JP4257317B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

この発明は、偵察、警戒、監視等を目的として航空機等の移動体に搭載され、可視や赤外線等から画像を得るために使用される撮像装置に関し、更に詳しくは、撮像装置のジンバルの二重化を可能にできるとともに、大きな消費電力に対応可能な放熱量を確保でき、かつ、航空機への搭載という特有の条件をも満足し得る撮像装置に関する。

従来より、偵察、警戒、監視等を行うための撮像装置を搭載した航空機や船舶等が知られている。このような航空機等の飛行・航行中においては、外部環境の影響により機体・船体が、ピッチ（上下方向）・ヨー（左右方向）・ロール（傾き方向）方向に振られる。このため、上記撮像装置の視軸のブレが発生してしまい、目的・任務を達成し得る安定した映像を得ることが難しい場合がある。

そこで、有効な映像を得ることができるように、上記撮像装置を、ジンバル（ｇｉｍｂａｌ）と言われる回転軸を有する機構に設置する手段が実用化されている。すなわち、２軸（ピッチ方向およびヨー方向）、または必要に応じて３軸（ロール方向およびピッチ方向およびヨー方向）に回転軸を有し、視軸のブレをなくす視軸安定性能（または空間安定性能）を備えたジンバル撮像装置（以下、単に「撮像装置」と称する）が実用化されている。

なお、上記ピッチ方向とはエレベーション（ＥＬ）方向のことを言い、ヨー方向とはアジマス（左右）方向のことを言い、ロール方向とは傾き方向のことを言う。また、視軸安定性能（空間安定性能）とは、目標物体が移動する場合や、撮像装置を備えた航空機・船舶自身が移動中に揺れる場合において、撮像装置の視軸が常に目標物体に向けられるように各可動軸の駆動制御を行う機能である。このような撮像装置にあっては、上記ジンバル機構の性能向上がシステム性能の向上に有効であり、昼夜を問わず安定した視認性能を備えていることが要求される。

以下、２軸ジンバルを有する従来の赤外線の撮像装置１００を例にして説明する。図１１に示すように、撮像装置１００は、一般的には、航空機・船舶に設けられた固定台４００にベース部１３９が回転自在に設けられている。すなわち、撮像装置１００は、運用に適した空間安定性能を得るため、ＥＬ軸３０１およびアジマス（ＡＺ）軸３０２の２つの回転軸を有している。ここで、図１１は、従来の撮像装置を示す斜視図である。

また、この撮像装置１００は、運用・設置する外部環境に合わせて、パッキンやシール等でその外部環境と隔離した殻構造（気密構造）を有したピッチ方向回転構造体１２４を備えている。このピッチ方向回転構造体１２４は、赤外線エネルギーから画像を得るため撮像ユニットを内蔵し、その撮像ユニットが使用する波長帯域を透過するための光学窓（光学系）１０９を備えている。なお、符号３０４は、上記撮像ユニットの視軸を示している。

また、ピッチ方向回転構造体１２４は、ＥＬ軸３０１に対して回転自在となるように固定部構造体１３８によって支持されている。また、この固定部構造体１３８は、ＡＺ軸３０２に対して回転自在となるようにベース部１３９を介して固定台４００に設けられている。

また、撮像装置１００は、図１２に示すように、赤外線等、物体が放射する波長帯のエネルギーを集光する光学レンズ（光学系）１１１と、集光され受光面に投射されたエネルギーを検出する赤外線検知器１１０と、赤外線検知器１１０が出力する光電流を増幅する増幅回路４０３と、その増幅信号を処理する信号処理回路４０４と、ビデオ回路４０５と、映像表示するためのモニタ４０６とを備えている。ここで、図１２は、撮像装置の概要を示すブロック図である。

さて、上記のような撮像装置１００において、探知・識別性能を向上させるためには、受信帯域の異なるセンサを撮像装置１００内部に収納し、いわゆるマルチセンサ化することが考えられる。この場合、内部で消費される電力は当然ながら多くなるため、発生する熱量も増加する。航空機の飛行中は、高度上昇による外気温度の低下のほか、飛行中の空気の流れによって、撮像装置１００内部に発生する熱量は十分に放熱可能である。

しかしながら、飛行前における地上動作点検時や地上試験時等、特に夏場等や直射日光に曝される場合は、内部に設置する撮像ユニットの発熱量が外気への放熱量よりも多くなり、センサやその他電子回路への熱的ダメージが発生する場合がある。

この対策として、従来は、撮像装置１００を大型化させ、放熱面積を確保するほか、地上における撮像装置の使用に制限を設けて対処していた。また、図１３に示すように、地上における運用では、撮像装置１００の近傍に放熱を満足する大型のファンや冷風機等の外部冷却装置４０２を設置し、強制空冷により放熱する必要があった。ここで、図１３は、地上運用時に外部冷却装置によって撮像装置を冷却する様子を示す正面図である。

