JP2019143700A - 防振装置及び光学製品 - Google Patents

Abstract

【課題】ジンバル機構における防振装置において、各方向に対する個別の防振特性調整を可能にするとともに、ジンバル機構全体の小型化及び軽量化を可能にする。【解決手段】防振装置１は、ジンバル機構のフレームの内側に取り付けるフレーム取付部材１ｄと、ペイロード取付部材１ａと、それらの間に配設された複数の中間部材と、でなる部材群を備える。上記部材群は、フレーム取付部材１ｄからペイロード取付部材１ａへ向かう方向である第１方向に移動可能な第１部材と、第１方向に直交する第２方向に移動可能な第２部材と、第１方向に直交する第３方向に移動可能な第３部材と、を有する。防振装置１は、第１部材の第１方向への移動を制限するように配設される第１防振部材１ｅ、第２部材の第２方向への移動を制限するように配設される第２防振部材１ｆ、及び第３部材の第３方向への移動を制限するように配設される第３防振部材１ｇを備える。【選択図】図１

Description

本開示は、防振装置及び光学製品に関する。

航空機、船舶などの移動体に搭載されるジンバル機構は、カメラ等の各種光学機器を備えるペイロード部を内蔵し、外部からの振動や衝撃といった外乱に影響を受けることなく、光学機器を任意の方向に指向することが要求されている。

外部からの振動や衝撃がペイロード部に加わると、光学機器の視軸を安定させることができず、取得される画像に乱れを生じる。そのため、ジンバル機構には外乱による影響を低減するための防振機構が設けられていることが多い。

例えば、特許文献１に記載の撮像装置では、移動体とジンバル機構（ジンバル装置）との間に次のような防振装置を備えることで、外乱による影響の低減を図っている。即ち、この防振装置は、ジンバル機構を直線移動させる直動案内装置と、直動案内装置の移動方向に緩衝作用を有するように配置された防振ゴムと、で構成されている。

また、特許文献２には、ジンバル機構とペイロードとの間にバネ付きストラットを用いた防振機構を組み込むことで振動外乱を除去する技術が開示されている。

特開２０１１−２０９５４０号公報 特開２００７−０１００８８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の撮像装置では、ジンバル機構全体の構造の小型化及び軽量化を妨げるといった問題点（第１の問題点）がある。具体的には、特許文献１に記載の撮像装置では、移動体とジンバル機構との間に防振装置が設けられているため、防振機構として設けられた防振装置にジンバル機構全体を支持するための剛性が必要になり、防振装置が大きくなり、重量も増大してしまう。これにより、特許文献１に記載の撮像装置では、ジンバル機構全体の構造の小型化及び軽量化が困難になる。

これに対して、特許文献２に記載の技術では、ジンバル機構とペイロードの間に防振機構を設けることで、上記第１の問題点を解決する構造となっている。しかしながら、第２の問題点として、ペイロードを支持する防振機構が等方性防振機構となっていることで、各方向で異なる剛性を与えるなどの防振設計が困難な点が挙げられる。特に、ペイロード部が備えるカメラ等の各種光学機器の中には、振動方向によって耐環境性が異なるものも珍しくない。よって、こうした機器に対しては、各方向で最適化した防振特性を設けることで、防振機構への過剰な防振性能の要求を避けることが望まれる。

上述のように、ジンバル機構における防振装置では各方向に対する個別の防振特性調整が困難であるとともに、ジンバル機構全体の小型化及び軽量化が困難となっており、このような問題を解決するような機構が望まれる。

本開示の目的は、上述した課題を解決する防振装置及びその防振装置を備えた光学製品を提供することにある。上記課題は、ジンバル機構における防振装置では各方向に対する個別の防振特性調整が困難であるとともに、ジンバル機構全体の小型化及び軽量化が困難であるというものである。

