JP2006264566A

JP2006264566A - 無人ヘリコプタのカメラ装置

Info

Publication number: JP2006264566A
Application number: JP2005087472A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Hirano; 雅彦平野
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 2005-03-25
Filing date: 2005-03-25
Publication date: 2006-10-05

Abstract

【課題】カメラカバーに設ける窓材としてゲルマニウムやＺｎＳ等を用いる場合に、構造が簡単で製造に手間がかからずコストの低減が図れ、かつカメラレンズの回転視野角を確実にカバーする無人ヘリコプタのカメラ装置を提供する。
【解決手段】カメラカバー１０４は、チルトアーム１１６と赤外線カメラ１０３の周囲全体を覆う略逆ドーム状をなし、該カメラカバー１０４の上端を回転板１１４に固定し、前記赤外線カメラ１０３のチルト視野角に対応する位置に開口部１２８を設け、この開口部１２８を複数の矩形の平板１０５からなる窓材１０６と、これを支持する窓枠１０８で覆った。
【選択図】図５

Description

本発明は、無人ヘリコプタに搭載されるカメラ装置に関する。

無人ヘリコプタは、農薬等の薬剤を散布するため（例えば特許文献１）、あるいは航空写真撮影のため等に用いられる。この無人ヘリコプタは、リモコン操縦機で、使用者が地上から機体を見ながら飛行状態に応じて遠隔操作できる。

このような無人ヘリコプタにおいて、例えば予め任意に設定される飛行ルートに沿ってエンジンの運転状態等に応じて最適な飛行制御を自動的に行う自律飛行制御が実用化されている。このような自律飛行制御を行う場合、機体側の方位角センサや姿勢角センサ（ジャイロ）の検出データ及びＧＰＳデータなどを地上側に送信するとともに、地上側から送られる自律飛行の操縦指令信号を受信するデータ通信機が機体側に搭載される。また、機体の位置や速度を検出するためのＧＰＳ装置やカメラを搭載している場合の画像通信機及び自律飛行プログラムを格納したマイコンからなる制御基板などが機体に搭載される。

自律飛行制御に必要なこのようなデータ通信機、画像通信機、ＧＰＳ装置及び制御基板などからなる自律制御装置は自律制御ボックス内に収納され、収納しきれない機器は別のサブ制御ボックスに収納して機体に搭載される。

無人ヘリコプタの飛行時に機体からの画像等を撮影するためのカメラ装置として、用途によって、カメラ雲台及びこれに取付けられる赤外線カメラとカメラカバーで構成される。赤外線カメラではないが、カメラ装置として特許文献２のようなものが公知である。公知のカメラ装置のカメラ雲台は、無人ヘリコプタの機体下面側に取付けられ、この雲台の下側に、パン軸廻りに回転する回転板と、チルトアームを介して赤外線カメラが取付けられる。赤外線カメラは同じく雲台の下側に取付けられたカメラカバーで覆われる。赤外線カメラは、上記回転板によって、このカメラカバーとともにパン軸（垂直軸）廻りに回転可能である。カメラカバーとその内部の赤外線カメラは一体となってチルトアーム下端のチルト軸（水平軸）廻りにチルト可能である。したがって、カメラカバーにはカメラレンズに対向する部分にのみレンズに対応した小さな窓材を設けておけば、チルト動作したときにチルト視野角を全てカバーできる。

しかし、特許文献２の構造では、パン軸廻りとチルト軸廻りの回転部にそれぞれシール部を設けなければならず、構造が複雑になるばかりかシール部での摺動抵抗が大きくなり、モータの大型化やこれに伴う全体の大型化及び重量増となる。

特開２００２−１６６８９３号公報実開平５−７２７００号公報

本発明は上記従来技術を考慮したものであって、さらに赤外線カメラ特有の課題を考慮し、シール部が少なく構造が簡単なカメラ装置の提供を目的とする。
ここで赤外線カメラ特有の課題について説明すると、赤外線カメラを使用する場合にはゲルマニウムやＺｎＳ等の無機物又は無機化合物からなる窓材を使用する必要がある。これらは曲げ加工が困難である。したがって、カメラレンズの回転視野角に沿った窓材を形成したい場合は、素材を削る必要があるため、手間がかかり面倒であり、非常に高価となる。

