするカメラスタビライザ。
【請求項２】
請求項１記載のカメラスタビライザにおいて、
前記ケースは前記支持部により支持されるシャフト部と、前記シャフト部を挟んで前記シャフト部の前後に取り付けられるフロントカバーとリアカバーとよりなり、
前記フロントカバーに前記窓が設けられており、
前記シャフト部に前記キャンセル面が形成されていることを特徴とするカメラスタビライザ。
【請求項３】
請求項１記載のカメラスタビライザにおいて、
前記ケースは前記支持部により支持されるシャフト部と、前記シャフト部を挟んで前記シャフト部の前後に取り付けられるフロントカバーとリアカバーとよりなり、
前記フロントカバーに前記窓が設けられており、
前記フロントカバーに前記キャンセル面が形成されていることを特徴とするカメラスタビライザ。
【請求項４】
請求項２記載のカメラスタビライザにおいて、
前記キャンセル面は前記シャフト部の上部及び下部にそれぞれ形成されていることを特徴とするカメラスタビライザ。
【請求項５】
請求項３記載のカメラスタビライザにおいて、
前記キャンセル面は前記フロントカバーの上部及び下部にそれぞれ形成されていることを特徴とするカメラスタビライザ。
【請求項６】
請求項１乃至３記載のいずれかのカメラスタビライザにおいて、
前記ケースの回転に伴い、前記空力トルクが最大となるエレベーション角度において、前記空力トルクをキャンセルするように前記キャンセル面が形成されていることを特徴とするカメラスタビライザ。
【請求項７】
請求項１乃至６記載のいずれかのカメラスタビライザにおいて、
前記キャンセル面が平面であることを特徴とするカメラスタビライザ。
【請求項８】
請求項１乃至６記載のいずれかのカメラスタビライザにおいて、
前記キャンセル面が円筒面であることを特徴とするカメラスタビライザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は航空機や車両等の移動体に搭載されるカメラスタビライザに関する。
【背景技術】
【０００２】
移動体の外側に取り付けられるカメラスタビライザは移動体の移動に伴い、風を受けることになる。このような風の影響を考慮したカメラスタビライザが特許文献１に記載されている。
【０００３】
図７は特許文献１に記載されているカメラスタビライザ（特許文献１では空間安定装置と称している）を示したものであり、カメラスタビライザ１０は航空機からなる移動体２０の底部に取り付けられている。カメラスタビライザ１０にはケース１１と、ケース１１に格納されたジンバル機構１２及びペイロード１３とが設けられている。ペイロード１３は可視カメラ及び赤外線カメラ等によって構成されている。
【０００４】
ケース１１には移動体２０に固定された下部ケーシング１１ａと、ジンバル機構１２によって回転可能に支持された第１及び第２上部ケーシング１１ｂ，１１ｃとが設けられている。第１及び第２上部ケーシング１１ｂ，１１ｃは下部ケーシング１１ａに対して旋回方向１４に回転可能に設けられており、第２上部ケーシング１１ｃは第１上部ケーシング１１ｂに対して俯仰方向１５に回転可能に設けられている。ジンバル機構１２は旋回方向１４及び俯仰方向１５にペイロード１３を回転させることでペイロード１３の姿勢を制御する。
【０００５】
第２上部ケーシング１１ｃの外周には第１及び第２風速検出器１６，１７が取り付けられている。カメラスタビライザ１０に風が吹き付けられると、第１風速検出器１６は旋回方向１４に沿う風速を検出する。ペイロード１３に対して発生する旋回外乱トルクの大きさは旋回方向１４に沿う風速に比例する。第２風速検出器１７は俯仰方向１５に沿う風速を検出する。ペイロード１３に対して発生する俯仰外乱トルクの大きさは俯仰方向１５に沿う風速に比例する。
【０００６】
この例では第１及び第２風速検出器１６，１７で検出された風速に基づいて旋回方向１４及び俯仰方向１５に沿う外乱トルクを算出し、算出した外乱トルクに基づいてジンバル機構１２の駆動制御を補正するものとなっており、即ち外乱トルクを打ち消すための補正トルクが通常の駆動トルクに付加されるものとなっている。これにより、カメラスタビライザ１０への風に応じた駆動制御を実施でき、駆動制御の精度を向上できるものとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−５２６６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、図７に示した従来のカメラスタビライザでは風の影響による外乱トルクを打ち消すために、補正トルクを通常の駆動トルクに付加するものとなっているため、駆動用のモータにはトルクがより大きいモータが必要であり、つまり大型のモータが必要であり、よってカメラスタビライザも大きくなってしまい、カメラスタビライザを小型に構成することができないといった問題があった。
