(57)【要約】【課題】ジンバル機構の構造を複雑でないものとし簡略化する。【解決手段】外筒８に固定された筐体７に取り付けられた弾性機構１の先端にジンバル筐体２が取り付けられ、弾性機構１が曲がることによりジンバル筐体２を上下方向に移動可能とする。ジンバル筐体２には、赤外線撮像カメラからなる検知器９、マグネット３、角度検出器５および角速度検出器１０が取り付けられている。ジンバル筐体２の上側の側面にはマグネット３が１個取り付けられ、外筒８の上側の内面のマグネット３に対向する位置にはコイル４が１個取り付けてある。マグネット３およびコイル４は、ジンバル筐体２を上下方向に移動させる。マグネット３およびコイル４が取り付けられた位置から９０°ずれた位置のジンバル筐体２の右側面および外筒８の右側内面には１組の角度検出器５が取り付けられており、ジンバル筐体２の角度を検出する。【選択図】      図１
2004355090.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が筐体に固定された弾性機構と、この弾性機構の他端に固着され前記弾性機構の曲げにより傾きが変化するジンバル筐体と、このジンバル筐体に力を加えて前記弾性機構の曲げの大きさを変化させる電磁機構とを含むことを特徴とするジンバル機構。
【請求項２】
一端が筐体に固定された弾性機構と、この弾性機構の他端に固着され前記弾性機構の曲げにより傾きが変化するジンバル筐体と、このジンバル筐体に力を加えて前記弾性機構の曲げの大きさを変化させる電磁機構と、この電磁機構の力により前記弾性機構が曲がって傾きが変化する方向の前記ジンバル筐体の傾き角度を検出する角度検出器とを含むことを特徴とするジンバル機構。
【請求項３】
一端が筐体に固定された弾性機構と、この弾性機構の他端に固着され前記弾性機構の曲げにより傾きが変化するジンバル筐体と、このジンバル筐体に力を加えて前記弾性機構の曲げの大きさを変化させる電磁機構と、この電磁機構の力により前記弾性機構が曲がって傾きが変化する方向の前記ジンバル筐体の傾き角度を検出する角度検出器と、前記電磁機構の力により前記弾性機構が曲がって傾きが変化する方向の前記ジンバル筐体の角速度を検出する角速度検出器とを含むことを特徴とするジンバル機構。
【請求項４】
一端が筐体に固定された弾性機構と、この弾性機構の他端に固着され前記弾性機構の曲げにより傾きが変化するジンバル筐体と、それぞれが前記ジンバル筐体に互いにほぼ直行する方向の力を加えて前記弾性機構のほぼ直行する方向の曲げの大きさを変化させる一対の電磁機構とを含むことを特徴とするジンバル機構。
【請求項５】
一端が筐体に固定された弾性機構と、この弾性機構の他端に固着され前記弾性機構の曲げにより傾きが変化するジンバル筐体と、それぞれが前記ジンバル筐体に互いにほぼ直行する方向の力を加えて前記弾性機構のほぼ直行する方向の曲げの大きさを変化させる一対の電磁機構と、この一対の電磁機構の力により前記弾性機構が曲がって傾きが変化するほぼ直行する方向それぞれの前記ジンバル筐体の傾き角度を検出する一対の角度検出器とを含むことを特徴とするジンバル機構。
【請求項６】
一端が筐体に固定された弾性機構と、この弾性機構の他端に固着され前記弾性機構の曲げにより傾きが変化するジンバル筐体と、それぞれが前記ジンバル筐体に互いにほぼ直行する方向の力を加えて前記弾性機構のほぼ直行する方向の曲げの大きさを変化させる一対の電磁機構と、この一対の電磁機構の力により前記弾性機構が曲がって傾きが変化するほぼ直行する方向それぞれの前記ジンバル筐体の傾き角度を検出する一対の角度検出器と、前記一対の電磁機構の力により前記弾性機構が曲がって傾きが変化するほぼ直行する方向それぞれの前記ジンバル筐体の角速度を検出する一対の角速度検出器とを含むことを特徴とするジンバル機構。
【請求項７】
一端が筐体に固定された弾性機構と、この弾性機構の他端に固着され前記弾性機構の曲げにより傾きが変化するジンバル筐体と、それぞれが前記ジンバル筐体に互いにほぼ直行する方向の力を加えて前記弾性機構のほぼ直行する方向の曲げの大きさを変化させる一対の電磁機構と、この一対の電磁機構の力により前記弾性機構が曲がって傾きが変化するほぼ直行する方向それぞれの前記ジンバル筐体の傾き角度を検出する一対の角度検出器と、前記一対の電磁機構の力により前記弾性機構が曲がって傾きが変化するほぼ直行する方向それぞれの前記ジンバル筐体の角速度を検出する一対の角速度検出器と、前記ジンバル筐体に固着された検知器とを含むことを特徴とするジンバル機構。