本開示の一態様に係る防振装置は、
ジンバル機構のフレームの内側に取り付けるフレーム取付部材と、ペイロードを取り付けるペイロード取付部材と、前記フレーム取付部材と前記ペイロード取付部材との間に配設された複数の中間部材と、でなる部材群と、
第１防振部材と、
第２防振部材と、
第３防振部材と、
を備え、
前記部材群は、前記フレーム取付部材から前記ペイロード取付部材へ向かう方向である第１方向に移動可能な第１部材と、前記第１方向に直交する第２方向に移動可能な第２部材と、前記第１方向に直交する第３方向に移動可能な第３部材と、を有し、
前記第１防振部材は、前記第１部材の前記第１方向への移動を制限するように配設され、
前記第２防振部材は、前記第２部材の前記第２方向への移動を制限するように配設され、
前記第３防振部材は、前記第３部材の前記第３方向への移動を制限するように配設されるものである。

本開示により、上記課題を解決する防振装置及びその防振装置を備えた光学製品を提供することができる。即ち、本開示により、ジンバル機構における防振装置で各方向に対する個別の防振特性調整が可能になるとともに、ジンバル機構全体の小型化及び軽量化が可能になる。

実施形態１に係る防振装置の一構成例を示す図である。 実施形態２に係る防振装置を有するジンバル機構の一構成例を示す図である。 図２における防振装置の詳細な構成例を示す斜視図である。 図３の防振装置のうち第３方向への作動に係る部分を抽出した正面図である。 図３の防振装置のうち第２方向への作動に係る部分を抽出した斜視図である。 図３の防振装置のうち第１方向への作動に係る部分を抽出した斜視図である。

以下、図面を参照して、実施形態について説明する。なお、実施形態において、同一又は同等の要素には、同一の符号を付し、重複する説明は省略される。

＜実施形態１＞
図１は、実施形態１に係る防振装置の一構成例を示す図である。
図１に示すように、実施形態１に係る防振装置１は、ペイロード取付部材１ａ、複数の中間部材（以下では簡略化のために２つの中間部材１ｂ，１ｃで例示）、及びフレーム取付部材１ｄでなる部材群を備える。さらに、防振装置１は、第１防振部材１ｅ、第２防振部材１ｆ、及び第３防振部材１ｇを備える。

ペイロード取付部材１ａはペイロードを取り付ける部材であり、フレーム取付部材１ｄはジンバル機構のフレームの内側に取り付ける部材である。中間部材１ｂ，１ｃは、フレーム取付部材１ｄとペイロード取付部材１ａとの間に配設された部材である。

上述したように、上記の部材群は、ペイロード取付部材１ａ、中間部材１ｂ，１ｃ、及びフレーム取付部材１ｄでなるが、後述する第１部材、第２部材、及び第３部材を有する。換言すれば、後述する第１部材は、ペイロード取付部材１ａ、中間部材１ｂ，１ｃ、及びフレーム取付部材１ｄのいずれかの部材であり、第２部材及び第３部材についても同様にいずれかの部材である。但し、第１部材、第２部材、及び第３部材は互いに異なる部材を指す。

上述した第１〜第３部材について説明する。第１部材は、第１方向に移動可能な部材である。第１方向は、フレーム取付部材１ｄからペイロード取付部材１ａへ向かう方向とする。一般的にペイロード取付部材１ａ、フレーム取付部材１ｄは、それぞれペイロード、フレームに取り付けるための互いに平行な平面部分を有することになるが、これらの平面部分に垂直な方向が第１方向に該当することになる。つまり、第１方向は、防振装置１をペイロードに取り付ける面に垂直な方向とすることができる。

なお、第１部材が第１方向に移動可能であるとは、第１部材が上記部材群の残りの部材（例えば部材Ａ，Ｂ，Ｃ）に対して相対的に第１方向に移動可能であることを意味する。無論、この場合の残りの部材Ａ，Ｂ，Ｃも第１部材に対して第１方向に移動可能となるが、残りの部材Ａ，Ｂ，Ｃは、互いに第１方向に移動可能ではないため、第１部材の定義から外れるものとする。

