JP4997244B2 - 信号エネルギー処理システム - Google Patents

Description

本発明はエネルギー信号（又は信号エネルギー）を発信及び受信する信号エネルギー処理システムに関する。

信号エネルギーを様々なポジションで送受信する装置は知られている。そのような装置の１例はビデオカメラ用の水平・垂直位置決め装置である。この技術では受信されている信号エネルギーは光学ビデオ信号である。典型的にはこの装置は垂直軸及び/又は水平軸周囲でビデオカメラを動かす２つのモータ機構を含む。よってビデオ信号はモータの選択的回転に基づいて様々なポジションで受信が可能である。この装置の弱点はその構造複雑性及び両モータ機構を収納するのに必要なスペースである。

信号エネルギーを様々なポジションで送信する別装置はレーダ発信/受信装置用の遠隔ミラーモジュールである。この装置では電波が反射エレメントに向けて発信される。この反射エレメントは約３６０°回転し、その範囲で電波を発信する。戻り電波は受信され、リバース経路に沿って読み取られる。この装置はレーダ波信号を約３６０°の方位範囲で回転させるが、発信/受信装置は静止状態に残る。多くの遠隔ミラーモジュールタイプの装置も反射エレメントの幾分かの天頂運動を行うことができる。

この構成の弱点はミラーを回転させる機構を送受信装置の反対側に設置する必要があることである。その結果、送受信装置又はミラー回転機構が主支持収容体から突き出し、損傷回避が困難なことである。さらに、送受信装置とミラー回転機構とを互いに上下関係で設置させると追加の支持構造が必要となり、送受信及び/又は読取経路の障害となることである。

信号エネルギーを検出する別タイプの装置は静的アレイである。簡単に説明すれば、静的アレイはフレーム周囲の様々な箇所に配置された複数のセンサーを含んでおり、様々な方向から入ってくる信号エネルギーを検出するものである。弱点は、静的アレイは固定されているため、その検出範囲が限定的であることである。

よって本発明の目的は、従来技術に関わるいくつかの弱点の少なくとも一部を克服し、有用な代替手段を提供することである。

好適態様における本発明の目的は、コンパクトサイズであって、安価に製造でき、２本の軸の周囲で信号エネルギーを送受信できる信号エネルギー処理システムを提供することである。

本発明の１特徴によれば、方位軸周囲を回転するように設置されており、その方位軸に対して傾斜した天頂面を提供する第１シャフトアセンブリと、その方位軸周囲を回転するように同軸的に設置された第２シャフトアセンブリと、その方位軸と交差し、方位軸に対して略垂直である処理エレメント軸周囲で回転するように回転式に設置された信号エネルギー処理エレメントと、その処理エレメント軸周囲で信号エネルギー処理エレメントを回転させる回転手段とを含んでいる信号エネルギー処理システムが提供される。この回転手段は次のうちの少なくとも１つを実行することができる。すなわち、（１）実質的に所定の経路軸に沿って進行し、信号エネルギー処理エレメントに入射する信号エネルギーを処理し、又は方位軸に沿って実質的に偏向する、又は（２）実質的にその方位軸に沿って進行し、信号エネルギー処理エレメントに入射する信号エネルギーを実質的に所定の経路軸に沿って偏向する、又は（３）信号エネルギー処理エレメントで発生された信号エネルギーを、実質的にその所定の経路軸に沿って進行させる。

好適には、信号エネルギー処理エレメントは方位軸上に設置され、信号エネルギーを偏向させる反射エレメントを含んでいる。信号エネルギーは、実質的に所定の経路軸に沿って進行し、反射エレメントに入射し、実質的にその方位軸に沿って進行する。反射エレメントは、実質的にその方位軸に沿って進行し、反射エレメントに入射する信号エネルギーを偏向し、実質的に所定の経路軸に沿って進行させる。

あるいは、好適には、信号エネルギー処理エレメントは実質的に所定の経路軸に沿って伝播し、その信号エネルギー処理エレメントに入射する信号エネルギーを検出するセンサー、又は信号エネルギーを発生させる信号エネルギー源を含む。