本発明は、構造が簡単で小型軽量化が可能になるとともに、このような赤外線カメラ特有の課題を解決し、カメラカバー内で赤外線カメラがチルト軸廻りに回転する際のカメラカバーに設ける窓材として、ゲルマニウムやＺｎＳ等の無機物又は無機化合物を用いる場合に、構造が簡単で製造に手間がかからずコストの低減が図れ、かつカメラレンズの回転視野角を確実にカバーする無人ヘリコプタのカメラ装置の提供を目的とする。

前記目的を達成するため、請求項１の発明では、カメラ雲台に対してパン軸廻りに回転する回転板と、該回転板に一端が固定されたチルトアームと、該チルトアームの他端に設けられたチルト軸廻りに回転する赤外線カメラと、該赤外線カメラのカメラレンズ前方に窓枠に保持された窓材からなる窓を備えたカメラカバーとを備えた無人ヘリコプタのカメラ装置において、前記カメラカバーは、前記チルトアームと前記赤外線カメラの周囲全体を覆う略逆ドーム状をなし、該カメラカバーの上端を前記回転板に固定し、前記赤外線カメラのチルト視野角に対応する位置に開口部を設け、この開口部を複数の矩形の平板からなる窓材と、これを支持する窓枠で覆ったことを特徴とする無人ヘリコプタのカメラ装置を提供する。

請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記窓材は、隣接して接合される平板の接合辺が前記チルト軸と平行で、平板同士が屈曲してチルト軸廻りに並べて配置されたことを特徴としている。

請求項３の発明では、請求項１の発明において、前記窓材と窓枠との間及び隣接する平板同士間はシール材を介して接合されたことを特徴としている。

請求項１の発明によれば、逆ドーム状のカメラカバーが、パン軸廻りに回転する回転板に固定され、このカメラカバーが赤外線カメラ及び赤外線カメラをチルト動作可能に支持するチルトアームの周囲全体を覆う。したがって、チルトアームと赤外線カメラは、カメラカバー及びこれが取付けられる回転板により全体が覆われる。このため、カメラカバー内部の赤外線カメラに対するシール手段として、回転板と雲台との間のパン動作に対するシール構造のみを設ければよく、赤外線カメラのチルト動作に対するシール構造は不要になる。これにより、構造の簡素化、軽量化が図られる。

また、カメラを覆うカメラカバーに対しカメラが上下に回転するカメラ装置において、カメラカバーに備わる窓材が複数枚の平板で形成されるため、窓材として赤外線カメラに必要な高価で曲げ加工ができないゲルマニウムやＺｎＳ等の無機物又は無機化合物を用いる場合であっても、これらの平板を並べることによりカメラレンズのチルト視野角を確実にカバーできる。したがって、レンズの回転角度に沿った曲面を切削加工等で形成することなく、容易に窓を形成でき、構造が簡単となり製造が容易となってコストダウンが図れる。

請求項２の発明によれば、隣合う窓材の平板同士が角度を持ってチルト軸を囲んでその周りに設けられるため、カメラレンズの回転曲面にほぼ沿って回転視野角をカバーする位置に平板を配置することができる。

請求項３の発明によれば、窓材と窓枠との間及び隣合う窓材同士がシール材を介して接合されるため、カメラカバー内への防塵及び防水を図ることができる。

図１〜図３はそれぞれ、本発明に係る無人ヘリコプタの側面図、上面図及び正面図である。
無人ヘリコプタ１は、メインボディ２とテールボディ３からなる機体４を備える。メインボディ２の上部にメインロータ５が備わり、テールボディ３の後部にテールロータ６が備わる。このメインロータ５及びテールロータ６は複数本のロータブレードにより構成される。メインボディ２の前部にラジエータ７が備わり、その後にエンジン、吸気系、メインロータ軸、燃料タンクの順にメインボディ２内に収容される。燃料タンクは、外部サブ燃料タンクを不要とすべく大容量のものが機体中央付近に収容される。機体４のほぼ中央部のメインボディ２の左右下部に支持脚８を介してスキッド９が備わる。スキッド９の前端部上方の機体下部には、機体内のエンジン（不図示）に接続された排気管６０に備わるマフラー６１が配設される。

