JP2006085530A

JP2006085530A - 防振装置および変位検出装置

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Publication number: JP2006085530A
Application number: JP2004271025A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Omizu; 守大水; Katsuhide Suzuki; 克英鈴木
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2004-09-17
Filing date: 2004-09-17
Publication date: 2006-03-30
Anticipated expiration: 2024-09-17
Also published as: JP4335772B2

Abstract

【課題】機体に取り付けられた機器が受ける振動を緩衝させる防振装置に関し、能動的に、より広い周波数領域の振動を抑制させる。
【解決手段】第１の部材２０の内部に第１の部材２０に対して変位可能に第２の部材３１、４１が設けられ第１の部材２０から第２の部材３１、４１にかかる振動を緩衝する防振装置１において、緩衝手段３０、４０が第１の部材２０に対する第２の部材３１、４１の振動を吸収する。複数の１次元変位センサ４４が互いに非平行に第１の部材２０と第２の部材３１、４１との間に取り付けられ第１の部材２０に対する第２の部材３１、４１の変位に応じた１次元変位量を出力する。算出手段が１次元変位センサ４４の出力に基づいて第１の部材２０に対する第２の部材３１、４１の変位を算出する。駆動手段８１が算出手段によって算出された第２の部材の変位に基づいてその変位量を減少させる方向に第１の部材２０あるいは第２の部材３１、４１を駆動する。
【選択図】図１

Description

本発明は、搭載する機器等に伝わる振動を減衰させると共に機器の変位を検出する防振装置、および変位検出装置に関する。

航空機や船舶等の、機体に搭載されるカメラ等の機器は、機体の飛行・航行等によって振動を受けるため、搭載される機器に伝わる振動を緩衝し、機器を支持するための防振機構が備えられる。

図１１は、従来技術にかかる防振機構の一例を示す図である。例えばカメラが、窓８を有するカメラスタビライザ６内に、窓８を通して撮影等可能なように搭載される。カメラ等の支持部には、既製の防振マウント４が使用される。この防振マウント４は、単独で直交する３軸方向に関し、等方的に振動を緩衝させる特性を備えるよう構成されている。防振マウント４自身で等方特性を備えることを利用して、例えば４個の防振マウント４が、カメラ等の被防振体の重心を含んだ平面内においては対称に配置される。なお、図１１においては、４個の防振マウント４のうち、図面手前方向および奥の防振マウント４については省略されている。

他の構造を備えた、特許文献１に記載の安定化支持台装置では、搭載される機器等（ペイロード）を支持する内側ジンバル、内側ジンバルをはめ込む弾力シェル（中空シェル）および容量性角度センサ列を含んで構成される（例えば、特許文献１）。容量性角度センサ列は、弾力シェルに対する内側ジンバルの、縦揺れ軸、横揺れ軸および片揺れ軸回りの運動についての角度変位量を検出する。

被防振体は、機体から受ける高周波領域の振動の他にも、例えば機体に搭載されたカメラが視軸方向を変更する際にも低周波領域の振動を受ける。防振機構は、より広い周波数領域の振動に対して、十分に防振の機能が作用することが要求されている。
特開平１１−２２３５２８号公報（要約、図１、００２４段落）

図１１の防振マウント４は、それ自身は等方特性を備えているものの、カメラ等の重心を含んだ平面内において複数の防振マウント４が対称な位置関係にあるのみであるため、カメラ等が受ける振動を３次元に関し等方向的に緩衝させることはできなかった。

また、特許文献１に記載の安定化支持台装置は、弾力シェルに対する内側ジンバルの角度変位を容量性角度センサによって測定しているが、被防振体が受ける振動を３軸方向について等方向的に緩衝させる機構は備えていなかった。また、外側ジンバルからの姿勢角度変位および並進変位を検出する機能は備えていなかった。

カメラ等に伝わる振動を緩衝させる際には、例えば機体のエンジン等から伝わる高周波領域の振動に加えて、カメラが視軸を変えるとき等に伝わる低周波領域の振動も緩衝させられることが好ましい。さらに、カメラ等にかかる振動を緩衝させる機構に加え、カメラ等の変位を能動的に減少させる機構を備えていることが好ましい。