あるいは、好適には、信号エネルギー処理エレメントは実質的に所定の経路軸に沿って伝播し、その信号エネルギー処理エレメントに入射する信号エネルギーを検出するセンサーと、信号エネルギーを発生させる信号エネルギー源との両方を含む。

好適には、信号エネルギー処理エレメントは第２シャフトアセンブリに回転式に設置されている。

好適には、所定の経路軸は天頂面に対して平行である。

好適には、第２シャフトアセンブリは、天頂面に垂直なスキャン軸周囲を回転させる第１シャフトアセンブリによって規制される天頂エレメントを含む。

好適には、第１シャフトアセンブリに対する第２シャフトアセンブリの回転はスキャン軸周囲で所定の経路軸を回転させる。

好適には、信号エネルギー偏向手段又はデフレクターは処理エレメント軸周囲で回転するように第２シャフトアセンブリに回転式に設置された送信エレメントを含む。

好適には、天頂エレメントは所定の経路軸周囲で回転するように送信エレメントに回転式に設置される。

好適には、送信エレメントは信号エネルギー処理エレメントに所定の視野角度を提供するために所定の経路軸と共軸的に設置された開口絞りを含む。

好適には、その開口絞りはさらに保護平面ウィンドーをさらに含む。

別実施例では、開口絞りは入射及び/又は出射信号エネルギーを焦点処理又はコリメート処理する焦点エレメント又はコリメートエレメントをさらに含む。

好適には、コリメートエレメント又は焦点エレメントの少なくとも一方は開口絞りと処理エレメントとの中間に含まれる。

好適には、第１シャフトアセンブリは第２シャフトアセンブリの実質的外側に提供される。

好適には、第１シャフトアセンブリは少なくとも部分的に第２シャフトアセンブリ上でスリーブ処理されている。

好適には、反射エレメントの回転手段は、力学式ギヤ機構、力学式リンク機構、電気力学式サーボドライブ機構及び電子システムのうち少なくとも１機構を含んでいる。

添付の図面を利用して本発明の好適実施例を例示して解説する。図１は信号エネルギー処理エレメントがデフレクターである本発明の信号エネルギー処理システムの斜視図である。図２は部分的に分解されている状態の本発明の別実施例による信号エネルギー処理システムの斜視図である。図３は図１の信号エネルギー処理システムの側面図である。図４は図１の信号エネルギー処理システムの別斜視図である。図５は本発明の信号エネルギー処理システムの別実施例の斜視図であり、センサー・発信エレメントはシャフト機構に対してデフレクターの反対側に設置されている。図６は本発明の信号エネルギー処理システムの別実施例の斜視図であり、図１の実施例のデフレクター機構は検出器及び/又は発信機構と交換されている。

本発明は主として信号を発信、受信及び/又は適切な反射面で単に信号を反射する装置として開発された。従って本明細書においては、本発明は当該技術に関して解説されているが、本発明はこの利用分野に限定されるものではない。

添付の図面で図示するように所定の経路１２に沿って伝播する信号エネルギーを送信及び/又は受信する信号エネルギー処理システム１０が提供される。この信号エネルギー処理システムは方位軸１６周囲を回転するように取り付けられた外部シャフトアセンブリ１４と、その方位軸周囲を回転するように共軸的に取り付けられた内部シャフトアセンブリ１８とを含む。外部シャフトアセンブリは天頂面２０を形成するように延びている。天頂面２０は方位軸に対して傾斜している。“方位軸”あるいは“天頂面”とはこの信号エネルギーシステムに関連する意味合いで使用される。従ってシステム１０は地球的に定義される“方位軸”又は“天頂面”に対してどのような方位や角度でも位置決めすることが可能である。