メインボディ２の後部上側にコントロールパネル１０が備わり、下側に表示灯１１が備わる。コントロールパネル１０は、飛行前のチェックポイントやセルフチェック結果等を表示する。コントロールパネル１０の表示は地上局でも確認できる。表示灯１１は、ＧＰＳ制御の状態や機体の異常警告等の表示を行う。

メインボディ２の前部下側に、赤外線カメラを収容したカメラ装置１２がカメラ雲台１３を介して取付けられる。カメラ装置１２は、カメラ雲台１３に対し、パン軸（垂直軸）廻りに回転するとともに、内部のカメラ（不図示）がチルト軸（水平軸）廻りに回転可能である。これにより、カメラが前側の窓１４を通して上空から地上の全方位を撮影できる。

メインボディ２の左側に自律制御ボックス１５が搭載される。自律制御ボックス１５内には、自律制御に必要な、ＧＰＳ制御装置、地上と通信するデータ通信機や画像通信機、及び制御プログラムを組込んだ制御基板などが収容される。自律制御は、機体の位置や速度などの飛行データ、機体の姿勢や方位などの機体データ、エンジン回転数やスロットル開度などの運転状態データ等に基づいて、予め定められた運転モードや制御プログラムを自動的にあるいは地上局からの指令によって選択し、運転状態に応じて最適な操縦制御を行う。

この無人ヘリコプタ１は、このような自律制御で飛行できるとともに、飛行状態を目で確認しながら、この飛行状態や機体から送信された各種運転状態データに基づいて、リモコン操縦機によりマニュアル操作が可能である。

メインボディ２の下面側にアンテナ支持枠１６が取付けられる。このアンテナ支持枠１６に、傾斜したステー１７が取付けられる。このステー１７に、前述の自律制御に必要な運転状態データや飛行指令データ等の操縦データ（デジタルデータ）を地上局との間で送受信するための操縦データアンテナ１８が取付けられる。ステー１７にはさらに、前述のカメラ装置１２で撮影した画像データ（アナログデータ）を地上局に送信するための画像データアンテナ１９が取付けられる。

テールボディ３の下面側に地磁気等に基づく方位角センサ２０が備わる。方位角センサ２０により機体の向き（東西南北）が検出される。メインボディ２内にさらに、ジャイロ装置からなる姿勢角センサ（不図示）が備わる。

テールボディ３の上面側にメインＧＰＳアンテナ２１及びサブＧＰＳアンテナ２２が備わる。テールボディ３の後端部に、リモコン操縦機からの指令信号を受信するリモコン受信アンテナ２３が備わる。

図４は本発明に係る無人ヘリコプタのカメラ装置の概略図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。図５は図４のカメラ装置の一部破断側面図である。