また、第２部材は、第１方向に直交する第２方向に移動可能な部材であり、第３部材は、第１方向に直交する第３方向に移動可能な部材である。なお、図１では、第３方向が第２方向と直交するような好ましい例を挙げているが、第２方向と直交しないような構成も可能である。

第１防振部材１ｅは、第１部材の第１方向への移動を制限するように配設された部材（弾性手段）である。ここで、第１部材の第１方向への移動は、第１防振部材１ｅが第１部材に接して第１方向の振動を防止するように機能することで制限することができる。

第１防振部材１ｅと同様に、第２防振部材１ｆは、第２部材の第２方向への移動を制限するように配設された部材（弾性手段）であり、第３防振部材１ｇは、第３部材の第３方向への移動を制限するように配設された部材（弾性手段）である。このように、上記の部材群の各部材は、第１防振部材１ｅ、第２防振部材１ｆ、及び第３防振部材１ｇを介して、それぞれ第１方向、第２方向、第３方向に制限的な移動が可能なように組み合わされている。

図１に示すように、上述した第３部材はフレーム取付部材１ｄとすることができるが、これに限ったものではない。

図１に示すように、上述した第１部材はペイロード取付部材１ａとすることができる。この場合、第１防振部材１ｅは、ペイロード取付部材１ａにおけるペイロードを取り付ける側とは反対側に配設することができる。但し、第１部材はペイロード取付部材１ａに限ったものではない。

ここで、図１に示すように、第２防振部材１ｆは、第２部材における第２方向の両端のそれぞれに（それぞれに接するように）配設されることが好ましく、第３防振部材１ｇは、第３部材における第３方向の両端のそれぞれに配設されることが好ましい。

但し、例えば、第２防振部材１ｆを第２部材における第２方向の一端側のみに配設し、他端側には空間を設けておくこともできる。同様に、第３防振部材１ｇを第３部材における第３方向の一端側のみに配設し、他端側には空間を設けておくこともできる。

上述のように、本実施形態に係る防振装置１は、並進方向に防振機能を有するため並進方向防振装置又は並進防振装置と称することができる。そして、本実施形態に係る防振装置１によれば、（Ｉ）ジンバル機構に用いる防振装置において、各方向に対する個別の防振特性調整が可能になるとともに、（ＩＩ）ジンバル機構全体の小型化及び軽量化が可能になる。

上記（Ｉ）の効果は、ペイロード又はその一部として搭載される光学機器等の機器の耐環境性を鑑みて、各方向に最適な防振特性を備えるように個別に設計及び調整することができることを意味する。従って、防振装置１では、機器が過剰に移動すること（機器の過剰なストローク）を防ぐこと、並びに機器が許容できる振動及び衝撃の最大値の増加が見込めるため、ペイロードとして搭載される機器の信頼性を向上させることができる。

また、上記（ＩＩ）の効果を奏する理由は、防振機構が支持する構造をペイロードに限定することで、防振機構に加わる荷重を低減し、防振機構のサイズや重量の増加を回避することができるためである。

＜実施形態２＞
実施形態２について、図２〜図６を併せて参照しながら、実施形態１との相違点を中心に説明する。図２は、実施形態２に係る防振装置を有するジンバル機構の一構成例を示す図で、図３は、図２における防振装置の詳細な構成例を示す斜視図である。

［構成の説明］
図２に示すように、ジンバル機構は、移動体取付部Ｍに対して固定されたベースフレーム２、ＡＺ（ａｚｉｍｕｔｈ）軸回りに回転するＡＺフレーム３、及びＥＬ（ｅｌｅｖａｔｉｏｎ）軸回りに回転するＥＬフレーム４を備える。このように、図２に示すジンバル機構は、移動体取付部Ｍに固定されたベースフレーム２に対し直交する２軸回りに回転自在なフレームを備える。

本実施形態に係る防振装置１は、光学機器５を有するペイロード部６とＥＬフレーム４を連結する。具体的には、ＥＬフレーム４の内側に図２の取付プレート８が取り付けられ、防振装置１において取付プレート８の反対側にあるフレーム１７にペイロード部６が取り付けられる。ここで、取付プレート８は、図１のフレーム取付部材１ｄの一例であり、フレーム１７は、ペイロード取付部材１ａの一例である。