本発明は、機体に取り付けられた機器に対して機体からかかる振動を緩衝させる防振装置に関し、能動的に振動を減少させ、より広い周波数領域の振動を抑制させる機構を備えた防振装置、および能動的に振動を減少させるために用いられる変位検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を解決するために、本発明の防振装置は、第１の部材の内部に該第１の部材に対して変位可能に第２の部材が設けられ、該第１の部材から該第２の部材にかかる振動を緩衝する防振装置において、前記第１の部材に対する前記第２の部材の振動を吸収する緩衝手段と、互いに非平行に前記第１の部材と前記第２の部材との間に取り付けられ、それぞれが該第１の部材に対する該第２の部材の姿勢角度変位および並進変位に応じた１次元変位量を出力する複数の１次元変位センサと、前記複数の１次元変位センサの出力に基づいて、前記第１の部材に対する前記第２の部材の姿勢角度変位および並進変位を算出する算出手段と、前記算出手段によって算出された前記第２の部材の姿勢角度変位および並進変位に基づいて、それらの変位量を減少させる方向に前記第１の部材あるいは該第２の部材を駆動する駆動手段とを備えた構成とされる。

簡易な構造を備えた複数の１次元センサを、互いに非平行に第１の部材と第２の部材との間に配置する。それぞれの１次元センサの１次元変位量を表す出力値を用いて、第１の部材に対する第２の部材の相対的な姿勢角度変位および並進変位を算出する。振動、すなわち第１の部材に対する第２の部材の姿勢角度変位および並進変位を能動的に減少させる際に、得られた算出結果を使用することができる。

複数の１次元センサは、６個備えることが好ましい。さらに駆動手段を備え、算出手段が算出した姿勢角度変位および並進変位を減少させる方向に第１の部材あるいは第２の部材を駆動し、低周波領域の振動を能動的に緩衝させることとしてもよい。また、第１の部材は防振装置を支持するベースに対して回転可能で、第２の部材は第１の部材に対して回転可能であり、駆動手段は、第１の部材および第２の部材を回転させるモータであることとしてもよい。

また、上記目的を解決するために、本発明の変位検出装置は、第１の部材の内部に該第１の部材に対して変位可能に第２の部材が設けられ、該第１の部材に対する該第２の部材の変位を検出する変位検出装置であって、互いに非平行に前記第１の部材と第２の部材との間に取り付けられ、それぞれが該第１の部材に対する該第２の部材の姿勢角度変位および並進変位に応じた１次元変位量を検出する複数の１次元変位センサと、上記複数の次元変位センサの出力に基づいて、前記第１の部材に対する前記第２の部材の姿勢角度変位および並進変位を算出する算出手段とを備えた構成とされる。

簡易な構造を備えた複数の１次元センサを、互いに非平行に第１の部材と第２の部材との間に配置する。それぞれの１次元センサの１次元変位量を表す出力値を用いて、第１の部材に対する第２の部材の相対的な姿勢角度変位および並進変位を算出する。第１の部材に対する第２の部材の姿勢角度変位および並進変位を能動的に減少させる際に、得られた算出結果を使用することができる。

本発明の防振装置によれば、簡易な構造を備えた１次元変位センサを複数非平行に配置し、複数の１次元センサの変位から第１の部材に対する第２の部材の姿勢角変位および並進変位を算出する。このため、防振装置の構造およびその製作をより簡略化することができる。さらに、本発明の防振装置によれば、緩衝手段で高周波領域の振動を吸収し、緩衝手段で吸収しきれない低周波領域の振動については、１次元センサの出力から算出した第１の部材に対する第２の部材の姿勢角変位および並進変位に基づいて、駆動手段によってフィードバックする。このため、より広い周波数領域の振動を低減させることが可能とされる。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は本発明に係る防振装置の側面図である。防振装置１は、例えば飛行機、船舶等の機体であるベース１０に取り付けられ、防振装置１に搭載されたカメラ６０が受ける振動を緩衝させる。防振装置１は、ベース１０に対してアジマス軸ＡＺおよびエレベーション軸ＥＬを中心として回転自在にベース１０に取り付けられたジンバル（第１の部材）２０、カメラ６０がジンバル２０から受ける振動を緩衝させる防振モジュール３０、４０および防振モジュール３０、４０の間でカメラ６０を支持する支持機構５０から構成される。図１において、図面の手前方向をｘ軸方向、エレベーション軸ＥＬ方向で同図左向きをｙ軸方向、アジマス軸ＡＺ方向で同図下向きをｚ軸方向とする。なお、ｘｙｚ座標系は、カメラ６０および支持機構５０を含んだカメラ組立体全体の重心Ｇを原点とする。

