JP2011099938A

JP2011099938A - 光学系を含むジンバル構造

Info

Publication number: JP2011099938A
Application number: JP2009253492A
Authority: JP
Inventors: Toru Tazawa; 亨田澤; Takanari Ogawa; 隆也小川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2009-11-04
Filing date: 2009-11-04
Publication date: 2011-05-19

Abstract

【課題】この発明は、構成簡易にして、小形化の促進と共に、組立作業の向上を図り得、且つ、高効率な光伝送を実現し得るようにすることにある。
【解決手段】第１のフレーム部材10に対して第２のフレーム部材15を第１の回転軸11回りに回転自在に配し、第２のフレーム部材15に対して第３のフレーム部材17を第１の回転軸11と直交する第２の回転軸18回りに回転自在に配し、第３のフレーム部材17に対して第４のフレーム部材21を第２の回転軸18と直交する第３の回転軸22回りに回転自在に配して、上記第１の回転軸11に対して同軸に導光路を構成する第１の光路13を設けて、この第１の光路13に連通する第２の光路16を第１乃至第３の導光ミラー261,262，263を介して上記第２の回転軸18と同軸的に設けると共に、第２の光路16と第３の光路20との交点に上記第４のフレーム部材21に支持部材25を介して光入出力用導光ミラー24の反射面を直交させて配するように構成したものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば航空機等の移動体に搭載される赤外線レーザシステム等に用いるのに好適する光学系を含むジンバル構造に関する。

一般に、この種のジンバル構造は、複数のフレーム部材を順に直交する回転軸を介して回転自在に組合せ配置して、このフレーム部材の回転軸に対して光軸が同軸となるように光路を配したクーデ式光学系が組み込まれている。このクーデ式光学系は、そのフレーム部材の回転制御により、光路に配した光入出力用導光ミラーを介して任意の方向からのレーザ光を導光して、そのレーザ光を所望の光学機器に案内したり、あるいはレーザ光源からのレーザ光を所望の方向に照射する。

ところで、このようなジンバル構造は、例えば航空機に搭載される赤外線撮像機等に組込まれて、任意の方向にある目標物体の赤外画像を取得したりするのに供されている（例えば、特許文献１参照）。

実開平５−５６８００号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されるジンバル構造では、フレーム部材の配置構成との関係からクーデ式光学系の光軸をフレーム部材の回転軸に合わせるように構成すると、長い距離の光路が必要となり、多数の導光ミラーを配さなければならないために、その光量損失が多く、しかも、その組立作業が面倒で、大形となるという問題を有する。

この発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、構成簡易にして、小形化の促進と共に、組立作業の向上を図り得、且つ、高効率な光伝送を実現し得るようにした光学系を含むジンバル構造を提供することを目的とする。

この発明は、第１のフレーム部材に対して第２のフレーム部材を第１の回転軸回りに回転自在に配し、前記第２のフレーム部材に対して第３のフレーム部材を前記第１の回転軸と直交する第２の回転軸周りに回転自在に配し、前記第３のフレーム部材に対して第４のフレーム部材を前記第２の回転軸と直交する第３の回転軸回りに回転自在に配したジンバル機構と、このジンバル機構の前記第１の回転軸を光軸とする第１の光路を有し、この第１の光路に連通される前記第２の回転軸を光軸とする複数の導光ミラーを配した第２の光路を前記第２のフレーム部材に設け、この第２の光路上に前記第４のフレーム部材に支持され、前記第２の回転軸と前記第３の回転軸との交点に光入出力用導光ミラーを配した導光路とを備えて光学系を含むジンバル構造を構成した。

上記構成によれば、導光路の短縮化が図れて、導光ミラー数の軽減が図れることにより、小形化の促進が図れると共に、ミラー調整作業の軽減が図れて容易な組立作業が実現され、且つ、光量損失の軽減が図れて高精度な光伝送が実現される。

以上述べたように、この発明によれば、構成簡易にして、小形化の促進と共に、組立作業の向上を図り得、且つ、高効率な光伝送を実現し得るようにした光学系を含むジンバル構造を提供することができる。

この発明の一実施の形態に係る光学系を含むジンバル構造の配置構成を説明するために示した配置構成図である。この発明の他の実施の形態に係る光学系を含むジンバル構造の配置構成を説明するために示した配置構成図である。この発明の他の実施の形態に係る光学系を含むジンバル構造の配置構成を説明するために示した配置構成図である。この発明の他の実施の形態に係る光学系を含むジンバル構造の配置構成を説明するために示した配置構成図である。