このため、外部冷却装置４０２等の設備を地上運用の度に準備する必要が生じ、運用準備工数の増加、設備コストの増加を招いていた。また、必要放熱量を満足するため、放熱面積を確保できるようにピッチ方向回転構造体１２４を大型化した場合、装置質量の増加、並びに航空機のドラッグが増し、航空機の航続距離が短くなる等の運用面に関するデメリットが生じてしまう。

このような問題を解決すべく、内部発熱量が比較的大きな撮像装置１００では、図１４に示すように、ピッチ方向回転構造体１２４の内部に内部冷却ファン５０５を設けて内部空気１２１を循環させる一方、ピッチ方向回転構造体１２４と固定部構造体１３８の隙間に放熱フィン１４２を設け、外部冷却ファン５０４により放熱フィン１４２に外部空気（冷却空気）１２２を送ることにより撮像ユニット１１３を冷却していた。

すなわち、この例では、ピッチ方向回転構造体１２４内に実装される撮像ユニット１１３を冷却するためにより冷却空気流量が必要なため、冷却ファン５０４，５０５を設置し、強制空冷により放熱していた。ここで、図１４は、従来の撮像装置の放熱構造を示す原理図である。

なお、図中の符号４１０は、熱伝導性の良い撮像ユニット支持体を示している。また、図中の矢印に付した符号２０１は対流による放熱、符号２０２は輻射による放熱、符号２０４は内部空気１２１の流れ、符号２０５は熱伝導による放熱、符号２０８は外部空気１２２の流れ、を示している。

また、内部発熱量が更に大きな撮像装置１００では、図１５に示すように、図１４に示した構成に加え、ピッチ方向回転構造体１２４を貫通する冷却ダクト５１０と、この冷却ダクト５１０に放熱フィン５１１と冷却ファン５０７とを更に設けて、内部発熱を強制空冷により放熱していた。ここで、図１５は、従来の他の撮像装置の放熱構造を示す原理図である。

なお、その他の関連する従来技術として、つぎのようなものが公知である。すなわち、航空機用赤外線撮像機において、固定部に冷却ファンを取り付け、その冷却ファンにより機体内の空気を撮像装置カバーに吹き付けることで放熱を促進する技術が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

また、移動体に搭載されるフライホイール蓄電装置において、筐体の外部に放熱フィンを設けることにより、当該装置の放熱性を向上させる技術が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。

実開平５−５６８００号公報 特開２００３−８８０４０号公報

ところで、撮像装置１００の探知・視認性能は、各波長帯ごとに撮像性能に特色を持つセンサを複数設けることにより、更に向上することが知られている。たとえば、可視センサ、中赤外センサ、遠赤外センサの３つのセンサを用いた画像複合処理を行うことにより、探知・視認性能が向上する。

また、この探知・視認性能を向上させる他の手段として、各センサの多素子化と光学倍率の向上を併せて高解像度化させ、更に撮像装置１００の視軸安定性能（画像のブレ防止）を向上させる手段がある。

この視軸安定性能の向上には、撮像装置１００全体やこの装置内部に設置するセンサ類を機体または筐体からサスペンション構造等によりフローティング化して免振し、いわゆるジンバルの二重化（ジンバル構造を備えたものに更にジンバル構造を付加すること）を図ることにより、振動を始めとする複合環境条件下に曝されても安定した視軸安定を確保することができる。

また、撮像装置１００は、可視・赤外線映像装置に限らず、高画質・高解像度の一途をたどっている一方で、低価格化・小型軽量化・小エネルギー化を両立することが、製品価値を向上させ、顧客満足度を得るキーとなっている。

また、航空機等の過酷な環境下で運用する撮像装置１００は、空力によって抗力が発生し、視軸安定性を始め機体飛行性能に大きく影響することから、撮像装置１００の小型軽量化はますます重要である。

しかしながら、上述のような観点を考慮すると、図１４に示した従来技術を航空機に適用する場合、空力抵抗が装置性能や機体性能に大きく影響するため、ピッチ方向回転構造体１２４の外表面全体に凹凸を設けることはできず、放熱フィン１４２を設けられる箇所は、固定部構造体１３８側の側面部のみに限定される。

このため、撮像装置１００の性能を向上（探知識別性能の向上等）するための一例である多波長センサの搭載等、消費電力の増加に対して放熱量が確保できないという問題が生じていた。

また、図１５に示した従来技術にあっては、ピッチ方向回転構造体１２４を貫通する冷却ダクト５１０を設けているため、アクセスカバー５０９等の継ぎ手設置部位５０８において継手等の部材並びに気密処置が必要となり、製品コストが増加するほかメンテナンス工数も増加するという問題があった。

また、将来的には、高解像度の映像を視軸ブレ無く得られるように、視軸安定性能の更なる向上が要請される。このため、上述したジンバルの２重化を図ることが求められるが、上述した放熱構造では発熱部と筐体を冷却ダクト５１０によって固定することから、ジンバルの２重化が物理的に困難となり、２重ジンバル装置の放熱構造に適用できないという問題もあった。