本発明に係る無人ヘリコプタのカメラ装置１２は、カメラ雲台１３とこれに取付けられる赤外線カメラ１０３（図５）及びカメラカバー１０４で構成される。赤外線カメラ１０３は不透明の樹脂製のカメラカバー１０４で覆われる。カメラカバー１０４は後述（図６、図７）のように、赤外線カメラ１０３とともに雲台１３に対しパン軸（垂直軸）Ｐ廻りに回転可能である。カメラカバー１０４内の赤外線カメラ１０３はチルト軸（水平軸）Ｑ廻りに回転可能である。赤外線カメラ１０３がチルト軸Ｑ廻りに回転したときにその回転視野角をカバーして撮影を可能とするため、カメラカバー１０４の正面には開口部１２８（図５）が形成され、複数枚（図では３枚）の不透明な矩形の平板１０５からなる赤外線用窓材１０６により窓１４が形成される。窓１４は、後述のように窓材１０６を窓枠１０８に組込んで形成される。この窓材１０６は、赤外線カメラ１０３がチルト軸廻りに回転したときにカメラレンズ１０７の前方に位置するように３枚の矩形の平板１０５をカメラカバー１０４の湾曲部分に沿うように隣合う平板１０５接合部分において屈曲して形成される。すなわち、隣接して接合される平板１０５の接合辺がチルト軸Ｑと平行で複数の平板でチルト軸Ｑを囲むように、平板同士が屈曲してチルト軸周りに並べて配置される。このような構成とすることにより、赤外線カメラ１０３に用いる赤外線用窓材として曲げ加工等が困難で曲面で構成するためには大きな素材から削り出すしかないゲルマニウムやＺｎＳ等の無機物又は無機化合物を用いる場合においても、カメラカバー１０４の湾曲部分に沿って赤外線カメラ１０３の回転視野角をカバーすることができ、構造が簡単となって製造が容易となる。

３枚の平板１０５からなる窓材１０６は金属製の窓枠１０８に取付けられる。窓枠１０８は支持材１０９及び縁材１１０からなる。３枚の平板１０５を支持材１０９の屈曲した搭載面１０９ａと同じく屈曲した縁材１１０間に挟みネジ１１１ａで固定する。このとき支持材１０９の搭載面１０９ａと縁材１１０の間及び隣接する平板１０５間の接合辺部分にシール材（不図示）を塗布しておく。縁材１１０は３枚の平板１０５の外周部を覆うとともに、平板間の接合辺部分を覆う。このように、支持材１０９と縁材１１０で平板１０５を挟持して一体ユニット化した窓１４は、支持材１０９の湾曲した取付面１０９ｂを介してネジ１１１ｂでカメラカバー１０４に固定される。なお、平板１０５の屈曲した接合部分はカメラレンズ１０７に非常に近い位置でかつ幅が狭くほとんど線状であるため縁材で覆われても撮影の妨げになることはない。

図６及び図７はそれぞれ、カメラカバー内のカメラの支持構造を示す正面図及び側面図である。
カメラ雲台１３はエンジン振動等を吸収するためのスプリング１２０を介して機体ブラケット１１２に取付けられる。カメラ雲台１３の下側にこれと一体的に中央シャフト１１３が固定される。すなわち、中央シャフト１１３は雲台１３とともに固定された状態（回転しない状態）で機体の下側に取付けられる。この中央シャフトの外周側にベアリング１２１を介して円板状の回転板１１４の中央円筒部１２４が取付けられる。中央円筒部１２４は回転板１１４と一体的である。回転板１１４の外周縁は雲台１３の側壁１３ａに対しラビリンスシール構造１２２を介して防塵した状態で回転可能に装着される。中央シャフト１１３の軸心がパン軸Ｐである。したがって、回転板１１４はパン軸Ｐ廻りに回転する。この回転板１１４に後述するチルトアーム１１６が固定される。このチルトアーム１１６にパン駆動モータ１１５が取付けられる。

パン駆動モータ１１５の回転は、プーリ１２９、ベルト１３０を介して中央シャフト１１３の外周に一体形成されたプーリ１３１に伝達される。したがって、パン駆動モータ１１５の回転により、その出力軸上のプーリ１２９が自転するとともに、ベルト１３０を介してこのプーリ１２９が中央シャフト１１３のプーリ１３１廻りに公転する。すなわち、パン駆動モータ１１５の回転により、回転板１１４がパン軸Ｐ廻りに回転する。回転板１１４の回転位置は、回転角センサ１３５により検出される。この例では、回転板１１４に固定された２本のチルトアーム１１６間に架渡された支持材１３４上に回転角センサ１３５が搭載される。中央シャフト１１３に円板１３６が固定され、静止している円板１３６の周縁を回転角センサ１３５が回転することにより、回転板１１４の回転位置が検出される。