以下、この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。

図１は、この発明の一実施の形態に係る光学系を含むジンバル構造を示すもので、同図（ａ）は、正面側から見た状態で、同図（ｂ）のＡ−Ａ断面を示し、同図（ｂ）は、側面から見た状態を示す。

即ち、ジンバル機構を構成する第１のフレーム部材１０は、例えば凹状に形成され、図示しない固定部に取付けられる。このフレーム部材１０の凹状部位には、第１の回転軸１１が軸受１２１、１２２を介して回転自在に組付けられる。

この第１の回転軸１１には、導光路を構成する第１の光路１３が同軸的に設けられ、この第１の光路１３の一方端には、上記第１のフレーム部材１０の貫通孔１０１を通して例えばレーザ光源１４に接続される。そして、この第１の回転軸１１の一端部には、例えば凹状の第２のフレーム部材１５が取付けられている。この第２のフレーム部材１５には、第２の光路１６が光学的に上記第１の光路１３に直交して形成されている。

この第２のフレーム部材１５内には、枠状の第３のフレーム部材１７が収容配置される。この第３のフレーム部材１７には、その両端部に第２の回転軸１８が突設され、この第２の回転軸１８は、軸受１９１，１９２を介して上記第２のフレーム部１５材内に上記第１の回転軸１１と直交する軸回りに回転自在に支持される。そして、この第２の回転軸１８には、上記第２の光路１６が同軸的に設けられる。

また、上記第３のフレーム部材１７内には、枠状の第４のフレーム部材２１が収容配置される。この第４のフレーム部材２１には、その両端部に第３の回転軸２２が突設され、この第３の回転軸２２は、軸受２３１，２３２を介して第３のフレーム部材１７内に上記第２の回転軸１８と直交する軸回りに回転自在に支持される。第３の回転軸２２は、その軸が第２の光路１６と直交する第３の光路２０を形成する。そして、この第４のフレーム部材２１には、光入出力用導光ミラー２４が支持部材２５を介して第２の回転軸１８と第３の回転軸２２（第２の光路１６と第３の光路２０）の交点位置にその反射面を直交させて配置される。

ここで、上記第１乃至第３の回転軸１１，１８，２２を回転自在に支持する軸受形式としては、例えば一方の軸受１２２，１９２，２３２が軸方向のスラスト荷重を受けることができるいわゆるアンギュラー軸受形式のものが用いられ、他方の軸受１２１，１９１，２３１にラジアル形式のものが用いられる。

上記第１乃至第３の光路１３，１６，２０は、第１乃至第３の導光ミラー２６１，２６２，２６３を介してレーザ光を導光可能な導光路を構成する。これにより、上記レーザ光源１４からのレーザ光が照射されると、そのレーザ光は、第１の光路１３から第１の導光ミラー２６１を経由し第２の光路１６に導かれ第２及び第３の導光ミラー２６２，２６３を経由して第３の光路２０との交点に配された光入出力用導光ミラー２４に導かれて外部（図１（ａ）中では、紙面方向）に照射される。

上記構成において、第２乃至第４のフレーム部材１５，１７，２１は、図示しない駆動機構部により第１乃至第３の回転軸１１，１８，２２回りにそれぞれ回転駆動され、その各回転角に応じて、第４のフレーム部材２１に支持部材２５を介して配された光入出力用導光ミラー２４が、三次元的に移動されて目標方向に指向される。

この状態で、上記レーザ光源１４からのレーザ光が照射されると、このレーザ光は、第１のフレーム部材１０の挿通孔１０１を通して第１の光路１３に導かれる。この第１の光路１３に導かれたレーザ光は、第１の導光ミラー２６１で反射されて第２の光路１６に導かれ、第２及び第３の導光ミラー２６２，２６３を経由して光入出力用導光ミラー２４に導かれて目標方向に照射される。

このように、上記光学系を含むジンバル構造は、第１のフレーム部材１０に対して第２のフレーム部材１５を第１の回転軸１１回りに回転自在に配し、第２のフレーム部材１５に対して第３のフレーム部材１７を第１の回転軸１１と直交する第２の回転軸１８回りに回転自在に配し、第３のフレーム部材１７に対して第４のフレーム部材２１を第２の回転軸１８と直交する第３の回転軸２２回りに回転自在に配して、上記第１の回転軸１１に対して同軸に導光路を構成する第１の光路１３を設けて、この第１の光路１３に連通する第２の光路１６を第１乃至第３の導光ミラー２６１，２６２，２６３を介して上記第２の回転軸１８と同軸的に設けると共に、第２の光路１６と第３の光路２０との交点に上記第４のフレーム部材２１に支持部材２５を介して光入出力用導光ミラー２４の反射面を直交させて設けるように構成した。