また、上記二重ジンバル構造の場合、防振構造を採用することにより、発熱量の大きいセンサ部（図示せず）を筐体表面に実装するのが困難となり、また当該センサ部を筐体に支持し伝導により放熱するための熱パスを設けることが困難となるため、撮像装置１００内部にこもる熱量が大きくなってしまうという問題もあった。

以上により、視認性能向上による発熱量の増加、更に撮像装置１００内部にこもる熱量との関係で、設計上求められる筐体外面から周囲環境への放熱量はこれまで以上に必要となり、従来の放熱構造よりも高効率かつ大容量の放熱構造の提供が今後のシステム性能向上の成立に必須である。

更に、撮像装置１００を航空機に搭載する場合、空力学的観点から、撮像装置１００の全体形状が従来のほぼ球形から著しく外れることは許されず、また重心バランスをも考慮しなければならないため、これらを満足できる放熱構造の提供が望まれていた。

なお、特許文献１に係る従来技術にあっては、空気を上記カバーに吹き付けているだけであるので、撮像装置の更なる高性能化に伴って発生する高発熱量を冷却するには、上記カバーだけでは伝熱面積が確保できない。また、冷却ファンを大型化して冷却風量を確保しようとすると、固定部が肥大化してしまい、撮像装置の小型・軽量化が実現できなくなる。このため、撮像装置の冷却性能に限界が生じ、上記高性能化に対応できなくなる虞があった。

また、特許文献２に係る従来技術にあっては、筐体の外部に放熱フィンを設けているが、筐体全体の形状が考慮されていない。すなわち、航空機等の高速移動体に搭載される撮像装置は、空力学的観点から、撮像装置の全体形状が従来のほぼ球形から著しく外れることは許されず、また重心バランスをも考慮しなければならないため、航空機等に搭載される撮像装置に対して上記従来技術をそのまま適用することはできなかった。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、撮像装置のジンバルの二重化を可能にできるとともに、大きな消費電力に対応可能な放熱量を確保でき、かつ、航空機への搭載という特有の条件をも満足し得る撮像装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、光学系から入力された光線に基づいて目標物を撮像する撮像ユニットと、前記撮像ユニットを防振手段を介して気密に内蔵するとともに、外形形状が球状に形成された筐体と、前記筐体を少なくとも２軸方向に回転させることにより前記撮像ユニットの撮像方向を変化させる撮像方向制御手段と、前記筐体の内部に設けられ、前記撮像ユニットに冷却風を供給する内部冷却ファンと、前記筐体の外形より飛び出さないように形成された冷却ダクトと、前記冷却ダクトの前記撮像ユニット側に設けられた放熱フィンと、前記冷却ダクトに冷却風を導入する外部冷却ファンと、を備えたことを特徴とするものである。

また、本発明は、前記放熱フィンと前記冷却ファンは、外部に露出しないようにカバー部材で覆われて放熱手段を構成していることを特徴とするものである。

また、本発明は、前記放熱手段を備えた前記筐体の質量中心が当該筐体の一の回転中心に対して一致し、または近づくように前記放熱手段を配置したことを特徴とするものである。

また、本発明は、前記内部冷却ファンは、前記冷却ダクトの近傍であって、前記撮像ユニットまたは前記筐体内面の少なくとも一方に設けられたことを特徴とするものである。

また、本発明は、前記筐体内の温度に応じて前記外部冷却ファンの作動または停止を切り替えるサーモスイッチを備えたことを特徴とするものである。

この発明によれば、筐体の外形より飛び出さないように凹設された冷却ダクト内に放熱フィンと外部冷却ファンとが収納されているので、空力変動等の空間安定性能を阻害することがない。したがって、筐体を回転駆動させる撮像方向制御手段（たとえば、モータ）の小型化が可能となり、撮像装置の小型軽量化・低消費電力化が可能となる。また、冷却ダクトに放熱フィンおよび外部冷却ファンを設け、冷却空気を強制的に供給することにより、優れた放熱効率が得られる。このため、従来に比べて放熱面積を小さくでき、撮像装置の小型軽量化を図ることができる。したがって、将来予想されるジンバルの二重化を採用する撮像装置であっても、高効率かつ大容量の放熱構造により必要な放熱量を確保できるので、撮像装置の性能向上およびシステム成立に大きく寄与することができる。

また、この発明によれば、放熱フィンと冷却ファンは、外部に露出しないようにカバー部材で覆われて放熱手段を構成しているので、筐体とカバー部材とを滑らかにつなげることにより、筐体に凹凸がほとんど無く、ほぼ球形状（従来形状）を確保することができる。したがって、撮像装置を航空機に搭載しても空力学的特性を損なうことがないので、筐体を回転駆動させる撮像方向制御手段（たとえば、モータ）の小型化が可能となり、撮像装置の小型軽量化・低消費電力化が可能となる。