ジンバル２０は、ベース１０に取り付けられて、アジマス軸ＡＺ周りに回転自在なアジマス機構２１を備えたアウタジンバル２２、アウタジンバル２２に取り付けられて、エレベーション軸ＥＬ周りに回転自在なエレベーション機構２３を備えたインナジンバル２４およびボルト等によりインナジンバル２４に固定された取り付けプレート２５、２６から構成される。取り付けプレート２５、２６は、エレベーション軸ＥＬに関し対向するように取り付けられ、同軸を中心に回転する。アジマス機構２１は、図１では不図示の内蔵されたモータ等によりアジマス軸ＡＺを中心に回転し、エレベーション機構２３は、図１では不図示の内蔵されたモータ等によりエレベーション軸ＥＬを中心に回転する。

図２（ａ）は、本実施形態に係る防振モジュール４０をｘｙ面から見た図、同図（ｂ）は防振モジュール４０をｘｚ面から見た図である。防振モジュール３０、４０は、インナジンバル２４の内側に設けられる。エレベーション軸ＥＬに関してベース１０側を防振モジュール３０、カメラ６０を介して防振モジュール３０と対向する側を防振モジュール４０とする。

防振モジュール３０は、カメラ６０を支持する支持部材５０の変位に伴い変位するリアクション部３１、ジンバル２０の振動を緩衝させる防振要素ストラット（緩衝手段）３２およびダッシュポット（エアダンパ）（緩衝手段）３３から構成される。リアクション部３１は、図１および図２に示されるように、ｘｙ面に広がりを有する板状の部材である。例えば本実施形態においては、６個の防振要素ストラット３２、３個のダッシュポット３３が用いられ、それぞれ長手方向の一端をリアクション部３１に、他端を取り付けプレート２５に取り付けられる。

互いに隣接して配置される２つの防振要素ストラット同士を、防振要素ストラット対とすると、図２のように、３組の防振要素ストラット対が、アジマス軸ＡＺ（ｚ軸）に関し互いに１２０°回転対称に配置される。１対の防振要素ストラット対を構成する２個の防振要素ストラット３２は、互いにｚ軸を含む一の面に関し対称に配置される。図２で、防振要素ストラット３２と、アジマス軸ＡＺ（ｚ軸）からその防振要素ストラット３２の一方の取り付け点へと伸びる直線とのなす角度α１は、例えば約７５°である。

３個のダッシュポット３３についても同様に、アジマス軸ＡＺ（ｚ軸）に関し互いに１２０°回転対称に配置される。図２で、ダッシュポット３３の長手中心軸線と、アジマス軸ＡＺ（ｚ軸）から防振要素ストラット３２の一方の取り付け点へと伸びる直線とのなす角度α２は、例えば約２５°である。ダッシュポット３３は、防振要素ストラット３２とα２の関係を満たすように配置される。

防振モジュール４０は、リアクション部４１、６個の防振要素ストラット４２、３個のダッシュポット４３、および１次元センサである６個の変位センサ（ＬＶＤＴ、ｌｉｎｅａｒｖａｒｉａｂｌｅ−ｄｉｆｆｅｎｔｉａｌｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）（１次元変位センサ）４４から構成される。リアクション部４１は、リアクション部３１と対をなし、リアクション部３１と同様にｘｙ面上に広がりを有する板状の部材である。３組の防振要素ストラット対および３個のダッシュポット４３は、それぞれ上記の角度α１、α２を満たし、かつアジマス軸ＡＺ（ｚ軸）に関し互いに１２０°回転対称に配置される。防振要素ストラット４２およびダッシュポット４３は、それぞれ長手方向の一端をリアクション部４１に、他端を取り付けプレート２６に取り付けられる。６個の変位センサ４４は、長手方向の一端をリアクション部４１に、他端を取り付けプレート２６に取り付けられる。変位センサ４４は、防振要素ストラット４２やダッシュポット４３の配置に影響しないよう、かつ６個が互いに非平行な位置関係を満たすように配置される。

防振モジュール３０、４０の各防振要素ストラットとリアクション部とは、ジンバル２０から受ける外力が０のとき、θ１＝３５．２６°をなすように配置されるのが好ましい。ダッシュポットについても同様に、ジンバル２０から受ける外力が０のとき、各ダッシュポットとリアクション部とがθ２＝３５．２６°をなすように配置されるのが好ましい。防振要素ストラット、ダッシュポットがそれぞれリアクション部となす角度θ１、θ２については後述する。