このように、本実施形態に係る防振装置１を備えた光学製品は、防振装置１のほかに、ジンバル機構と、ペイロード部６としてフレーム１７に取り付けられた光学機器５と、を備える。この光学機器５は、例えば静止画カメラや動画カメラ等の撮像装置（赤外線画像等の撮像装置も含む）とすることができる。

また、図２では、防振装置１がペイロード部６の上下２カ所に設けられている例を挙げているが、左右２カ所に設けるなど、その配置は問わず、ペイロード部６における第１方向の両端のそれぞれに防振装置１が配設されていればよい。さらに、防振装置１の数は問わず、例えば１カ所であっても一定の防振効果は得られる。つまり、防振装置１はペイロード部６に搭載される光学機器５の特性に合わせて、片側のみの支持とすることもできる。

また、防振装置１は、上述した取付プレート８及びフレーム１７を備えるとともに、上述した複数の中間部材を備える。図３に示す防振装置１は、上述した複数の中間部材の例として、一組の直動ガイド９，１２，１９、一組の可動子１０，１５，１８、第２方向ベースプレート１１、弾性体ベース１３、及び第１方向ベースプレート１６を備える。

一組の直動ガイド（第３方向直動ガイド）９は、取付プレート８に固定された部材であり、双方が第３方向に平行に並ぶように配設されている。可動子（第３方向可動子）１０は、直動ガイド９上を第３方向に可動する部材であり、各直動ガイド９に対して１つ設けられている。なお、図３〜図６において図示する視点の関係上、隠れている部材がある。例えば、一方の直動ガイド９及び一方の可動子１０、並びに後述する一方の弾性体ベース１３及び一方の第２弾性体１４である。

第２方向ベースプレート１１は、一組の可動子１０に連結されるプレートである。一組の直動ガイド（第２方向直動ガイド）１２は、第２方向ベースプレート１１に固定され、双方が第２方向に平行に並ぶように配設されている。可動子（第２方向可動子）１５は、直動ガイド１２上を第２方向に可動する部材であり、各直動ガイド１２に対して１つ設けられている。

第１方向ベースプレート１６は、一組の可動子１５に連結されるプレートである。一組の直動ガイド（第１方向直動ガイド）１９は、第１方向ベースプレート１６に固定され、双方が第１方向に平行に並ぶように配設されている。可動子（第１方向可動子）１８は、直動ガイド１９上を第１方向に可動する部材であり、各直動ガイド１９に対して１つ設けられている。フレーム１７は、一組の可動子１８に連結され、ペイロード部６に固定される。

このようにして、ペイロード部６が取り付けられるフレーム１７は、第１方向ベースプレート１６に対し第３方向及び第２方向に直交する第１方向に移動自在に取り付けられている。また、第１方向ベースプレート１６は、第２方向ベースプレート１１に対し第１方向及び第３方向に直交する第２方向に移動自在に配設されている。また、第２方向ベースプレート１１は、ＥＬフレーム４に固定された取付プレート８に対し第１方向及び第２方向に直交する第３方向に移動自在に配設されている。

さらに、第２方向ベースプレート１１、第１方向ベースプレート１６、フレーム１７はそれぞれ、取付プレート８、弾性体ベース１３、第１方向ベースプレート１６と第１弾性体２０、第２弾性体１４、第３弾性体２１によって接続されている。弾性体ベース１３は、第２方向ベースプレートに固定されている。

換言すれば、第１弾性体２０は、取付プレート８と第２方向ベースプレート１１とに接続されている。そして、一組の可動子１０は、上述のように一組の直動ガイド９に沿って第３方向に移動可能な状態に配設されているが、この移動が第１弾性体２０により制限されることになる。