また、この発明によれば、筐体が一の回転軸回りに回転駆動される際の慣性モーメント、すなわち駆動トルクを小さくすることができ、撮像方向制御手段（たとえば、モータ）の小型化と、駆動消費電力を低減することができる。

また、この発明によれば、内部冷却ファンを、放熱性の高い冷却ダクトの近傍に配置することで、伝熱効率を促進し、放熱性を更に高めることができる。

また、この発明によれば、外部環境温度が低く、外部冷却ファンによる冷却が不要な場合には、サーモスイッチにより外部冷却ファンを非作動（停止）状態に切り替え、必要時にのみ作動させることによって、低消費電力化や外部冷却ファンの長寿命化が可能となる。

以下に、この発明に係る撮像装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、この発明の実施例に係る撮像装置の放熱構造を示す原理図、図２は、撮像装置の熱交換フローを示す原理図、図３は、撮像装置の側面部の放熱構造を示す原理図である。

また、図４は、撮像装置を示す正面斜視図であり、図中には二点鎖線でピッチ方向回転構造体１２４の範囲を示してある。図５は、撮像装置を示す背面斜視図、図６は、冷却ダクト用カバー部を取り外した撮像装置を示す背面斜視図、図７は、冷却ダクト用カバー部を取り外した撮像装置を示す正面図である。

また、図８は、内部冷却ファンの撮像ユニットへの固定構造を示す斜視図、図９は、内部冷却ファンの撮像ユニットへの固定構造を示す断面図である。なお、以下の説明において、すでに説明した部材と同一もしくは相当する部材には、同一の符号を付して重複説明を省略または簡略化する。

本実施例に係る撮像装置１００は、図４および図５に示すように、航空機の固定台（図示せず）へ設置され、エレベーション方向の回動を可能とするＥＬ軸３０１と、アジマス方向の回動を可能とするＡＺ軸３０２を有した構造となっている。

そして、各軸３０１，３０２には、従来の撮像装置１００と同様に、モータ（撮像方向制御手段）や角度検出器を備えており、これらの駆動制御処理により空間安定性能を有するように構成されている。なお、撮像装置１００の制御装置は、上述した従来技術に係る図１２に示した構成と同様であるので、重複説明を省略する。

つぎに、撮像装置１００の放熱構造について詳細に説明する。図１に示すように、アルミニウム若しくはアルミニウム合金によりほぼ球形に形成された撮像装置１００の筐体は、本体をなすハウジング（筐体）１０３と、このハウジング１０３の前部を密閉して覆うフロントカバー（筐体）１１４と、ハウジング１０３の後部を覆うリアカバー（筐体）１０１とから構成されている。

そして、このリアカバー１０１は、更にハウジング１０３の後部を密閉して覆うハウジング側カバー部１０１ａと、このハウジング側カバー部１０１ａとの間に冷却ダクト１３０を構成し、このハウジング側カバー部１０１ａの後部を覆う冷却ダクト用カバー部（カバー部材）１０１ｂとからなっている。

すなわち、フロントカバー１１４とハウジング１０３とハウジング側カバー部１０１ａは、内部に設置された撮像ユニット１１３等を外部環境から守るため、密閉構造となっている。

撮像ユニット１１３の周囲には、放熱フィン１１３ａが設けられている。また、撮像ユニット１１３の内部には、赤外線検知器１１０等の発熱体を冷却するために、循環冷却タイプの公知の冷却手段を備えている。

フロントカバー１１４の前面の所定位置には、赤外線検知器１１０の波長帯域を透過する光学窓１０９が設置されている。

ハウジング１０３の内部には、前方視野の目標物体を撮像するために撮像ユニット１１３が防振部材１２８を介して設けられている。この防振部材１２８は、公知の球面軸受等によって３軸方向に動作可能に構成されている。

また、この防振部材１２８を熱伝導性の良好な材料にて形成することにより、撮像ユニット１１３からハウジング１０３への熱伝導を向上させ、放熱性を高めることができる。

また、リアカバー１０１の内部には、電源を供給する電源装置や回路部品等の発熱部品１１２が設置されている。この発熱部品１１２は、放熱フィン１１２ａを備え、この放熱フィン１１２ａが冷却ダクト１３０側に露出するようにハウジング側カバー部１０１ａに設置するようにしてもよく、あるいはリアカバー１０１が放熱フィン１１２ａを共有するように構成してもよい。

ハウジング１０３の後面には、撮像装置１００全体を冷却するためのクーリング部１１９を有する。このクーリング部１１９は、ハウジング側カバー部１０１ａと冷却ダクト用カバー部１０１ｂとの間に形成され外部空間と連通する冷却ダクト１３０と、この冷却ダクト１３０内のハウジング側カバー部１０１ａに設置された外部冷却ファン１０４と、ハウジング側カバー部１０１ａの内面に形成された内側放熱フィン１０８と、ハウジング側カバー部１０１ａの外面に形成された外側放熱フィン１０７とから構成されている。