回転板１１４に２本のチルトアーム１１６が固定されている。チルトアーム１１６の下端部に赤外線カメラ１０３を搭載したカメラ支持枠１２５がチルト軸Ｑ廻りに回転可能に取付けられる。カメラ支持枠１２５の上側にブラケット１２６を介してモータ駆動用の制御基板１２７が備わる。カメラ支持枠１２５にチルト駆動モータ１１８が取付けられる。チルト駆動モータ１１８の回転は、その出力軸上のプーリ１３２とベルト１１９を介して、チルトアーム１１６に回転不能に固定されたプーリ１３３に伝達される。これにより、カメラ支持枠１２５がチルト軸Ｑ廻りに回転動作する。

本発明は、農薬等の薬剤散布用あるいは測量等の航空写真撮影用その他の無人ヘリコプタに適用できる。

本発明に係る無人ヘリコプタの側面図。図１の無人ヘリコプタの上面図。図１の無人ヘリコプタの正面図。本発明に係る無人ヘリコプタのカメラ装置の概略図。図４のカメラ装置の一部破断側面図。カメラカバー内のカメラの支持構造を示す正面図。カメラカバー内のカメラの支持構造を示す側面図。

符号の説明

１：無人ヘリコプタ、２：メインボディ、３：テールボディ、４：機体、５：メインロータ、６：テールロータ、７：ラジエータ、８：支持脚、９：スキッド、１０：コントロールパネル、１１：表示灯、１２：カメラ装置、１３：雲台、１４：窓、１５：自律制御ボックス、１６：アンテナ支持枠、１７：ステー、１８：操縦データアンテナ、１９：画像データアンテナ、２０：方位角センサ、２１：メインＧＰＳアンテナ、２２：サブＧＰＳアンテナ、２３：リモコン受信アンテナ、１０３：赤外線カメラ、１０４：カメラカバー、１０５：平板、１０６：窓材、１０７：カメラレンズ、１０８：窓枠、１０９：支持材、１０９ａ：搭載面、１０９ｂ：取付面、１１０：縁材、１１１ａ，１１１ｂ：ネジ、１１２：ブラケット、１１３：中央シャフト、１１４：回転板、１１５：パン駆動モータ、１１６：チルトアーム、１１８：チルト駆動モータ、１１９：ベルト、１２０：スプリング、１２１：ベアリング、１２２：ラビリンスシール構造、１２４：中央円筒部、１２５：カメラ支持枠、１２６：ブラケット、１２７：制御基板、１２８：開口部、１２９：プーリ、１３０：ベルト、１３１：プーリ、１３２：プーリ、１３３：プーリ、１３４：支持材、１３５：回転角センサ、１３６：円板、Ｐ：パン軸、Ｑ：チルト軸。

Claims

カメラ雲台に対してパン軸廻りに回転する回転板と、該回転板に一端が固定されたチルトアームと、該チルトアームの他端に設けられたチルト軸廻りに回転する赤外線カメラと、該赤外線カメラのカメラレンズ前方に窓枠に保持された窓材からなる窓を備えたカメラカバーとを備えた無人ヘリコプタのカメラ装置において、
前記カメラカバーは、前記チルトアームと前記赤外線カメラの周囲全体を覆う略逆ドーム状をなし、該カメラカバーの上端を前記回転板に固定し、前記赤外線カメラのチルト視野角に対応する位置に開口部を設け、この開口部を複数の矩形の平板からなる窓材と、これを支持する窓枠で覆ったことを特徴とする無人ヘリコプタのカメラ装置。
前記窓材は、隣接して接合される平板の接合辺が前記チルト軸と平行で、平板同士が屈曲してチルト軸廻りに並べて配置されたことを特徴とする請求項１に記載の無人ヘリコプタのカメラ装置。
前記窓材と窓枠との間及び隣接する平板同士間はシール材を介して接合されたことを特徴とする請求項１に記載の無人ヘリコプタのカメラ装置。