また、第２弾性体１４は、第２方向ベースプレート１１に固定された弾性体ベース１３と第１方向ベースプレート１６とに接続されている。そして、一組の可動子１５は、上述のように一組の直動ガイド１２に沿って第２方向に移動可能な状態に配設されているが、この移動が第２弾性体１４により制限されることになる。また、第３弾性体２１は、第１方向ベースプレート１６とペイロード部６に取り付けられたフレーム１７とに接続されている。一組の可動子１８は、上述のように一組の直動ガイド１９に沿って第１方向に移動可能な状態に配設されているが、この移動が第３弾性体２１により制限されることになる。

このように、防振装置１は、取付プレート８とフレーム１７との間（つまり取付プレート８とフレーム１７に取り付けられるペイロード部６との間）に第１方向、第２方向、及び第３方向の変位に対して弾性を与える手段を備える。

ここで、第１弾性体２０、第２弾性体１４、及び第３弾性体２１は、それぞれ、図１における第１防振部材１ｅ、第２防振部材１ｆ、及び第３防振部材１ｇの一例となる。弾性体は、機械的な機構により防振機能をもたせた防振部材（弾性手段）に比べて単純な構造で軽量とすることができる。よって、ここで例示したように、第１防振部材１ｅ、第２防振部材１ｆ、及び第３防振部材１ｇのうちの少なくとも１つは弾性体であることが好ましい。

また、本実施形態における第１弾性体２０、第２弾性体１４、及び第３弾性体２１のうちの少なくとも２つは、異なる防振特性をもつものとする。これにより、実際にペイロードとして搭載する機器（ここでは光学機器５）にとって各方向に必要な防振特性を備えることができ、その機器の信頼性を向上させることができる。

［動作の説明］
次に、図４〜図６を併せて参照しながら、ジンバル機構における防振装置の作動例について説明する。図４は、図３の防振装置のうち第３方向への作動（部材移動による防振機能の作動）に係る部分を抽出した正面図である。図５は、図３の防振装置のうち第２方向への作動に係る部分を抽出した斜視図で、図６は、図３の防振装置のうち第１方向への作動に係る部分を抽出した斜視図である。図４〜図６は、互いに直交する３方向からの振動に対して各機構が作動する様子を示すものである。

まず、図４を参照して、第３方向から振動が加わった場合について説明する。第２方向ベースプレート１１は、取付プレート８に対して第３方向に平行に固定された直動ガイド９上の可動子１０に連結されている。これにより、第２方向ベースプレート１１は、第３方向以外に動くことができない。また、第２方向ベースプレート１１は、第１弾性体２０により取付プレート８に接続されており、弾性体２０の剛性により、外部からの振動のうち第３方向の振動について防振することができる。

図５を参照して、第２方向から振動が加わった場合について説明する。第１方向ベースプレート１６は、第２方向ベースプレート１１に対して第２方向に平行に固定された直動ガイド１２上の可動子１５に連結されている。これにより、第１方向ベースプレート１６は、第２方向以外に動くことができない。また、第１方向ベースプレート１６は、第２弾性体１４により、第２方向ベースプレート１１又は可動子１０に固定された弾性体ベース１３に接続されている。そして、第１方向ベースプレート１６は、第２弾性体１４の剛性により、外部からの振動のうち第２方向の振動について防振することができる。

図６を参照して、第１方向から振動が加わった場合について説明する。フレーム１７は、第１方向ベースプレート１６に対して第１方向に平行に固定された直動ガイド１９上の可動子１８に連結されている。これにより、フレーム１７は、第１方向以外に動くことができない。また、フレーム１７は、第３弾性体２１により第１方向ベースプレート１６に接続されており、第３弾性体２１の剛性により、外部からの振動のうち第１方向の振動について防振することができる。

以上のように、本実施形態では、実施形態１の効果に加え、互いに直交する第１方向、第２方向、及び第３方向の防振特性を異ならせた防振機構により、外乱からペイロード部６に搭載される光学機器５への振動を光学機器５の特性に合わせて抑制することができる。これにより、本実施形態では、光学機器５の視軸を安定させ、画像の乱れ等を避けることができる。