支持機構（第２の部材）５０は、支柱５１、カメラ６０を本実施形態に係る防振装置に取り付けるための取り付け支持フレーム５２および球面軸受５３を含んで構成される。支柱５１は、その長手方向がアジマス軸ＡＺと一致するように配置され、両端が一対のリアクション部３１、４１に取り付けられて固定され、リアクション部３１、４１と共に変位する。アジマス軸ＡＺ方向に関し中央には、先述のカメラ組立体の重心Ｇに配置される球面軸受５３を介して、取り付け支持フレーム５２が固定される。取り付け支持フレーム５２には被防振体であるカメラ６０が取り付けられる。球面軸受５３は、その中心をアジマス軸ＡＺおよびエレベーション軸ＥＬが通る位置に設けられ、アジマス機構２１やエレベーション機構２３からの動作がカメラ６０に伝わり、カメラ６０が自在に回転できるように設けられる。取り付け支持フレーム５２に固定されたカメラ６０は、支柱５１を固定するリアクション部３１、４１の変位に伴って自らも変位する。リアクション部の変位量は、６個の変位センサ４４より算出される。

図３は、本実施形態に係る防振要素ストラットの構造を説明する図である。防振モジュール４０の防振要素ストラット４２を例に取ると、コイルばね７４が伸縮する方向を長手方向として、その両端に球面ジョイント７２を介して一端を取り付けプレート２６に、他端をリアクション部４１に、取り付け金具７３により取り付けられる。

図４は、本実施形態に係るダッシュポットの構造を説明する図である。防振モジュール４０のダッシュポット４３を例に取ると、ロッド７５が伸縮し、ロッド７５の長手方向の両端に球面ジョイント７２を介して一端を取り付けプレート２６に、他端をリアクション部４１に、取り付け金具７３により取り付けられる。防振モジュールの振動、すなわち防振モジュールの受ける力は、ダッシュポットにより吸収され、さらに、防振要素ストラットにより弾性的に緩衝される。

図５は、本実施形態に係る変位センサ４４の構造を説明する図である。可動部のロッド７１が長手方向に移動し、その長手方向の両端に球面ジョイント７２を備える。球面ジョイント７２を介して、一端をインナジンバル２４の取り付けプレート２６に、他端をリアクション部４１に取り付け金具７３によって取り付けられる。ロッド７１の変位量は、変位量に比例する電圧等の電気信号に変換されて出力される。

防振モジュール３０および防振モジュール４０の内部にそれぞれ６個ずつ取り付けられる防振要素ストラット３２、４２は、図１のカメラ組立体の重心Ｇに関して、並進の剛性が各々等しくなるような位置および向きを考慮して配置される。すなわち、図１に示されるカメラ組立体の重心Ｇを原点とする座標系（ｘ、ｙ、ｚ）に関し、防振要素ストラット３２、４２の向きを、図３のコイルばね７４の長手中心軸線方向によって表すと、図２（ａ）、（ｂ）のように配置される。

図６および図７を参照して、防振要素ストラットの配置される角度についてさらに詳細に説明する。図６は、ｙ軸方向についての防振要素ストラットの運動方程式について説明する図であり、図７は、防振要素ストラットの変位による長さの変化を幾何学的に説明する図である。ここで、まず、ｘｙ平面内でΔｙだけリアクション部４１が変位した場合の防振要素ストラットにかかる張力を考える。変位前のリアクション部４１のｙ軸方向に関する座標をｙとすると、図６に示されるように、変位後の位置座標はｙ＋Δｙとなる。このとき、ある防振要素ストラットの初期長さｌ_０からの伸びΔｌを、微小な２乗以上は無視することとして、幾何学関係より計算する。

１個の防振要素ストラットにかかる張力Ｔは、以下の式で表される。
Ｔ＝ｋ_０・Δｌ・方向余弦（各座標軸方向）（１）
なお、防振要素ストラットの一本の伸びΔｌは例をあげると、図７より、
Δｌ＝−ｃｏｓθ１・ｃｏｓ（α１−６０）・Δｙ（２）
などと表される。なお、θ１は、系の静止時における防振要素ストラットとリアクション部とのなす角度である。

（１）式および（２）式より、防振要素ストラットにかかる張力Ｔに関し、１２個の防振要素ストラットにかかる張力について各座標軸方向成分を足し合わせることで、全復元力が得られる。防振要素ストラットは、先述のとおりアジマス軸ＡＺに関して１２０°回転対称に配置されていることから、全復元力は図６の防振要素ストラットの角度α１によらない。これより、リアクション部の微小振動時における系の運動方程式は、以下のように表される。