すなわち、クーリング部１１９の冷却ダクト１３０は、ハウジング１０３の内部を貫通したものとはせず、リアカバー１０１の一部に凹部を形成し、その上から外形同形状の冷却ダクト用カバー部１０１ｂを付加することによって構成されたものである。

これにより、撮像装置１００の全体形状を従来と同様にほぼ球形に維持することができ、また外部冷却ファン１０４や外側放熱フィン１０７が外部に露出していないので、空力学的特性を損なうことがない。

また、クーリング部１１９は、リアカバー１０１に設置され、撮像装置１００全体の質量中心位置が、ＥＬ軸３０１（駆動軸）の回転中心１２３に一致するように（またはできるだけ近づくように）レイアウトされている。

これらの放熱フィン１０７，１０８は、放熱効率の良い、いわゆるピン型フィンにて形成されている。冷却ダクト１３０は、外部冷却ファン１０４の動作によって吸気口１３１から導入された冷却空気が排気口１３２からスムーズに排出される流路構造となっている。

なお、外部冷却ファン１０４は、野外に曝されるため、耐候性を有したものとなっている。また、外部冷却ファン１０４の駆動回路等は、発熱部品１１２内の基板に設けられている。また、吸気口１３１および排気口１３２には、塵や虫等の進入を抑制し、清掃等のメンテナンスをし易くするために、図示しない適宜のフィルタ部材や網部材が設けられている。

また、 ハウジング側カバー部１０１ａの内方には、内部冷却ファン１０５が後述する防振手段（図８および図９参照）を介して撮像ユニット１１３に設置されている。そして、この内部冷却ファン１０５は、内側放熱フィン１０８に向けて内部空気１２１を吹き付け可能な位置に設置されている。

このように、放熱性の高い冷却ダクト１３０（もしくは内側放熱フィン１０８）の近傍に内部冷却ファン１０５を配置することで、伝熱効率を促進し、放熱性を更に高めることができる。

また、外部環境を把握する手段として、内部空気１２１の温度を検知し、外部冷却ファン１０４の作動または非作動を切り替えるためのサーモスイッチ１２０が、ハウジング側カバー部１０１ａに設けられている。

このサーモスイッチ１２０は、外部冷却ファン１０４に電気的に接続され、たとえば内部空気１２１の温度が０℃で外部冷却ファン１０４が非作動となり、１０℃で作動する仕様のものを用いることができる。

なお、撮像装置１００の側面部の放熱構造は、図３に示すような従来と同様の構成となっている。すなわち、ピッチ方向回転構造体１２４の側面部には放熱フィン１４２が設けられており、この放熱フィン１４２に外部空気１２２を吹き付ける側面冷却用ファン１４０を備えている。

撮像装置１００の放熱構造の原理は、図１〜図３に示した通りであるが、本原理を実機に適用する場合には、たとえば図４〜図９に示すように構成することができる。すなわち、図６および図７に示すように、ハウジング側カバー部１０１ａ外面に遮蔽リブ１５０，１５１を設けることにより、ほぼ逆Ｕ字状の空気流路となるように、冷却ダクト１３０を２系統設けてある。そして、各流路の中央付近に外部冷却ファン１０４が設置されている。これにより、放熱径路を長く確保し、放熱効率を高めている。

また、ハウジング側カバー部１０１ａ外面には、多数の外側放熱フィン１０７が設けられている。なお、図７中の符号１５５は、冷却ダクト用カバー部１０１ｂをハウジング側カバー部１０１ａにねじ止めするためのねじ穴である。

また、内部冷却ファン１０５の一部は、図８および図９に示すように、ダンパゴム１６５、ベース金具１６０、フローティング金具１６２等の防振手段を介して撮像ユニット１１３に設けられている。

すなわち、内部冷却ファン１０５は、ベース金具１６０に対してダンパゴム１６５、ブッシュ１６４、フローティング金具１６２、ファン固定金具１６３、ワッシャ１６６およびねじ１６７によって、ベース金具１６０に対して振動エネルギーを付与しにくくなるように固定されている。

このベース金具１６０は、ねじ穴１６１に図示しないねじを通して撮像ユニット１１３に固定されている。これにより、内部冷却ファン１０５からの振動に基づく撮像ユニット１１３の視軸ブレの発生を抑制することができる。

つぎに、撮像装置１００の放熱構造に係る熱交換作用等について図１〜図３、図６および図７に基づいて説明する。ここで、図中の矢印に付した符号２０１は対流による放熱、符号２０２は輻射による放熱、符号２０３は冷却空気の流れ、符号２０４は内部空気１２１の流れ、符号２０５は熱伝導による放熱、符号２０６は強制空冷による熱伝達、符号２０７は輻射による熱伝達、符号２０８は外部空気１２２の流れ、を示している。

図１では、外部空気１２２の温度が高温状態(たとえば、地上において夏場を想定した温度：＋３５℃)における状態を示している。この時、クーリング部１１９に設けられた外部冷却ファン１０４は動作している。