システム１０のこの好適実施例の信号エネルギー処理エレメントは、関連発信手段６０から発信された信号エネルギーを反射する、あるいは関連センサー手段６０にエネルギー信号を送信するミラー形態の反射エレメント２２である。従って、センサー手段に付された番号６０は本発明の信号エネルギー処理システムの一部を構成する発信・センサー手段、あるいはその一部を構成しない発信・センサー手段を一般的に表す数字である。反射エレメント２２は方位軸１６と交差し、処理エレメント軸２４周囲を回転するために内部シャフトアセンブリ１８に取り付けられている。この目的で所定の経路軸１２は天頂面に対して平行に延び、反射エレメントに入射する。反射エレメント２２は特定の用途に照らして入射信号又は出射信号を偏向するどのような形状、材料、構造、あるいは機能性のものであってもよい。内部シャフトアセンブリ１８の代わりに、反射エレメント２２を送信エレメント３８に回転式に取り付けることが可能である。その後に送信エレメント３８は内部シャフトアセンブリ１８に取り付けられる。

天頂エレメント２８は天頂面２０に垂直なスキャン軸３０周囲を回転するように外部シャフトアセンブリ１４によって規制される。適切なベアリング手段（図示せず）によって回転するように外部シャフトアセンブリへ載置された内部シャフトアセンブリはその遠端部３６間で延びるシャフト３４を有する一般的に空洞であるフォーク部材３２を含んでいる。

送信エレメント３８は軸２４周囲を回転するようにシャフト３４に載置されている。送信エレメントは天頂エレメント２８に回転可能に載置された焦点開口部４０を含んでおり、その開口部は所定の経路軸１２と共軸的に維持され、天頂エレメントを所定の経路軸周囲で自由に回転させる。開口部４０の主な目的は視野角度を制限し、システムが信号の検出に使用される場合には検出エレメントに到達する背景音量を制限することである。開口部は、システムがスキャン信号エネルギー源として利用されるときにはシステムから発射される出力ビームの拡散も制限する。システムをエネルギー信号の受信と発信の両方に用いることもできる。利用形態によっては本好適実施例で開示した焦点光学部品の代わりに、開口部４０は単に保護平面ウィンドーを含むか、あるいはウィンドーを全く含まなくてもよい。開口部４０は焦点光学部品の代わりにコリメート部品を含むこともできる。焦点エレメント、コリメートエレメントあるいはその他のエレメントを開口部と信号エネルギー処理エレメントとの間に含むこともできる。信号処理エレメントが反射エレメント２２である本好適実施例では、光学部品は実際には開口部とセンサー・発信手段６０との間の何処にでも導入できる。典型的な利用形態ではカバー（図示せず）が構造体を覆ってそれらエレメントから保護し、さらに背景音を最小限化させる。

図２の実施例に示すように、焦点開口部４０から所定の経路軸１２に沿って進行する信号が方位軸１６に沿って偏向されるように、ギヤ機構２６は反射エレメントを軸２４周囲で回転式に駆動させる。逆に、方位軸に沿って、又は近接して反射エレメントの方向に進行する信号は所定の経路軸に沿って偏向され、焦点開口部を介して出射する。ギヤ機構２６は送信エレメントの回転からその入力を引き出し、反射エレメント２２を軸２４周囲で回転させる。この目的で、ギヤ機構は所定の経路軸１２に沿って進入する信号が方位軸に沿って反射されるよう反射エレメントの投射角度を維持する。同様にして方位軸に沿って進行し、反射エレメントに当たる信号は所定の経路軸に沿って反射される。前述の伝播は信号が平行に進行するか、あるいは方位軸に対して小さな角度で進行する場合にのみ発生する。伝播の臨界角はシステムの形状、特に開口部４０や反射エレメントのサイズ及びこれらの間の距離によって決定される。本好適実施例では、所定の経路軸は天頂面に対して平行である。しかしながら所定の経路軸が天頂面に対して傾斜するようにシステムを構築することができる。このような装置は同じ天頂角範囲を有するであろうが、この範囲は水平線に対して非対称的であろう。

ギヤ機構２６を力学式リンク機構、電気力学式サーボ機構及び電子システムあるいはこれらの組合せ等の適切な機構に代えることもできる。反射エレメント２２の要求される運動は、粗運動のための前述の方法の１つと反射エレメントの全部又は一部の精密運動のための別の方法との組合せでも達成できる。