これによれば、光路の短縮化を図ることができて、光路に配する導光ミラー数の軽減が図れることにより、小形化の促進が図れると共に、そのミラー調整作業の軽減が図れるため、組立作業性の容易化が図れ、しかも、光量損失の軽減が図れて高精度な光伝送を実現することが可能となる。

なお、上記実施の形態では、光入出力用導光ミラー２４からレーザ光を照射するように構成した場合について説明したが、これに限ることなく、その他、上記光入出力用導光ミラー２４で、外部からのレーザ光等を取り込んで、第３の光路２０、第２及び第１の光路１６，１３を経由して図示しない光学機器に案内するように構成することも可能で、同様に有効な効果が期待される。

また、この発明は、上記実施の形態に限ることなく、その他、例えば図２乃至図４に示すように構成することも可能で、同様に有効な効果が期待される。但し、図２乃至図４に示す実施の形態では、上記図１に示す実施の形態と同一部分については、同一符号を付してその詳細な説明を省略する。

図２に示す実施の形態では、上記光入出力用導光ミラー２４が支持部材３０を介して第４のフレーム部材２１内における第３の回転軸２２上に配置される。そして、上記第３のフレーム部材１７内には、支持部材３１が上記第２の回転軸１８に対して同軸的に配置される。

この支持部材３１には、光路３１１が上記第２の光路１６に対応して設けられ、この光路３１１の基端が上記第３のフレーム部材１７の第２の回転軸１８の第２の光路１６に連通されて取付けられて、いわゆる片持ち梁の如く片持ち支持構造に第２のフレーム部材１５内に固定配置される。この状態で、支持部材３１は、その中間部が第４のフレーム部材２１に設けた、例えば開口部２１１に所定の自由度を有して移動自在に遊挿される。これにより、第４のフレーム部材２１は、支持部材３１の存在に影響を受けることなく、第３の回転軸２０回りの自由度が確保される。

そして、この支持部材３１の先端部には、第４の導光ミラー３２が第２の回転軸１８と第３の回転軸２２（第２の光路１６と第３の光路２０）の交点に上記光入出力用導光ミラー２４に対向して設けられる。この第４の導光ミラー３２は、上記第２のフレーム部材１５の第２の光路１６からレーザ光が導かれると、第４のフレーム部材２１の光入出力用導光ミラー２４に導き案内して、該光入出力用導光ミラー２４から外部の目標方向に照射する。

図３に示す実施の形態では、上記光入出力用導光ミラー２４が上記支持部材３０を介して第４のフレーム部材２１内における第３の回転軸２２上に配置される。そして、上記第３のフレーム部材１７内には、支持部材３３が上記第２の回転軸１８に対して同軸的に架設されて配置され、その両端が、該第３のフレーム部材１７の内壁に取付けられて両端支持構造に固定配置される。

この状態で、支持部材３３は、その中間部が上記第４のフレーム部材２１に設けた、例えば開口部２１２に所定の自由度を有して移動自在に遊挿されて配置される。これにより、第４のフレーム部材２１は、支持部材３３の存在に影響を受けることなく、第３の回転軸２２回りの自由度が確保される。

ここで、第３のフレーム部材１７は、内部に両端支持されて内装された支持部材３３が設けられていることにより、該支持部材３３の作用により枠体として強度が強固となり、第２のフレーム部材１５を含む構造全体の強度が高められて堅牢化の促進を図ることができる。これにより、構成部品の薄肉化等を図ることが可能となり、さらに、軽量化の促進を図ることが可能となる。

上記支持部材３３には、光路３３１が上記第２の光路１６に対応して設けられ、この光路３３１の先端部には、上記第４の導光ミラー３２が第２の回転軸１８と第３の回転軸２２の交点に上記光入出力用導光ミラー２４に対向して設けられる。この第４の導光ミラー３２は、第２のフレーム部材１５の第２の光路１６からレーザ光が導かれると、該レーザ光を第４のフレーム部材２１の光入出力用導光ミラー２４に導き案内して、該光入出力用導光ミラー２４から外部の目標方向に照射する。

図４に示す実施の形態では、上記図３の実施の形態と同様に、第３のフレーム部材１７内に支持部材３３を第２の回転軸１８と同軸的に架設する如く内装配置して、その両端部が第３のフレーム部材１７の内壁に固定される。この状態で、支持部材３３は、その中間部が上記第４のフレーム部材２１に設けた、例えば開口部２１２に所定の自由度を有して移動自在に遊挿されて配置される。