その一方で、撮像ユニット１１３は動作して一定の電力を消費し、消費された電力は熱に変換されている。この変換された熱は、内部冷却ファン１０５により強制空冷され、対流によって内部空気１２１からハウジング１０３等の内面側へ熱伝達されるほか、輻射によって直接、ハウジング１０３の内面かリアカバー１０１の内面へ熱伝達される。

また、ハウジング１０３等の内面側へ移動した熱は、温度の高い内面側から温度の低い外面側へと熱伝導により移動する。そして、ハウジング１０３等の外面に移動した熱は、外部空気１２２へ以下に示すように移動する。

撮像ユニット１１３からの発熱量とピッチ方向回転構造体１２４全体からの熱放出量が等しくなった時、撮像装置１００はある一定温度になったと言える。しかしながら、発熱量の方が熱放出量よりも大きく、「発熱量＞熱放出量」が成り立つ状態では、撮像ユニット１１３の温度は上昇し、使用する電子部品の許容周囲温度若しくは許容ジャンクション温度を超え、電子部品を壊すことになる。このため従来では、放熱面積を増やしたり、または冷却ファンや熱交換器を採用して放熱量を更に増やす必要があった。

本実施例に係る撮像装置１００では、放熱量を増加させる手段には、ピッチ方向回転構造体１２４の小型軽量化が求められること、運用環境が厳しい（たとえば使用温度範囲は、−５４℃〜＋５５℃等である）ことから、熱交換効率を高くすることが求められている。このため、上述したように、撮像装置１００全体の放熱を効率良く行える冷却ファン１０４，１０５を用いた信頼性の高い強制空冷方式を採用したのである。

さて、撮像装置１００をこのように構成したことにより、冷却ファン１０４，１０５が同時に動作すると、撮像装置１００内外の温度差（内部空気１２１の温度の方が外部空気１２２の温度よりも高い）によって、つぎのような熱伝達が行われる。

すなわち、撮像装置１００の内面側では、内部空気１２１が内側放熱フィン１０８へ強制対流および輻射により熱伝達する一方で、撮像装置１００の外部側では、外部冷却ファン１０４による強制空冷によってフレッシュな外部空気１２２が冷却ダクト１３０により導かれ、外側放熱フィン１０７から当該外部空気１２２へ熱伝達される。

なお、上記の吸熱・放熱は、ハウジング側カバー部１０１ａの表裏で行われているため、内面から外面間の熱的抵抗が非常に少なくて済む長所をも持ち合わせている。

また、図２は、外部環境温度が低温状態(たとえば０℃以下)以上における状態を示している。撮像装置１００には、０℃で外部冷却ファン１０４が非作動、＋１０℃で作動する仕様のサーモスイッチ１２０が設けられていることから、上記低温状態では外部冷却ファン１０４は動作していない。

このような温度条件の場合は、撮像ユニット１１３で使用されている電子部品の温度が上昇しても、その許容周囲温度若しくは許容ジャンクション温度を超えなければ、当該電子部品が熱破壊することはない。

航空機の飛行中は、撮像装置１００の周囲の外部空気１２２が常に流れているので、クーリング部１１９において外部冷却ファン１０４を作動させなくても、ピッチ方向回転構造体１２４全体が上記強制空冷により効率的に熱交換が行われる。

このため、「発熱量＝熱放出量」の関係が成り立つこととなり、撮像ユニット１１３で使用される電子部品の温度は、上記許容周囲温度若しくは許容ジャンクション温度を超えないので、当該電子部品が熱破壊されない。

以上のように、この実施例に係る撮像装置１００の放熱構造によれば、つぎのような効果を奏する。すなわち、ハウジング側カバー部１０１ａの外部に設けた外部冷却ファン１０４および外側放熱フィン１０７を、ハウジング１０３の後部外形より飛び出さないように冷却ダクト１３０内に収納し、更に上記後部外形と滑らかにつながるように同形状の冷却ダクト用カバー部１０１ｂを付加することによって、空力変動等の空間安定性能を阻害する影響を受けない。

したがって、ピッチ方向回転構造体１２４の外形形状は、凹凸がほとんど無く、ほぼ球形状を確保することができ、撮像装置１００を航空機に搭載しても空力学的特性を損なうことがないので、ジンバル駆動用のモータの小型化が可能となり、撮像装置１００の小型軽量化・低消費電力化が可能となる。

また、クーリング部１１９は、リアカバー１０１に設置され、撮像装置１００全体の質量中心位置が、ＥＬ軸３０１（駆動軸）の回転中心１２３に一致するようにレイアウトされているので、撮像装置１００のピッチ方向回転構造体１２４がＥＬ軸３０１回りに駆動される際の慣性モーメント、すなわち駆動トルクを小さくすることができ、図示しない駆動モータを小型化できる。したがって、重心バランス配慮した位置に放熱構造を設置しているので、撮像装置１００全体を小型軽量化でき、モータ駆動消費電力を低減することができる。