各並進の剛性を等しくするため、ｘ、ｙおよびｚ軸各方向について、ばね定数Ｋ_ｘ、Ｋ_ｙおよびＫ_ｚを等しいとする。防振要素ストラットは、アジマス軸ＡＺに関し１２０°回転対称に配置されているため、全て同じばね定数を有する防振要素ストラットから構成されており、かつ、防振要素ストラットの長手軸方向のばね定数をｋ_０とすると、

が成り立つ。Ｋ_ｘ＝Ｋ_ｙ＝Ｋ_ｚより、θ１＝３５．２６°が得られる。
同様に、防振モジュール３０および４０にそれぞれ３個ずつ配置されたダッシュポット３３、４３についても、アジマス軸ＡＺ方向に関し１２０°回転対称に配置されていることから、ダッシュポットの減衰係数（ダンパ係数）をｃ_０とすると、防振要素ストラットの場合と同様に、

となり、ダッシュポット角度α２によらず、θ２＝３５．２６°が得られる。
以上説明したように、防振モジュール内の防振要素ストラットおよびダッシュポットを上記の角度条件を満たすように配置した後、防振要素ストラットやダッシュポットと干渉しない位置に、変位センサをパラレルリンク状に組み込む。ここで、パラレルリンク状とは、６個の変位センサがそれぞれ並列に動作し、６個の変位センサによって一の動作が決定される態様をさす。組み込まれた変位センサの出力、すなわち各リンク長から、リアクション部の姿勢角度変位および並進変位を算出する。本実施形態に係る変位センサにて１次元の変位を検出し、各変位センサの変位からリアクション部の変位を求める方法について、図８、図９を用いて詳細に説明する。

図８は、リアクション部の変位を検出する機構について説明する図である。図８において、支柱５１、リアクション部４１、インナジンバル２４に取り付けられた取り付けプレート２６および６個の変位センサ４４ａ、４４ｂ、……、４４ｆが示される。６個の変位センサは、互いに非平行に配置される。

図９は、リアクション部の変位を検出する機構の座標系の定義を説明する図である。防振装置１の中心、すなわち支柱５１の球面軸受５３が取り付けられる位置を原点とする座標系を^ｅｘ^ｅｙ^ｅｚ系とし、ジンバル２０、すなわち取り付けプレート２６の中心を原点とする座標系を^ｏｘ^ｏｙ^ｏｚ系とする。

取り付けプレート２６とリアクション部４１とは、６個の変位センサ４４ａ、４４ｂ、……、４４ｆで結合（リンク）されている。この６つのリンクを、ｌ_ｉ＝１、２、……６と表すことにする。このとき、一のリンクｌ_ｉに関し、^ｅｘ^ｅｙ^ｅｚ座標系におけるリアクション部４１との交点の座標をＡ_ｉ（^ｅｘ_ａｉ、^ｅｙ_ａｉ、^ｅｚ_ａｉ）とし、^ｏｘ^ｏｙ^ｏｚ座標系における取り付けプレート２６との交点の座標をＢ_ｉ（^ｏｘ_ｂｉ、^ｏｙ_ｂｉ、^ｏｚ_ｂｉ）と定義する。また、リアクション部４１は、取り付けプレート２６、すなわちジンバル２０を中心として^ｏｘ、^ｏｙ、^ｏｚ軸回りにそれぞれα、β、γ回転した姿勢をとっているものとする。このとき、球面軸受５３の位置、すなわち図９の原点Ｏを中心として^ｏｘ、^ｏｙ、^ｏｚ軸回りにそれぞれα、β、γ回転させる回転行列をＲ（α、β、γ）とする。

図８より、リンクの長さ｜ｌ_ｉ｜（＝｜Ａ_ｉＢ_ｉ｜）は、幾何学的拘束条件より、（６）式が成り立つ。

ここで、Ｒは回転行列の積であり正規直交行列であることから、行列Ｒの転置行列をＲ^Ｔとすると、

である。よって、（７）式を用いて（６）式を整理すると、以下の（８）式を得る。

次に、^ｅｘ^ｅｙ^ｅｚ座標系における点Ａ_ｉを表すベクトルおよび^ｏｘ^ｏｙ^ｏｚ座標系における点Ｂ_ｉを表すベクトルを、それぞれ以下の（９）、（１０）のように定義する。

さらにベクトル

について（１１）式のように定義する。なお、ｘ_１、…ｘ_６は、それぞれが求めるリアクション部４１の姿勢角度変位および並進変位を表す。

（９）、（１０）および（１１）より（８）式を展開し、以下の（１２）式を得る。

（１２）式は、（１１）のベクトル

についての連立方程式と見ることができる。各リンクの長さｌ_ｉ＝１、…、６から、

の各要素について求めることで、姿勢角変位量および並進変位量が求められる。しかし、（１２）式は多変数の非線形連立方程式であり、解析解を求めることができない。そこで、ニュートン・ラプソン（Ｎｅｗｔｏｎ−Ｒａｐｓｏｎ）法を多変数の場合に拡張し、これを用いて数値解を得る。