【請求項８】
前記弾性機構は、コイルばねであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のジンバル機構。
【請求項９】
前記弾性機構は、ゴムからなることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のジンバル機構。
【請求項１０】
前記弾性機構は、弾性を有する板から構成されることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のジンバル機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ジンバル機構に関し、特に撮像カメラ等の検知器の向きを可変にするためのジンバル機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来は一般的に、一軸のジンバル機構でも、可動側であるジンバル筐体の両側に同軸上に配置された２本のシャフトと、これら２本のシャフトを軸支するベアリングを固定側の筐体に設けていた。二軸のジンバル機構としては、例えば、特許文献１に示されたものがあり、直行する２本のシャフトそれぞれの両端が軸受けで軸支されている。
【０００３】
また、特許文献２には、このようなシャフトやベアリングを用いないジンバル機構が示されている。すなわち、本体とジンバルとの間にＯリングや板ばね等の弾性体を介在させ、ジンバルの４隅に配設されたジンバルを本体に取り付けるための取り付けねじの締め付け量を調整することによりジンバルのジンバルの傾き角度を調節するものである。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−６２０９３号広報の図３中のジンバル機構継手７３
【特許文献２】
実開昭５９−２０６５４の第２図
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のジンバル筐体にシャフト、筐体側にベアリングを備えるジンバル機構では、一軸の可動を構成するためにもシャフト２本、ベアリング２個が必要になり構成品が多くなるという問題があった。
【０００６】
また、特許文献２のような可動側と固定側の間に弾性体を介在させるジンバル機構では、取り付けねじの締め付け量を変えなければ可動側の傾き角度を変えることができないという問題があった。従って、ジンバル機構に取り付けた撮像カメラの向きを移動する対象物に従って自在に変えるようなことには、適用できなかった。
【０００７】
本発明の目的は、可動部となる部分を可動とする弾性機構を用いることで構成品を削減し、簡略化したジンバル機構を構成し、しかも可動部の向きを自在、迅速に変化させることができるジンバル機構を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明のジンバル機構は、一端が筐体（図１の７）に固定された弾性機構（図１の１）と、この弾性機構の他端に固着され前記弾性機構の曲げにより傾きが変化するジンバル筐体（図１の２）と、このジンバル筐体に力を加えて前記弾性機構の曲げの大きさを変化させる電磁機構（図１の３、４）とを含むことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明のジンバル機構は、一端が筐体（図１の７）に固定された弾性機構（図１の１）と、この弾性機構の他端に固着され前記弾性機構の曲げにより傾きが変化するジンバル筐体（図１の２）と、このジンバル筐体に力を加えて前記弾性機構の曲げの大きさを変化させる電磁機構（図１の３、４）と、この電磁機構の力により前記弾性機構が曲がって傾きが変化する方向の前記ジンバル筐体の傾き角度を検出する角度検出器（図１の５）とを含むことを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る発明のジンバル機構は、一端が筐体（図１の７）に固定された弾性機構（図１の１）と、この弾性機構の他端に固着され前記弾性機構の曲げにより傾きが変化するジンバル筐体（図１の２）と、このジンバル筐体に力を加えて前記弾性機構の曲げの大きさを変化させる電磁機構（図１の３、４）と、この電磁機構の力により前記弾性機構が曲がって傾きが変化する方向の前記ジンバル筐体の傾き角度を検出する角度検出器（図１の５）と、前記電磁機構の力により前記弾性機構が曲がって傾きが変化する方向の前記ジンバル筐体の角速度を検出する角速度検出器（図１の１０）とを含むことを特徴とする。