【０００９】
この発明の目的はこの問題に鑑み、小型に構成することができるようにしたカメラスタビライザを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明によれば、移動体に搭載されるカメラスタビライザは、支持部により支持されてエレベーション軸回りに回転駆動されるケースを備え、ケース内にカメラが収容され、カメラ用の窓がケースに設けられており、窓が受ける空力荷重により発生するエレベーション軸回りの空力トルクをキャンセルするキャンセル面がケースの外面に形成され、キャンセル面はケースの外面の一部を構成し、ケースの外面がなす球面と異なる面形状を有し、球面に対し凹んでいるものとされる。
【００１１】
請求項２の発明では請求項１の発明において、ケースは前記支持部により支持されるシャフト部と、シャフト部を挟んでシャフト部の前後に取り付けられるフロントカバーとリアカバーとよりなり、フロントカバーに前記窓が設けられており、シャフト部に前記キャンセル面が形成されているものとされる。
【００１２】
請求項３の発明では請求項１の発明において、ケースは前記支持部により支持されるシャフト部と、シャフト部を挟んでシャフト部の前後に取り付けられるフロントカバーとリアカバーとよりなり、フロントカバーに前記窓が設けられており、フロントカバーに前記キャンセル面が形成されているものとされる。
【００１３】
請求項４の発明では請求項２の発明において、前記キャンセル面はシャフト部の上部及び下部にそれぞれ形成されているものとされる。
【００１４】
請求項５の発明では請求項３の発明において、前記キャンセル面はフロントカバーの上部及び下部にそれぞれ形成されているものとされる。
【００１５】
請求項６の発明では請求項１乃至３のいずれかの発明において、ケースの回転に伴い、空力トルクが最大となるエレベーション角度において、空力トルクをキャンセルするように前記キャンセル面が形成されているものとされる。
【００１６】
請求項７の発明では請求項１乃至６のいずれかの発明において、前記キャンセル面が平面とされる。
【００１７】
請求項８の発明では請求項１乃至６のいずれかの発明において、前記キャンセル面が円筒面とされる。
【発明の効果】
【００１８】
この発明によれば、エレベーション軸回りの空力トルクを軽減することができるため、エレベーション軸回りの回転駆動用のモータとしてトルクの小さいモータを使用することができ、つまり小型のモータを使用することができるため、その分、カメラスタビライザを小型に構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明の対象となるカメラスタビライザの斜視図。
【図２】図１に示したカメラスタビライザの、内部機構の図示を一部省略した断面図。
【図３】図１に示したカメラスタビライザのケース構成を説明するための図。
【図４】窓が受ける空力荷重により発生する空力トルクを説明するための図。
【図５】エレベーション角度と空力トルクの関係を示すグラフ。
【図６】この発明によるカメラスタビライザの一実施例を説明するための図。
【図７】カメラスタビライザの従来例を示す側面図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
まず、最初に、この発明の実施対象であるカメラスタビライザの構成を図１〜３を参照して説明する。
【００２１】
図１はカメラスタビライザの外観を示したものであり、図２はその断面構造の概略を示したものである。また、図３は一部を分解して示したものである。
【００２２】
カメラスタビライザは防振マウント部３０とジンバルユニット４０とを備え、防振マウント部３０の上面が航空機等の移動体に対する取り付け面３１とされる。ジンバルユニット４０は第１の支持部４１と第２の支持部４２とケース４３とを備えている。第１の支持部４１は防振マウント部３０に連結されており、第２の支持部４２は第１の支持部４１に支持されてアジマス軸回りに回転可能とされている。また、ケース４３は第２の支持部４２によって挟み込まれて支持され、エレベーション軸回りに回転可能とされている。なお、以下においてはアジマスをＡＺと記し、エレベーションをＥＬと記す。