（１２）式はｉ＝１、…、６についての６つの方程式を表しているので、（１２）式の左辺をまとめて

とする。
多変数用に拡張したニュートン・ラプソン法では、例えばｘ_ｉ＝０あるいは０．０１等を初期値として、以下の（１４）式により、解が収束するまで繰り返し計算する。

ただし、Ｊ_ｘ ^−１は、

の

に関する偏微分である、次式により定義される行列Ｊ_ｘの逆行列である。

６個の変位センサ４４が各々変位することでリアクション部４１の変位が検出される。リアクション部３１の姿勢角変位量および並進変位量である

が、（１４）、（１５）より求められる。得られた姿勢角変位量および並進変位量を空間安定化制御にフィードバックさせることで、防振要素ストラットやダッシュポットを備えた防振モジュールのみでは抑制しきれないような低周波領域における振動をも抑制することができる。

なお、上記実施形態においては６個の変位センサが防振モジュール４０に取り付けられることとしたが、これに限られない。支持機構５０を介してエレベーション軸ＥＬに関して対向するように取り付けられた防振モジュール３０と４０とで合計６個以上の変位センサが取り付けられていれば、（１１）の６個の解が得られる。６個のうち例えば３個を防振モジュール３０に、残りの３個を防振モジュール４０に取り付ける場合等でも、同様に６個の解を得、空間安定化制御にフィードバックさせることができる。

図１０は、リアクション部材の変位を減少させる、フィードバック制御システムのブロック図である。フィードバック制御システムは、フィードバックコントローラ８１およびフィードバックコントローラ８１からの命令に基づいて変位する防振装置１とから構成される。フィードバックコントローラ８１は、例えばコンピュータのＣＰＵで構成されている。防振装置１は、インナジンバル２４、アウタジンバル２２、アジマス機構２１およびエレベーション機構２３を含む機構・構造部８２のほか、機構・構造部８２を駆動するモータドライバ８５、角速度検出部８３、１次元変位センサからの出力に基づいて姿勢角変位および並進変位を算出する角度検出部８４および角速度を積分して各方向についての角度成分を算出する積分回路８６を含んで構成される。角速度検出部８３としては、例えば動的に調整したジャイロ（ＤＴＧ、ｄｙｎａｍｉｃａｌｌｙｔｕｎｅｄｇｙｒｏ）等が用いられる。角速度検出部８３は、角速度を検出するために設けられ、本発明に直接関与する構成ではないので、詳細については割愛する。

カメラ６０の視軸の変更等、角度指令を機体側等から受けると、フィードバックコントローラ８１は、防振装置１に命令を出す。命令を受けた防振装置１では、モータドライバが、機構・構造部８２のモータを駆動する制御命令を出し、アウタジンバル２２、インナジンバル２４、アジマス機構２１、エレベーション機構２３等を変位させる。その際に生じたリアクション部の変位を１次元変位センサによって検出し、検出値を角度検出部８４に与える。角度検出部８４で上記のニュートン・ラプソン法によってリアクション部の姿勢角変位および並進変位を算出し、算出結果をフィードバックコントローラ８１に与える。フィードバックコントローラ８２は、角度指令と角度検出部８４の算出結果とに基づいて、機構・構造部８２の回転角度等を計算する。計算結果に基づいて、変位を打ち消す方向に各モータを駆動させるよう防振装置１に命令し、振動を抑制する。姿勢角変位については、例えばアジマス機構２１やエレベーション機構２３をそれぞれアジマス軸ＡＺ、エレベーション軸ＥＬ周りに回転させる。並進変位については、例えばカメラ６０の電荷結合素子（ＣＣＤ）を用いて、算出された並進変位に相当する分、変位を減少させる方向に画素をずらす等により、振動がカメラ６０により撮影された映像に与える影響を抑える。

フィードバック制御は、例えば１［ｍｓ］ごとに行われる。先の説明では、ニュートン・ラプソン法を用いて機構・構造部８２の姿勢角変位および並進変位を求める際に初期値としてｘ_ｉ＝０あるいはｘ_ｉ＝０．０１（ｉ＝１、…、６）等、ゼロに近い値を使用したが、例えば１［ｍｓ］ごとに変位量を求めてフィードバックする場合は、１［ｍｓ］前に得られた解ｘ_ｉ（ｉ＝１、…、６）の位置を初期値として解を得る。