【００１１】
請求項４に係る発明のジンバル機構は、一端が筐体（図３の７）に固定された弾性機構（図３の１）と、この弾性機構の他端に固着され前記弾性機構の曲げにより傾きが変化するジンバル筐体（図３の２）と、それぞれが前記ジンバル筐体に互いにほぼ直行する方向の力を加えて前記弾性機構のほぼ直行する方向の曲げの大きさを変化させる一対の電磁機構（図３の３１、３２、４１、４２）とを含むことを特徴とする。
【００１２】
請求項５に係る発明のジンバル機構は、一端が筐体（図３の７）に固定された弾性機構（図３の１）と、この弾性機構の他端に固着され前記弾性機構の曲げにより傾きが変化するジンバル筐体（図３の２）と、それぞれが前記ジンバル筐体に互いにほぼ直行する方向の力を加えて前記弾性機構のほぼ直行する方向の曲げの大きさを変化させる一対の電磁機構（図３の３１、３２、４１、４２）と、この一対の電磁機構の力により前記弾性機構が曲がって傾きが変化するほぼ直行する方向それぞれの前記ジンバル筐体の傾き角度を検出する一対の角度検出器（図３の５１、５２）とを含むことを特徴とする。
【００１３】
請求項６に係る発明のジンバル機構は、一端が筐体（図３の７）に固定された弾性機構（図３の１）と、この弾性機構の他端に固着され前記弾性機構の曲げにより傾きが変化するジンバル筐体（図３の２）と、それぞれが前記ジンバル筐体に互いにほぼ直行する方向の力を加えて前記弾性機構のほぼ直行する方向の曲げの大きさを変化させる一対の電磁機構（図３の３１、３２、４１、４２）と、この一対の電磁機構の力により前記弾性機構が曲がって傾きが変化するほぼ直行する方向それぞれの前記ジンバル筐体の傾き角度を検出する一対の角度検出器（図３の５１、５２）と、前記一対の電磁機構の力により前記弾性機構が曲がって傾きが変化するほぼ直行する方向それぞれの前記ジンバル筐体の角速度を検出する一対の角速度検出器（図１の１０）とを含むことを特徴とする。
【００１４】
請求項７に係る発明のジンバル機構は、一端が筐体（図３の７）に固定された弾性機構（図３の１）と、この弾性機構の他端に固着され前記弾性機構の曲げにより傾きが変化するジンバル筐体（図３の２）と、それぞれが前記ジンバル筐体に互いにほぼ直行する方向の力を加えて前記弾性機構のほぼ直行する方向の曲げの大きさを変化させる一対の電磁機構（図３の３１、３２、４１、４２）と、この一対の電磁機構の力により前記弾性機構が曲がって傾きが変化するほぼ直行する方向それぞれの前記ジンバル筐体の傾き角度を検出する一対の角度検出器（図３の５１、５２）と、前記一対の電磁機構の力により前記弾性機構が曲がって傾きが変化するほぼ直行する方向それぞれの前記ジンバル筐体の角速度を検出する一対の角速度検出器（図１の１０）と、前記ジンバル筐体に固着された検知器（図３の９）とを含むことを特徴とする。
【００１５】
請求項８に係る発明は、請求項１〜７のいずれかに記載のジンバル機構であって、前記弾性機構は、コイルばねであることを特徴とする。
【００１６】
請求項９に係る発明は、請求項１〜７のいずれかに記載のジンバル機構であって、前記弾性機構は、ゴムからなることを特徴とする。
【００１７】
請求項１０に係る発明は、請求項１〜７のいずれかに記載のジンバル機構であって、前記弾性機構は、弾性を有する板から構成されることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
図１および図２は、それぞれ本発明の実施の形態のジンバル機構の側面図および正面図である。
【００２０】
本実施の形態のジンバル機構は、外筒８の奥に固定された筐体７に取り付けられた弾性機構１の先端にジンバル筐体２を取り付けた構造となっている。弾性機構１は、曲がることによりジンバル筐体２を上下方向に自由に移動可能とするためのものである。
【００２１】
ジンバル筐体２には、検知器９、マグネット３、角度検出器５および角速度検出器１０が取り付けられている。検知器９は、赤外線撮像カメラであり、外筒８の前方にある目標を撮像するためのものである。