外部及び内部シャフトアセンブリの両方の連帯回転は信号エネルギーデフレクター１０を方位軸１６周囲で回転させ、所定の経路軸１２の３６０°回転を提供する。さらに、外部シャフトアセンブリと内部シャフトアセンブリとの間の相対的回転は所定の経路軸を軸２４周囲で回転させる。

説明している実施例においては、外部シャフトアセンブリ１４は、天頂面２０を形成する環状で平面状である軸方向のエッジ４６を有する略空洞で略球状の本体部４４を形成するように延びている空洞シャフト４２の形態である。天頂エレメント２８は、天頂エレメントと外部シャフトアセンブリとの間のスライド係合のための環状で平面状の接合面５０を有するリング部４８を含んでいる。天頂エレメントは一対の回転式支持部５２と５４とをさらに含んでいる。それら支持部はそれぞれ送信エレメント３８の対応端部を支持している。外部シャフトアセンブリに回転式に接続されたベース５６が装置１０を支持するように提供されている。

本好適実施例では、天頂面は方位軸に垂直な面に対して４５度傾斜している。従って、天頂エレメント２８の回転の両端では、所定の経路軸１２は方位軸１６に垂直な面に対してプラスマイナス４５度の範囲で傾斜できる。しかしながら図示しないその他の実施例では、天頂面の傾斜角度と方位軸に垂直な面に対する所定の経路軸１２の傾斜角の対応範囲は利用形態によっては０度から略７０度の範囲で変化できるであろう。

操作において、内部シャフトアセンブリ１８が外部シャフトアセンブリに対して回転すると、フォーク部材３２は送信エレメント３８を方位軸１６周囲で回転させる。この結果、天頂エレメントがスキャン軸３０周囲を回転し、送信エレメントと所定の経路軸１２を軸２４周囲で回転させる。

本好適実施例の典型的な利用形態では、センサー・発信手段６０はシステムに進入する信号を検出するため、及び/又はシステムから送信される信号を発生させるためにシステム１０の下方に設置されている。

手段６０はビデオカメラの形態でよく、信号エネルギーは光又はビデオ信号の形態でよい。従って、外部シャフトアセンブリ及び内部シャフトアセンブリの選択された回転によってビデオカメラは全３６０度の方位範囲及び上下の天頂範囲の何処でも視認することができる。

さらに別の利用形態では、手段６０は電波送受信器の形態であり、信号エネルギーは方位軸に沿って進行し所定の経路軸に沿って偏向される電波である。反射波はその後に受信され、リバース経路を介して解読される。よって、デフレクター１０の継続的な回転は継続的な３６０度レーダースキャンを提供し、必要に応じて天頂範囲に沿ったバリエーションを提供する。

システムをレーザ距離計に使用することもできる。前述の説明から本開示システムを検出エレメント又はビデオカメラを用いた信号検出等の受動的利用形態、あるいは距離計又はレーダー等の能動的利用形態の両方に利用できる。

さらに、図１から図４に示す好適実施例では発信・センサー手段６０は内部シャフトアセンブリ１８内に収容されているか、又はその下方に設置されているが、図５に示すように反射エレメント２２の他方側に載置することもできる。反射エレメントは、反射エレメントによって偏向された後にセンサーの視野が常に開口部と整合するように好適実施例と同様の手段によって作動される。信号は内部シャフトを通過する必要がないため、空洞である必要はない。好適実施例と同様に、センサーは内部シャフトに取り付けられてアレイ型センサー内の画像回転を排除するか、又は信号エネルギー処理システムの動作から独立することもできる。

本発明の好適実施例で説明した信号エネルギー処理システム１０は、さらに重く、脆弱で比較的高価である部品を比較的固定状態に保つため、従来のものと比較して大きな梱包上の利点を提供する。開示システムは比較的コンパクトサイズで安価である。さらに、エネルギー送受信及びスキャンを方位軸及び天頂軸の両方に関して有利に実行できる。