また、放熱フィン１０７，１０８および外部冷却ファン１０４を設け、外部空気１２２を強制的に循環させることにより、優れた放熱効率が得られる。このため、従来に比べて放熱面積を小さくできることから、撮像装置１００の小型軽量化を図ることができる。

また、冷却ダクト１３０は、フロントカバー１１４やハウジング１０３等の複数にわたる筐体内部を貫通せず、またピッチ方向回転構造体１２４外面から突出しないように構成されているので、冷却ダクト１３０の内外部の気密構造を確保するために、シール機能を有する継ぎ手やパッキン等を設ける必要がない。

このため、設計・製造が容易であり、設計・製造のためのコストも上記従来の貫通構造よりも少なくて済む。また、撮像装置１００を密閉構造とするためのシール箇所が少なくて済むことから、シールの信頼性も高い。

また、冷却ダクト１３０内の清掃等のメンテナンス時には、ハウジング１０３とハウジング側カバー部１０１ａとを分解せずに、冷却ダクト用カバー部１０１ｂのみを取り外して清掃するだけでよいので、メンテナンス性がきわめて良い。

また、外部環境温度が低く、クーリング部１１９の冷却が不要な場合には、サーモスイッチ１２０により外部冷却ファン１０４を非作動状態に切り替え、必要時にのみ作動させることによって、低消費電力化や外部冷却ファン１０４の長寿命化が可能となる。

このように、本実施例によれば、放熱性能の向上と信頼性の向上を確保しつつ、低コストでメンテナンス性の良い撮像装置１００の放熱構造を提供することができる。

また、将来予想される二重ジンバル化を採用する撮像装置１００であっても、高効率かつ大容量の放熱構造により必要な放熱量を確保できるので、撮像装置１００の性能向上およびシステム成立に大きく寄与することができる。

なお、上記実施例においては、内部冷却ファン１０５を撮像ユニット１１３に設けるものとして説明したが、これに限定されず、たとえば、図１０に示すように、内部冷却ファン１０５をハウジング側カバー部１０１ａに、ベース金具１６０やねじ１６７を用いて設けてもよい。

この場合、上記実施例と同様の効果を期待できるとともに、上記実施例で設けたダンパゴム１６５のような防振手段を設ける必要がなく、構造の更なる簡素化が可能である。ここで、図１０は、内部冷却ファン１０５のハウジング側カバー部１０１ａへの固定構造を示す断面図である。

なお、必要に応じて、内部冷却ファン１０５を撮像ユニット１１３およびハウジング側カバー部１０１ａの双方に設けてもよい。

また、上記実施例においては、メンテナンス等を考慮して、外部冷却ファン１０４を冷却ダクト１３０内のハウジング側カバー部１０１ａに設置するものとして説明したが、これに限定されず、冷却ダクト用カバー部１０１ｂに設置してもよい。

また、外部冷却ファン１０４および内部冷却ファン１０５の設置個数は、図示例のものに限定されず、要求される冷却能力や重量条件等に応じて、適宜増減してもよい。

また、赤外線から画像を得る撮像装置１００を例にして説明したが、これに限定されず、可視光線、中赤外線、遠赤外線その他の光線から画像を得る撮像装置についても、本発明を適用でき、上記と同様の効果を期待できる。

また、上記撮像装置１００を航空機に搭載する例について説明したが、これに限定されず、所望する時に所定の放熱性が求められ、視軸安定性能が要求される搭載対象であれば、船舶、自動車、その他の移動体であってもよい。

（付記１）光学系から入力された光線に基づいて目標物を撮像する撮像ユニットと、
前記撮像ユニットを防振手段を介して内蔵し気密に形成された筐体を少なくとも２軸方向に回転させることにより前記撮像ユニットの撮像方向を変化させる撮像方向制御手段と、
前記筐体の内部に設けられ、前記撮像ユニットに冷却風を供給する内部冷却ファンと、
を備えた撮像装置の放熱構造において、
前記筐体の一部に凹部を設けて冷却ダクトを形成し、当該冷却ダクトには、放熱フィンと、当該冷却ダクトに冷却風を導入する外部冷却ファンと、
を備えたことを特徴とする撮像装置の放熱構造。

（付記２）前記放熱フィンと前記外部冷却ファンは、外部に露出しないようにカバー部材で覆われて放熱手段を構成していることを特徴とする付記１に記載の撮像装置の放熱構造。

（付記３）前記放熱手段を備えた前記筐体の質量中心が当該筐体の一の回転中心に対して一致し、または近づくように前記放熱手段を配置したことを特徴とする付記２に記載の撮像装置の放熱構造。

（付記４）前記内部冷却ファンは、前記冷却ダクトの近傍であって、前記撮像ユニットまたは前記筐体内面の少なくとも一方に設けられたことを特徴とする付記２または３に記載の撮像装置の放熱構造。

（付記５）前記筐体内の温度に応じて前記外部冷却ファンの作動または停止を切り替えるサーモスイッチを備えたことを特徴とする付記１〜４のいずれか一つに記載の撮像装置の放熱構造。