【００２２】
ジンバル筐体２の上側の側面にはマグネット３が１個取り付けられ、外筒８の上側の内面のマグネット３に対向する位置にはコイル４が１個取り付けてある。マグネット３およびコイル４はジンバル筐体２を上下方向に移動させるためのものである。
【００２３】
マグネット３およびコイル４が取り付けられた位置から９０°ずれた位置のジンバル筐体２の右側面および外筒８の右側内面には１組の角度検出器５が取り付けられており、ジンバル筐体２の角度（弾性機構１の曲げによる外筒８の中心軸に対するジンバル筐体２の中心軸の角度）を検出する。
【００２４】
角度検出器５は、ＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ：位置検出素子）を使用し、ジンバル筐体２側には発光部を取り付け、外筒８側には受光部を取り付け、発光部の移動位置を受光部で検知し、ジンバル筐体２の上下方向の移動量を検知し、この移動量からジンバル筐体２の角度を換算する。
【００２５】
また、角速度検出器１０はジンバル筐体２が移動した時のジンバル筐体２の角速度を検出する。
【００２６】
以上の構成により角度検出器５の中心軸（外筒８の中心軸とマグネット３およびコイル４の中心軸と直行する軸）と平行な軸を中心とする１軸ジンバル６を構成する。
【００２７】
次に、図１および図２に示すジンバル機構の動作について、図を参照して説明する。
【００２８】
なお、検知器９及び角速度検出器１０の構成・動作については本発明には直接関係しないため詳細な説明は省略する。
【００２９】
検知器９により目標の画像をモニターに映し出すようにするが、例えば目標が視野外にある場合、目標を検知器９の視野内に入れるようジンバル筐体２の向きを変える必要がある。
【００３０】
ジンバル筐体２の向きの変更には、コイル４の極性およびレベルを変化させることによりジンバル筐体２に取り付けてあるマグネット３との間に働く吸引または反発する磁力を利用して行う。ジンバル筐体２は弾性機構１を介して筐体７に固定されているため、マグネット３とコイル４との間に働く磁力により弾性機構１が弾性的に曲がり、ジンバル筐体２の角度を自由に変化させることができる。
【００３１】
マグネット３とコイル４との磁力によりジンバル筐体２が移動してその角度が変化し、角度検出器５により変化した角度を検出する。ジンバル筐体２が移動することによりジンバル筐体２側に固定された角度検出器５の発光部の位置が変化し、外筒８側の角度検出器５の固定された受光部での発光部からの光の受光位置が変化し、その変移量が角度変化として検出される。
【００３２】
また、ジンバル筐体２には角速度検出器１０も搭載されているので、ジンバル筐体２が移動した時の角速度も検出することができる。角度検出器５及び角速度検出器１０からの出力信号を用いてコイルの極性及びレベルを変化させることでジンバル６の角度制御を行う。
【００３３】
コイル４には、図示しない電流の向きおよび大きさが可変な電源が接続され、この電源の電流を制御することにより、コイル４の極性および磁力のレベルを設定できる。例えば、図示しない目標角度設定用の制御用レバーに接続された制御部（図示略）に角度検出器５および角速度検出器１０の信号が入力され、この制御部がコイル４用の電源の電流を制御することにより、検知器９の角度が制御用レバーを用いて手動で設定する目標角度に追随するようにすることができる。また、検知器９の撮像カメラの撮像画像は、図示しないモニターに表示される。
【００３４】
なお、角速度検出器１０が無くても、角度検出器５の信号によりコイル４の電流を制御するようにして検知器９の向きを制御することもできる。
【００３５】
また、角速度検出器１０および角度検出器５のいずれもが無くても、外乱がない静態下であれば、コイル４の電流を制御レバー等を操作して変化させることにより、操作者の目的とする方向に検知器９の向きを自在に設定することもできる。例えば、検知器９の撮像カメラの撮像画像を操作者がモニターで見ながら、制御レバーを操作して目標対象物に検知器９が向くようにすることもできる。
【００３６】
図３は、本発明の他の実施の形態のジンバル機構の正面図である。
【００３７】