【００２３】
第２の支持部４２をＡＺ軸回りに回転駆動するモータ（図示せず）は第１の支持部４１内に設けられ、ケース４３をＥＬ軸回りに回転駆動するモータ（図示せず）は第２の支持部４２内に設けられている。なお、図２中、４４，４５は軸受を示し、４６は軸受４４の内輪に取り付けられている第２の支持部４２のシャフト部を示す。
【００２４】
ケース４３は図３に示したように、第２の支持部４２により支持されるシャフト部４７と、シャフト部４７を挟んでシャフト部４７の前後に取り付けられるフロントカバー４８とリアカバー４９とよりなる。シャフト部４７は軸受４５の内輪に取り付けられている。図３中、５１はケース４３の両側に位置する第２の支持部４２の互いの外側部分を構成するサイドカバーを示す。
【００２５】
ケース４３は全体として球体の左右が平面で切り欠かれたような形状をなし、平面部分が第２の支持部４２によって挟み込まれて支持されている。ケース４３内には図示を省略しているが、カメラ、レンズ等の光学系及びジンバル機構が収容され、カメラ用の窓がケース４３に設けられている。窓はフロントカバー４８に２つ設けられている。窓５２は可視カメラ用の窓であり、窓５３は赤外線カメラ用の窓である。窓５２，５３は良好な透過性能を得るべく、平板によって構成されている。
【００２６】
上記のような構成を有するカメラスタビライザが取り付けられた移動体が移動すると、図１に示したようにカメラスタビライザは風６１を受けることになる。フロントカバー４８に設けられている窓５２，５３の表面はまわりのフロントカバー４８の球面と違って平面であるため、窓５２，５３が受ける空力荷重によって空力トルクが発生する。発生する空力トルクはＥＬ軸回り及びＡＺ軸回りの外乱トルクとなり、カメラスタビライザの空間安定性に影響する。
【００２７】
空力トルクは風が当たっている方向からみた窓５２，５３の投影面積と、軸（ＥＬ軸，ＡＺ軸）から投影面積の中心位置までの距離の積に比例する。そして、ケース４３は回転駆動されるため、ケース４３の回転に伴い、空力トルクは変化する。
【００２８】
ここで、図１〜３に示したカメラスタビライザにおいて、ＥＬ軸回りにケース４３が回転した場合のＥＬ角度と空力トルクの関係を調べた結果について説明する。
【００２９】
図４はＥＬ角度が０°の状態（可視カメラの光軸が水平方向の状態）のカメラスタビライザを示したものであり、この状態からケース４３が矢印ａ方向に回転された場合のＥＬ角度を正とする。風は図４Ａに示した正面図において正面から当たっているものとする。カメラスタビライザの仕様を以下に示す。
・ケース４３の径Ｄ      ：    ２４ｃｍ
・窓５２の投影面積Ｓ１  ：    ５６．７５ｃｍ２
・窓５３の投影面積Ｓ２  ：    ２８．２７ｃｍ２
・窓５２の角度位置θ１  ：    ２１°
・窓５３の角度位置θ２  ：    −２７°
【００３０】
図５は上記のような仕様を有するカメラスタビライザにおいて、風の強さを大，中，小とした場合のＥＬ角度と空力トルクの関係を示したものであり、ＥＬ角度が５０〜６０°の時、空力トルクが最大となっている。
【００３１】
この発明では上述したような空力トルクをキャンセルするキャンセル面をケース４３の外面に形成する。なお、第２の支持部４２を介してケース４３をＡＺ軸回りに回転駆動するモータは第１の支持部４１内に設けられるため、設置スペースは比較的大きく、つまり外乱トルク（空力トルク）に負けない大きなモータを使用することができるのに対し、ケース４３をＥＬ軸回りに回転駆動するモータは第２の支持部４２内に設けられるため、設置スペースは小さく、特にカメラスタビライザの小型化を図る上ではモータも極力小さくする必要があり、このような観点からこの発明ではＥＬ軸回りの空力トルクをキャンセル面によってキャンセルするものとする。
【００３２】
図６はこの発明によるカメラスタビライザの一実施例を示したものであり、この例では前述の図５に示したように空力トルクが最大となるＥＬ角度５０〜６０°において空力トルクをキャンセルすることができるようにキャンセル面５４をケース４３の外面に設けている。なお、図６はＥＬ角度が５５°の状態のカメラスタビライザを示しており、キャンセル面５４にはハッチングを付している。風は図６Ａに示した正面図において正面から当たっているものとする。キャンセル面５４はこの例では平面によって構成されている。