以上説明したように、本実施形態の防振装置によれば、簡易な構造の１次元変位センサを複数個、非平行に配置してジンバルに対するリアクション部の姿勢角変位および並進変位を算出する。このため、防振装置の構造およびその製作をより簡略化することができる。また、防振要素ストラットやダッシュポットで高周波領域の振動を吸収し、吸収しきれない低周波領域の振動については、１次元センサの出力から算出した姿勢角変位および並進変位に基づいてフィードバックする。このため、より広い周波数領域の振動を低減させることが可能とされる。

なお、上記実施形態における防振モジュールの構成に関しては、これに限られない。防振モジュールを構成する防振要素ストラットやダッシュポットの数、長さ、取り付けの位置・姿勢（角度）、強さ（防振要素ストラットのばね定数やダッシュポットのダンパ係数）等は、適用対象、使用目的等に応じて適宜設定される。例えば、必ずしもアジマス軸に関し１２０°回転対称な配置に限定されず、３軸方向に等方的に振動を緩衝させる構造を取れば、本発明に含まれる。変位センサに関しても同様に、その数、長さ、取り付け位置・姿勢等は、適用対象、使用目的等に応じて適宜設定される。変位センサは、上記実施形態においては、アジマス軸に関し１２０°回転対称に配置されているが、これに限定されるものではない。

また、上記実施形態においては、被防振体としてカメラを挙げて説明したが、これに限られない。例えばアンテナ等、防振対策を必要とする各種の機器についても、当然に適用可能である。

（付記１）
第１の部材の内部に該第１の部材に対して変位可能に第２の部材が設けられ、該第１の部材から該第２の部材にかかる振動を緩衝する防振装置において、
前記第１の部材に対する前記第２の部材の振動を吸収する緩衝手段と、
互いに非平行に前記第１の部材と前記第２の部材との間に取り付けられ、それぞれが該第１の部材に対する該第２の部材の姿勢角度変位および並進変位に応じた１次元変位量を出力する複数の１次元変位センサと、
前記複数の１次元変位センサの出力に基づいて、前記第１の部材に対する前記第２の部材の姿勢角度変位および並進変位を算出する算出手段と、
前記算出手段によって算出された前記第２の部材の姿勢角度変位および並進変位に基づいて、それらの変位量を減少させる方向に前記第１の部材あるいは該第２の部材を駆動する駆動手段と
を備えたことを特徴とする防振装置。

（付記２）
前記複数の１次元変位センサは、互いに非平行に配設される６個の１次元変位センサである
ことを特徴とする付記１に記載の防振装置。

（付記３）
前記第２の部材は、前記第１の部材に対向する一対のリアクション部を備え、
前記６個の１次元変位センサは、前記一対のリアクション部のうちの一方に取り付けられる
ことを特徴とする付記２に記載の防振装置。

（付記４）
前記第２の部材は、前記第１の部材に対向する一対のリアクション部を備え、
前記６個の１次元変位センサのうちの３個が、前記一対のリアクション部のうちの一方に取り付けられ、残りの３個が他方のリアクション部に取り付けられる
ことを特徴とする付記２に記載の防振装置。

（付記５）
前記算出手段は、ニュートン・ラプソン法を使用して、前記複数の１次元変位センサがそれぞれ検出する１次元変位量から前記第２の部材の姿勢角度変位および並進変位を算出する
ことを特徴とする付記１から４のいずれか１つに記載の防振装置。

（付記６）
前記第１の部材は、前記防振装置を支持するベースに対して第１の軸の周りに回転可能であり、
前記第２の部材は、前記第１の部材に対して、前記第１の軸とは異なる第２の軸の周りに回転可能であり、
前記駆動手段は、前記ベースに対して前記第１の部材を回転させるモータおよび該第１の部材に対して前記第２の部材を回転させるモータである
ことを特徴とする付記５に記載の防振装置。

（付記７）
前記第１の部材は、前記ベースに対してアジマス軸周りに回転可能である
ことを特徴とする付記６に記載の防振装置。

（付記８）
第１の部材の内部に該第１の部材に対して変位可能に第２の部材が設けられ、該第１の部材に対する該第２の部材の変位を検出する変位検出装置であって、
互いに非平行に前記第１の部材と第２の部材との間に取り付けられ、それぞれが該第１の部材に対する該第２の部材の姿勢角度変位および並進変位に応じた１次元変位量を検出する複数の１次元変位センサと、
上記複数の次元変位センサの出力に基づいて、前記第１の部材に対する前記第２の部材の姿勢角度変位および並進変位を算出する算出手段と
を備えたことを特徴とする変位検出装置。