そして、上記第３のフレーム部材１７から突設された第２の回転軸１８は、それぞれ上述したアンギュラー軸受形式の軸受１９２を用いて第２のフレーム部材１５内に回転自在に組付け配置する。

上記構成により、第３のフレーム部材１７は、その軸受１９２，１９２の作用により第２の回転軸１８の両端側が、スラスト方向及びラジアル方向の双方が位置決めされた状態で回転自在に保持されることにより、上記図３に示す実施の形態に比してその第２の回転軸１８の軸方向のスラスト荷重に対する剛性が高められる。この結果、第２及び第３のフレーム部材１５，１７は、安定した光伝送を実現したうえで、その強度が高められて強固となり、構造全体が堅牢となることで、さらに、有効な効果が期待される。

よって、この発明は、上記実施の形態に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得る。

例えば実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

１０…第１のフレーム部材、１０１…貫通孔、１１…第１の回転軸、１２１，１２２…軸受、１３…第１の光路、１４…レーザ光源、１５…第２のフレーム部材、１６…第２の光路、１７…第３のフレーム部材、１８…第２の回転軸、１９１，１９２…軸受、２０…第３の光路、２１…第４のフレーム部材、２１１，２１２…開口部、２２…第３の回転軸、２３１，２３２…軸受、２４…光入出力用導光ミラー、２５…支持部材、２６１，２６２，２６３…第１〜第３の導光ミラー、３０…支持部材、３１…支持部材、３１１…光路、３２…第４の導光ミラー、３３…支持部材、３３１…光路。

Claims

第１のフレーム部材に対して第２のフレーム部材を第１の回転軸回りに回転自在に配し、前記第２のフレーム部材に対して第３のフレーム部材を前記第１の回転軸と直交する第２の回転軸周りに回転自在に配し、前記第３のフレーム部材に対して第４のフレーム部材を前記第２の回転軸と直交する第３の回転軸回りに回転自在に配したジンバル機構と、
このジンバル機構の前記第１の回転軸を光軸とする第１の光路を有し、この第１の光路に連通される前記第２の回転軸を光軸とする複数の導光ミラーを配した第２の光路を前記第２のフレーム部材に設け、この第２の光路上に前記第４のフレーム部材に支持され、前記第２の回転軸と前記第３の回転軸との交点に光入出力用導光ミラーを配した導光路と、
を具備することを特徴とする光学系を含むジンバル構造。
第１のフレーム部材に対して第２のフレーム部材を第１の回転軸回りに回転自在に配し、前記第２のフレーム部材に対して第３のフレーム部材を前記第１の回転軸と直交する第２の回転軸周りに回転自在に配し、前記第３のフレーム部材に対して第４のフレーム部材を前記第２の回転軸と直交する第３の回転軸回りに回転自在に配したジンバル機構と、
このジンバル機構の前記第１の回転軸を光軸とする第１の光路を有し、この第１の光路に連通される前記第２の回転軸を光軸とする複数の導光ミラーを配した第２の光路を前記第２のフレーム部材に設け、この第２の光路上に前記第３のフレーム部材に支持され、前記第２の回転軸と前記第３の回転軸との交点に導光ミラーを配して前記第３の回転軸上の第３の光路に光入出力用導光ミラーを配した導光路と、
を具備することを特徴とする光学系を含むジンバル構造。
前記第２の回転軸と前記第３の回転軸の交点に配する導光ミラーは、前記第３のフレーム部材に支持され、前記第４のフレーム部材に貫通される支持部材を介して組付け配置されることを特徴とする請求項２記載の光学系を含むジンバル構造。
前記支持部材は、前記第２の回転軸に同軸的に配置されることを特徴とする請求項３記載の光学系を含むジンバル構造。
前記支持部材は、前記第３のフレーム部材に両端が支持されて配置されることを特徴とする請求項４記載の光学系を含むジンバル構造。
前記第３のフレーム部材は、前記支持部材の両端が前記第２のフレーム部材に対して第２の回転軸方向が位置決めされた状態で前記第２のフレームに回転自在に支持されることを特徴とする請求項５記載の光学系を含むジンバル構造。
前記第２のフレーム部材は、凹状に形成され、前記第３のフレーム部材は、枠状に形成されて対向する前記第２の回転軸の両端部が前記第２のフレーム部材に回転自在に支持され、前記第４のフレーム部材は、枠状に形成されて前記第３の回転軸の両端部が前記第３のフレーム部材に回転自在に支持されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか記載の光学系を含むジンバル構造。