【００３３】
図６Ａにおいて風が当たっている方向から見た窓５２，５３及びキャンセル面５４の投影面積をＳ１’，Ｓ２’，Ｓ３とし、ＥＬ軸から投影面積の中心位置までの距離をＬ１，Ｌ２，Ｌ３とする時、キャンセル面５４は、
Ｓ３×Ｌ３＝Ｓ１’×Ｌ１＋Ｓ２’×Ｌ２
を満足し、窓５２，５３により発生する空力トルクと反対方向のトルクを発生するように設けられる。図６Ｂ中、矢印ｂは窓５２，５３が受ける空力荷重により発生する空力トルクによるケース４３の回転方向を示し、矢印ｃはキャンセル面５４が受ける空力荷重により発生するトルクによるケース４３の回転方向を示す。
【００３４】
窓５２，５３が受ける空力荷重により発生する空力トルクはＥＬ角度によって大きく変化するため、このように空力トルクが最大となるＥＬ角度において空力トルクをキャンセルすることができるようにキャンセル面５４を設けるのが好ましい。この例ではＥＬ角度が５５°の時、図６Ａに示したように風が当たっている方向から見てケース４３のシャフト部４７が見えるため、キャンセル面５４をシャフト部４７の外面に形成している。
【００３５】
キャンセル面５４の形成はシャフト部４７に限るものではなく、例えばフロントカバー４８に形成してもよい。しかしながら、ケース４３を構成するフロントカバー４８とリアカバー４９は軽量化のため、一般に樹脂製とされ、その厚さも薄いものであるのに対し、シャフト部４７は構造上、金属製とされて厚さも厚いため、フロントカバー４８やリアカバー４９に比べ、シャフト部４７の方がキャンセル面５４を容易に形成することができる。
【００３６】
キャンセル面５４は平面に限らず、ケース４３がなす球面と異なる面形状であればよく、例えば円筒面であってもよい。また、キャンセル面５４の数は１つに限るものではなく、複数設けてもよい。例えば、ＥＬ軸回りのケース４３の可動範囲（ＥＬ角度の設定可能範囲）に応じて、枠形状をなすシャフト部４７の上部及び下部にそれぞれキャンセル面５４を設けてもよい。また、シャフト部４７ではなく、フロントカバー４８の上部及び下部にそれぞれキャンセル面５４を設けてもよい。さらには、シャフト部４７及びフロントカバー４８にそれぞれキャンセル面５４を設けてもよい。
【００３７】
なお、上述した例ではケース４３は２つの窓５２，５３を有するものとなっているが、窓の数は例えば内蔵するカメラの数などによって変わるものであり、窓の数が１つであっても、あるいは３つ以上であっても、この発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１０    カメラスタビライザ                  １１    ケース
１１ａ    下部ケーシング                    １１ｂ    第１上部ケーシング
１１ｃ    第２上部ケーシング                １２    ジンバル機構
１３    ペイロード                          １４    旋回方向
１５    俯仰方向                            １６    第１風速検出器
１７    第２風速検出器                      ２０    移動体
３０    防振マウント部                      ３１    取り付け面
４０    ジンバルユニット                    ４１    第１の支持部
４２    第２の支持部                        ４３    ケース
４４，４５    軸受                          ４６，４７    シャフト部
４８    フロントカバー                      ４９    リアカバー
５１    サイドカバー                        ５２，５３    窓
５４    キャンセル面                        ６１    風
【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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