（付記９）
互いに直交するアジマス軸およびエレベーション軸を有する２軸ジンバルと、該２軸ジンバルにより前記アジマス軸および前記エレベーション軸を中心に回動可能に保持される部材と、を備える機器に適用され、前記２軸ジンバルから前記部材へと伝達される振動を減衰させる防振装置において、
前記部材の重心を原点とする３軸方向に等方性を有するように前記２軸ジンバルと前記部材との間に組み込まれ、前記２軸ジンバルから前記部材へと伝達される振動を吸収する緩衝手段と、
前記２軸ジンバルと前記部材との間の互いに異なる箇所にそれぞれ配置され、前記２軸ジンバルに対する前記部材の変位を、それぞれの１次元変位として検出する複数の１次元変位センサと、
該複数の１次元変位センサの出力に基づき、前記２軸ジンバルに対する前記部材の変位を打ち消す方向に前記２軸ジンバルによる前記部材の回動制御を行う制御手段と、
を備えたことを特徴とする防振装置。

本発明に係る防振装置の側面図である。実施形態１に係る防振モジュールをｘｙ面、ｘｚ面から見た図である。本実施形態に係る防振要素ストラットの構造を説明する図である。本実施形態に係るダッシュポットの構造を説明する図である。本実施形態に係る変位センサの構造を説明する図である。ｙ軸方向についての防振要素ストラットの運動方程式について説明する図である。防振要素ストラットの変位による長さの変化を幾何学的に説明する図である。本実施形態に係るリアクション部の変位を検出する機構について説明する図である。リアクション部の変位を検出する機構の座標系の定義を説明する図である。本実施形態に係るフィードバック制御システムのブロック図である。従来技術に係る防振機構の一例を示す図である。

符号の説明

１防振装置
３０防振モジュール
３１リアクション部
３２防振要素ストラット
３３ダッシュポット
４０防塵モジュール
４１リアクション部
４２防振要素ストラット
４３ダッシュポット
４４変位センサ
６０カメラ

Claims

第１の部材の内部に該第１の部材に対して変位可能に第２の部材が設けられ、該第１の部材から該第２の部材にかかる振動を緩衝する防振装置において、
前記第１の部材に対する前記第２の部材の振動を吸収する緩衝手段と、
互いに非平行に前記第１の部材と前記第２の部材との間に取り付けられ、それぞれが該第１の部材に対する該第２の部材の姿勢角度変位および並進変位に応じた１次元変位量を出力する複数の１次元変位センサと、
前記複数の１次元変位センサの出力に基づいて、前記第１の部材に対する前記第２の部材の姿勢角度変位および並進変位を算出する算出手段と、
前記算出手段によって算出された前記第２の部材の姿勢角度変位および並進変位に基づいて、それらの変位量を減少させる方向に前記第１の部材あるいは該第２の部材を駆動する駆動手段と
を備えたことを特徴とする防振装置。
前記複数の１次元変位センサは、互いに非平行に配設される６個の１次元変位センサである
ことを特徴とする請求項１に記載の防振装置。
前記算出手段は、ニュートン・ラプソン法を使用して、前記複数の１次元変位センサがそれぞれ検出する１次元変位量から前記第２の部材の姿勢角度変位および並進変位を算出する
ことを特徴とする請求項２に記載の防振装置。
前記第１の部材は、前記防振装置を支持するベースに対して第１の軸の周りに回転可能であり、
前記第２の部材は、前記第１の部材に対して、前記第１の軸とは異なる第２の軸の周りに回転可能であり、
前記駆動手段は、前記ベースに対して前記第１の部材を回転させるモータおよび該第１の部材に対して前記第２の部材を回転させるモータである
ことを特徴とする請求項３に記載の防振装置。
第１の部材の内部に該第１の部材に対して変位可能に第２の部材が設けられ、該第１の部材に対する該第２の部材の変位を検出する変位検出装置であって、
互いに非平行に前記第１の部材と第２の部材との間に取り付けられ、それぞれが該第１の部材に対する該第２の部材の姿勢角度変位および並進変位に応じた１次元変位量を検出する複数の１次元変位センサと、
上記複数の次元変位センサの出力に基づいて、前記第１の部材に対する前記第２の部材の姿勢角度変位および並進変位を算出する算出手段と
を備えたことを特徴とする変位検出装置。