（付記６）前記内部冷却ファンは、前記撮像ユニットに防振手段を介して設けられたことを特徴とする付記４に記載の撮像装置の放熱構造。

（付記７）前記筐体内に設けられた前記撮像ユニット以外の発熱体の一部を前記冷却ダクト側に露出させたことを特徴とする付記１〜６のいずれか一つに記載の撮像装置の放熱構造。

（付記８）前記放熱フィンは、ピンフィンであることを特徴とする付記１〜７のいずれか一つに記載の撮像装置の放熱構造。

（付記９）前記防振手段は、熱伝導性の良好な材料にて形成されていることを特徴とする付記１〜８のいずれか一つに記載の撮像装置の放熱構造。

以上のように、この発明に係る撮像装置の放熱構造は、航空機に搭載される撮像装置に有用であり、特に、撮像装置のジンバルの二重化を可能にできるとともに、大きな消費電力に対応可能な放熱量確保を目指す撮像装置に適している。

この発明の実施例に係る撮像装置の放熱構造を示す原理図である。 撮像装置の熱交換フローを示す原理図である。 撮像装置の側面部の放熱構造を示す原理図である。 撮像装置を示す正面斜視図である。 撮像装置を示す背面斜視図である。 冷却ダクト用カバー部を取り外した撮像装置を示す背面斜視図である。 冷却ダクト用カバー部を取り外した撮像装置を示す正面図である。 内部冷却ファンの撮像ユニットへの固定構造を示す斜視図である。 内部冷却ファンの撮像ユニットへの固定構造を示す断面図である。 内部冷却ファンのハウジング側カバー部への固定構造を示す断面図である。 従来の撮像装置を示す斜視図である。 撮像装置の概要を示すブロック図である。 地上運用時に外部冷却装置によって撮像装置を冷却する様子を示す正面図である。 従来の撮像装置の放熱構造を示す原理図である。 従来の他の撮像装置の放熱構造を示す原理図である。

符号の説明

１００ 撮像装置
１０１ リアカバー（筐体）
１０１ａ ハウジング側カバー部
１０１ｂ 冷却ダクト用カバー部（カバー部材）
１０３ ハウジング（筐体）
１０４ 外部冷却ファン
１０５ 内部冷却ファン
１０７ 外側放熱フィン
１０８ 内側放熱フィン
１０９ 光学窓（光学系）
１１０ 赤外線検知器
１１１ 光学レンズ（光学系）
１１２ 発熱部品
１１３ 撮像ユニット
１１３ａ 放熱フィン
１１４ フロントカバー（筐体）
１１９ クーリング部
１２０ サーモスイッチ
１２１ 内部空気
１２２ 外部空気
１２３ 回転中心
１２４ ピッチ方向回転構造体
１２８ 防振部材（防振手段）
１３０ 冷却ダクト
１３１ 吸気口
１３２ 排気口
１３８ 固定部構造体
１４０ 側面冷却用ファン
１４２ 放熱フィン
１５０、１５１ 遮蔽リブ
２０１ 対流による放熱
２０２ 輻射による放熱
２０３ 冷却空気の流れ
２０４ 内部空気の流れ
２０５ 熱伝導による放熱
２０６ 強制空冷による熱伝達
２０７ 輻射による熱伝達
２０８ 外部空気の流れ
３０１ ＥＬ軸
３０２ ＡＺ軸

Claims (6)

1. 光学系から入力された光線に基づいて目標物を撮像する撮像ユニットと、
   前記撮像ユニットを防振手段を介して気密に内蔵するとともに、外形形状が球状に形成された筐体と、
   前記筐体を少なくとも２軸方向に回転させることにより前記撮像ユニットの撮像方向を変化させる撮像方向制御手段と、
   前記筐体の内部に設けられ、前記撮像ユニットに冷却風を供給する内部冷却ファンと、
   前記筐体の外形より飛び出さないように形成された冷却ダクトと、
   前記冷却ダクトの前記撮像ユニット側に設けられた放熱フィンと、
   前記冷却ダクトに冷却風を導入する外部冷却ファンと、
   を備えたことを特徴とする撮像装置。
2. 前記放熱フィンと前記外部冷却ファンは、外部に露出しないようにカバー部材で覆われて放熱手段を構成していることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記放熱手段を備えた前記筐体の質量中心が当該筐体の一の回転中心に対して一致し、または近づくように前記放熱手段を配置したことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記内部冷却ファンは、前記冷却ダクトの近傍であって、前記撮像ユニットまたは前記筐体内面の少なくとも一方に設けられたことを特徴とする請求項２または３に記載の撮像装置。
5. 前記筐体内の温度に応じて前記外部冷却ファンの作動または停止を切り替えるサーモスイッチを備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の撮像装置。
6. 前記冷却ダクトは、導入される前記冷却風の流路を湾曲させる遮蔽リブを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の撮像装置。

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