図１に示したジンバル機構は、コイル４−マグネット３、角度検出器５がそれぞれ一つの場合で１軸のみ可動するジンバル機構であったが、弾性機構１の可動の自由度は１軸のみではなく２軸とすることもできるので、図２に示すようにコイル４１−マグネット３１およびコイル４２−マグネット３２を互いに９０°ずらして２軸として設け、角度検出器５１および５２それぞれをコイル４１−マグネット３１およびコイル４２−マグネット３２それぞれから９０°ずれた位置に設け、また角速度検出器も対応して２軸にすることで２軸を可動するジンバル機構を構成することが可能となる（図３には、角速度検出器を図示略）。
【００３８】
本実施の形態のジンバル機構の弾性機構１、ジンバル機構２、筐体７、外筒８および検知器９は、図１に示すものと同一である。
【００３９】
図３において、ジンバル筐体２の上側面および左側面それぞれにマグネット３１および３２を取り付け、外筒８の上側および左側の内面のマグネット３１および３２それぞれが対向する位置にコイル４１および４２を取り付ける。
【００４０】
また、ジンバル筐体２の右側面および下側面それぞれに角度検出器５１および５２の発光部を取り付け、外筒８の右側および下側の内面の角度検出器５１および５２それぞれの発光部が対向する位置に角度検出器５１および５２の受光部を取り付ける。
【００４１】
コイル４１の駆動によりジンバル筐体２の上下方向の傾きを変化させ、コイル４２の駆動によりジンバル筐体２の左右方向の傾きを変化させ、コイル４１および４２の駆動によりジンバル筐体２の任意の方向の傾きを変化させることができる。
【００４２】
なお、弾性機構１としては、コイルばねを用いることができる。１本のコイルばねとしても、筐体７とジンバル筐体２との間に複数本のコイルばねを並列に配置して用いることもできる。
【００４３】
また、弾性機構１を弾性が有る材料からなる棒とすることもでき、例えばゴムの棒を用いることもできる。
【００４４】
また、１軸のジンバル機構では、弾性機構１としてジンバル筐体２が傾くときに回転中心となる軸と平行な平面を有する板ばねを用いることもできる。２軸のジンバル機構では、互いに直行する平面を直列に連結した板ばねを用いることができる。その他、板ばねを様々に曲げたものを用いることもできる。例えば、図４（ａ）および（ｂ）の平面図および側面図に示すように、十文字に切り抜いた板ばねの４本の腕部分それぞれを「くの字」に折り曲げ、対向する２本ずつの組を互いに反対に向けた板ばね１１を弾性機構１とし、取り付け面１２を筐体７に固定し、取り付け面１３にジンバル筐体２を固着するようにすることもできる。
【００４５】
また、電磁機構として、コイルをジンバル筐体に取り付け、マグネットを外筒に取り付けてもよい。また、ジンバル筐体の上面および下面にマグネットを取り付け、これらに対応して外筒８の上下の内面にコイルを取り付け、２組のコイル−マグネットでジンバル筐体を上下動させるようにしてもよい。左右方向においても同様である。
【００４６】
【発明の効果】
本発明のジンバル機構は、ジンバル可動部の構成部品となるシャフト、ベアリング等を削除することが可能となり、簡略したジンバル機構を構成することができる。
【００４７】
その理由は、ジンバルの可動部に自由度のある弾性機構を用いているためである。
【００４８】
また、ジンバル筐体の向きを迅速、容易に変化させることができる。
【００４９】
その理由は、ジンバル筐体をコイル−マグネットで移動させているためである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のジンバル機構の側面図である。
【図２】図１に示す実施の形態のジンバル機構の正面図である。
【図３】本発明の他の実施の形態のジンバル機構の正面図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）それぞれは、図１に示す弾性機構１の平面図および正面図である。
【符号の説明】
１    弾性機構
２    ジンバル機構
３、３１、３２    マグネット
４、４１、４２    コイル
５、５１、５２    角度検出器
６    ジンバル
７    筐体
８    外筒
９    検知器
１０    角速度検出器
１１    板ばね
１２    取り付け面
１３    取り付け面
【図１】
2004355090.tif 000003
【図２】
2004355090.tif 000004
【図３】
2004355090.tif 000005
【図４】
2004355090.tif 000006