＜他の実施形態＞
実施形態１，２で説明した防振装置１、ジンバル機構、及び光学製品の構成は、図示及び説明したものに限定されるものではなく、それらの機能を果たす構成であればよい。

例えば、防振装置１を取り付ける対象のジンバル機構及びペイロードは、図２で示したものに限ったものではない。このジンバル機構は１軸以上のジンバル機構であればよい。防振装置１に取り付けるペイロードとしては、例えばレーダなどの測定機器を含むこともできる。

また、第１防振部材１ｅ、第２防振部材１ｆ、及び第３防振部材１ｇはいずれも、例えば、コイルスプリングなどに加えて、粘性ダンパーなどを併用することで減衰を高める構成を採用することができる。また、第１防振部材１ｅ、第２防振部材１ｆ、及び第３防振部材１ｇは共通の部材とすることができる。例えば、上記共通の部材として、ヘリカルアイソレータのような３方向に弾性をもつ部品を、フレーム１７と取付プレート８の間に他の部品に接触しない形で直接取り付けることができる。

なお、本開示は上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。また、本開示は、それぞれの実施形態を適宜組み合わせて実施されてもよい。

Ｍ 移動体取付部
１ 防振装置
１ａ ペイロード取付部材
１ｂ，１ｃ 中間部材
１ｄ フレーム取付部材
１ｅ 第１防振部材
１ｆ 第２防振部材
１ｇ 第３防振部材
２ ベースフレーム
３ ＡＺフレーム
４ ＥＬフレーム
５ 光学機器
６ ペイロード部
８ 取付プレート
９ 第３方向直動ガイド
１０ 第３方向可動子
１１ 第２方向ベースプレート
１２ 第２方向直動ガイド
１３ 弾性体ベース
１４ 第２弾性体
１５ 第２方向可動子
１６ 第１方向ベースプレート
１７ フレーム
１８ 第１方向可動子
１９ 第１方向直動ガイド
２０ 第１弾性体
２１ 第３弾性体

Claims (8)

1. ジンバル機構のフレームの内側に取り付けるフレーム取付部材と、ペイロードを取り付けるペイロード取付部材と、前記フレーム取付部材と前記ペイロード取付部材との間に配設された複数の中間部材と、でなる部材群と、
   第１防振部材と、
   第２防振部材と、
   第３防振部材と、
   を備え、
   前記部材群は、前記フレーム取付部材から前記ペイロード取付部材へ向かう方向である第１方向に移動可能な第１部材と、前記第１方向に直交する第２方向に移動可能な第２部材と、前記第１方向に直交する第３方向に移動可能な第３部材と、を有し、
   前記第１防振部材は、前記第１部材の前記第１方向への移動を制限するように配設され、
   前記第２防振部材は、前記第２部材の前記第２方向への移動を制限するように配設され、
   前記第３防振部材は、前記第３部材の前記第３方向への移動を制限するように配設される、
   防振装置。
2. 前記第１防振部材、前記第２防振部材、及び前記第３防振部材のうちの少なくとも２つは、異なる防振特性をもつ、
   請求項１に記載の防振装置。
3. 前記第３方向は、前記第２方向と直交する方向である、
   請求項１又は２に記載の防振装置。
4. 前記第２防振部材は、前記第２部材における前記第２方向の両端のそれぞれに配設され、
   前記第３防振部材は、前記第３部材における前記第３方向の両端のそれぞれに配設される、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の防振装置。
5. 前記第３部材は、前記フレーム取付部材である、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の防振装置。
6. 前記第１部材は、前記ペイロード取付部材であり、
   前記第１防振部材は、前記ペイロード取付部材における前記ペイロードを取り付ける側とは反対側に配設される、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の防振装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の防振装置と、
   前記ジンバル機構と、
   前記ペイロードとして前記ペイロード取付部材に取り付けられた光学機器と、
   を備えた光学製品。
8. 前記ペイロードにおける前記第１方向の両端のそれぞれに、前記防振装置が配設される、
   請求項７に記載の光学製品。

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