本発明を特定の実施例について説明したが、別形態で実施することもできる。

例えば、本発明の別のセンサー形態の実施例では、図６に示すように反射エレメント２２と反射エレメントドライブをセンサーに代えることもできる。センサーはその視野が開口部４０と整合するように設置される。このように取り付けられているため、開口部が常に同心状である所定の経路軸は方位方向及び天頂方向へ移動するとき、センサー視野は開口部と整合状態を保つ。通常これは図６に示すようにセンサーを送信エレメントへ固定することによって達成できるであろう。センサーへの電力線及び信号線は通常は内部シャフトを通過する。このような形態はより単純であり、高速利用形態に特に適している。このような形態ではセンサーの構造複雑性がシステムの反応時間に不当に影響しないように、センサーの構造複雑性が代わりとなる反射エレメントシステムのものと同等である小型で軽量のセンサーを利用する。

センサーの代わりに、レーザ等の発信手段、又はセンサー・発信手段６０の組合せを反射エレメント２２の代わりか又はこれに追加して使用することもできる。

図１から図６で示す実施例において信号処理エレメントは方位軸１６に沿った特定箇所に配置されているが、これには限定されない。信号処理エレメントがセンサー又は信号源の形態であるとき、これを送信エレメント３８に沿った何処にでも設置できる。しかしながらこの場合、信号処理エレメントは方位軸１６と交差しないが、方位軸と交差し、方位軸と普通は垂直である軸２４の周囲で回転可能であろう。

図１は信号エネルギー処理エレメントがデフレクターである本発明の信号エネルギー処理システムの斜視図である。 図２は部分的に分解されている状態の本発明の別実施例による信号エネルギー処理システムの斜視図である。 図３は図１の信号エネルギー処理システムの側面図である。 図４は図１の信号エネルギー処理システムの別斜視図である。 図５は本発明の信号エネルギー処理システムの別実施例の斜視図であり、センサー・発信エレメントはシャフト機構に対してデフレクターの反対側に設置されている。 図６は本発明の信号エネルギー処理システムの別実施例の斜視図であり、図１の実施例のデフレクター機構は検出器及び/又は発信機構と交換されている。

符号の説明

１０ 本システム
１４ 第１シャフトアッセンブリ
１６ 方位軸
２２ 信号処理エレメント軸
２４ 処理エレメント軸

Claims (22)

1. 信号エネルギーを実質的に所定の経路軸に沿って進行方向付けるための信号エネルギー処理システムであって、
   方位軸周囲を回転するように設置された第１シャフトアセンブリと、
   前記方位軸周囲を回転するように同軸的に設置された第２シャフトアセンブリと、
   前記方位軸に対して傾斜した天頂面において、前記第１シャフトアセンブリによって規制され、且つ、前記天頂面に垂直なスキャン軸周囲を回転するように構成された天頂エレメントと、
   前記第２シャフトアセンブリに回転式に設置され、且つ、前記方位軸と交差するとともに前記方位軸に対して略垂直である処理エレメント軸の周囲を回転するように構成された送信エレメントであって、前記天頂エレメントが、前記所定の経路軸の周囲を回転するように、当該送信エレメントに回転式に取り付けられた、送信エレメントと、
   前記送信エレメント及び前記第２シャフトアセンブリの少なくとも一方に設置され、且つ、前記送信エレメントが前記処理エレメント軸の周囲を回転すると前記処理エレメント軸周囲を回転するように構成された信号エネルギー処理エレメントであって、当該信号エネルギー処理エレメントの投射角度を維持する、信号エネルギー処理エレメントと、を備え、
   前記第１シャフトアセンブリに対する前記第２シャフトアセンブリの回転によって、前記送信エレメントが前記方位軸周囲を回転して、前記天頂エレメントが前記スキャン軸周囲を回転して、前記送信エレメント及び前記所定の経路軸が前記処理エレメント軸周囲を回転することを特徴とする信号エネルギー処理システム。
2. 前記信号エネルギー処理エレメントは、前記方位軸上に設置された反射エレメントを含んでおり、前記反射エレメントは、実質的に前記所定の経路軸に沿って進行して前記反射エレメントに入射し、実質的に前記方位軸に沿ってエネルギー信号を偏向し、且つ、実質的に前記所定の経路軸に沿って進行して前記反射エレメントに入射し、前記所定の経路軸に沿ってエネルギー信号を偏向するように配置されていることを特徴とする請求項１記載の信号エネルギー処理システム。
3. 前記信号エネルギー処理エレメントは、実質的に前記所定の経路軸に沿って進行して前記信号エネルギー処理エレメントに入射する信号エネルギーを検出するセンサーを含んでいることを特徴とする請求項１記載の信号エネルギー処理システム。
4. 前記信号エネルギー処理エレメントは信号エネルギーを発生させる信号エネルギー源を含んでいることを特徴とする請求項１記載の信号エネルギー処理システム。
5. 前記信号エネルギー処理エレメントは、実質的に所定の経路軸に沿って進行して前記信号エネルギー処理エレメントに入射する信号エネルギーを検出するセンサーと、信号エネルギーを発生させる信号エネルギー源との両方を含んでいることを特徴とする請求項１記載の信号エネルギー処理システム。
6. 前記信号エネルギー処理エレメントは、前記送信エレメント及び前記第２シャフトアセンブリに回転式に設置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の信号エネルギー処理システム。
7. 前記所定の経路軸は前記天頂面に対して平行であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の信号エネルギー処理システム。
8. 前記第１シャフトアセンブリに対する前記第２シャフトアセンブリの回転は前記スキャン軸周囲で前記所定の経路軸を回転させることを特徴とする請求項１から５記載の信号エネルギー処理システム。
9. 前記天頂エレメントは前記所定の経路軸周囲で回転するように構成されていることを特徴とする請求項８記載の信号エネルギー処理システム。
10. 前記送信エレメントは前記信号エネルギー処理エレメントに所定の視野角度を提供するように所定の経路軸と共軸的に設置された開口絞りを含んでいることを特徴とする請求項９記載の信号エネルギー処理システム。
11. 前記開口絞りは保護平面ウィンドーを含んでいることを特徴とする請求項１０記載の信号エネルギー処理システム。
12. 前記開口絞りは、入射及び／又は出射信号エネルギーを焦点処理又はコリメート処理する焦点エレメント又はコリメートエレメントをさらに含んでいることを特徴とする請求項１０記載の信号エネルギー処理システム。
13. 前記開口絞りと前記信号エネルギー処理エレメントとの中間に配置された、コリメートエレメント又は焦点エレメントの少なくとも一方をさらに備えることを特徴とする請求項１０記載の信号エネルギー処理システム。
14. 前記第１シャフトアセンブリは、前記第２シャフトアセンブリに対する外部シャフトアセンブリを含むことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の信号エネルギー処理システム。
15. 前記第１シャフトアセンブリは前記第２シャフトアセンブリ上に部分的なスリーブを備えることを特徴とする請求項１４記載の信号エネルギー処理システム。
16. 前記信号エネルギー処理エレメントを前記処理エレメント軸周囲に回転させるための回転手段をさらに備え、前記回転手段は、前記送信エレメントの回転からその入力を引き出すことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の信号エネルギー処理システム。
17. 前記方位軸に垂直な面に対する前記天頂面の傾斜角度は０度から７０度の範囲であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の信号エネルギー処理システム。
18. 前記方位軸に垂直な面に対する前記天頂面の傾斜角度は４５度であることを特徴とする請求項１７記載の信号エネルギー処理システム。
19. 前記回転手段は、力学式ギヤ機構、力学式リンク機構、電気力学式サーボドライブ機構及び電子システムのうち少なくとも１機構を含んでいることを特徴とする請求項１６記載の信号エネルギー処理システム。
20. 前記第１シャフトアセンブリ及び前記第２シャフトアセンブリの連帯回転は、前記信号エネルギー処理エレメント及び前記所定の経路軸を前記方位軸周囲に回転させることを特徴とする請求項１から５記載の信号エネルギー処理システム。
21. 前記方位軸と前記スキャン軸と前記処理エレメント軸とは交差していることを特徴とする請求項１から５記載の信号エネルギー処理システム。
22. 前記方位軸と前記スキャン軸と前記処理エレメント軸と前記所定の経路軸とは交差していることを特徴とする請求項１から５記載の信号エネルギー処理システム。

Images