JP5881933B2

JP5881933B2 - ジンバル取付け光通信デバイス用システムおよび方法

Info

Publication number: JP5881933B2
Application number: JP2009237240A
Authority: JP
Inventors: ブライアン・ピー・バンチ; スティーヴ・モウリー; ポール・ファーガソン
Original assignee: Honeywell International Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 2008-10-15
Filing date: 2009-10-14
Publication date: 2016-03-09
Anticipated expiration: 2029-10-14
Also published as: US20100092179A1; JP2010096764A; EP2180543B1; EP2180543A1; US8180187B2

Description

様々なデバイスを単軸、２軸または３軸のジンバルに取り付けて、そのデバイスを所望の方向へ向けることを容易にすることができる。図１は、従来技術のレーダアンテナ１０２および２軸ジンバルシステム１０４を示す。レーダアンテナ１０２がジンバルシステム１０４に取り付けられると、レーダアンテナ１０２を所望の水平方向および／または垂直方向に向けることができる。ジンバルシステム１０４がモータを含む場合には、レーダ１０２をリアルタイムで特定の方向へ向けることができる。

例えば、レーダアンテナ１０２が航空機または船舶などの輸送機関に使用される場合、レーダアンテナ１０２を水平線に沿って左右に連続的に掃引し、それによって潜在的障害物の視像をレーダディスプレ上に生成することができる。もう一つの例として、レーダアンテナ１０２は、最強の反射信号を検出するように動かすことができ、この場合には、ジンバルシステム１０４上の複数の回転エンコーダまたは他のセンサが、レーダアンテナ１０２を向ける方向を決定するための位置情報をもたらす。したがって、決定されたレーダアンテナ１０２の向きに基づき、また、検出された対象の反射信号源について求められた距離範囲に基づき、指向性レーダシステムがその信号源の位置を特定することができる。

２軸ジンバルシステム１０４は、支持部材１０６を、そこから延びる１つまたは複数の支持アーム１０８と併せて含む。第１の回転部材１１０は、レーダアンテナ１０２が図示のＺ軸の周りを回転できるように、支持アーム１０８に回転可能に結合される。第１の支持部材１１０は、レーダアンテナ１０２が、Ｚ軸と直角をなす図示のＹ軸の周りを回転できるように、第２の回転部材１１２に回転可能に結合される。

ジンバルシステム１０４の可動部１１４は、所望の位置に向けることができる。可動部１１４に結合された１つまたは複数の接続部材１１６で、レーダアンテナ１０２をジンバルシステム１０４に固定する。モータ（図示せず）が回転部材１１０、１１２を動かし、それによってレーダアンテナ１０２を所望の方向に向ける。

ジンバルシステム１０４は、基台１１８に取り付けられる。基台１１８は、その中にレーダシステムの構成要素など様々な電子構成要素（図示せず）を任意選択で収容することができる。光通信デバイス１２０など、レーダアンテナ１０２に結合された電子構成要素は、光接続部１２２を介してレーダシステム（または他の遠隔のデバイス）と通信するように結合される。光通信デバイス１２０は、検出されたレーダエコーを光信号に加工し、次に、この光信号がレーダシステムに伝えられる。光接続部１２２は、光ファイバ接続とすることができ、これは、光通信デバイス１２０からの、レーダアンテナ１０２で検出されたレーダ信号反射に対応する光情報信号を伝達する。

図１に示されているように、光接続部１２２は、基台１１８に物理的に結合される。光接続部１２２は、ジンバルシステム１０４が光通信デバイス１２０およびアンテナ１０２を動かすときに曲がる。

長い時間が経つにつれて、光接続部１２２、および／またはそのそれぞれのアタッチメント１２４の箇所が、レーダアンテナ１０２をジンバルシステム１０４が動かすときに繰りかえされる屈曲により損傷し、場合により破損する可能性がある。レーダアンテナ１０２およびジンバルシステム１０４が航空機に配備されている場合などでは、光接続部１２２が破損すると危険な動作状態になる。すなわち、光接続部１２２の破損が、航空機のレーダシステムの故障を引き起こすことになる。したがって、レーダアンテナ１０２の安全で信頼性の高い動作を保証するために、光接続部１２２の破損を防止することが望ましい。

ジンバルシステム全体にわたって光信号を伝達するシステムおよび方法を開示する。例示的な一実施形態は、ロータおよびステータを備えた第１の光回転接合部と、ロータおよびステータを備えた第２の光回転接合部と、第１および第２の光回転接合部の各ステータに結合された光コネクタとを有する。第１の光回転接合部のステータは、ジンバルシステムの第１の回転部材に取り付けられる。第２の光回転接合部のステータは、ジンバルシステムの第２の回転部材に取り付けられる。第１の光回転接合部のロータに結合された第１の光接続部と、第２の光回転接合部のロータに結合された第２の光接続部とは、ジンバルシステムが光通信デバイスを所望の位置に向けるときに実質的に静止したままである。

好ましい実施形態および代替実施形態を次の図面を参照して以下で詳細に説明する。

従来技術のレーダアンテナおよび２軸ジンバルシステムを示す図である。光情報伝達ジンバルシステムの斜視図である。光情報伝達ジンバルシステムの実施形態で使用される例示的な光回転接合部の簡略化構成図である。光情報伝達ジンバルシステムの一実施形態の２つの光ファイバ回転接合部の向きを示す斜視図である。

図２は、光情報伝達ジンバルシステム２００の斜視図である。例示的な光情報伝達ジンバルシステム２００は、２軸ジンバルとして示されている。第１の光ファイバ回転接合部２０２および第２の光ファイバ回転接合部２０４は、光通信デバイス１２０と遠隔デバイス２０６の間の光通信路の一部である。光通信デバイス１２０および遠隔デバイス２０６は、光媒体を使用して互いに通信するように構成される。

第１の光ファイバ回転接合部２０２は、第１の回転部材２０８に組み込まれる。第１の回転部材２０８は、上述の第１の回転部材１１０と同様、レーダアンテナ１０２が図示のＺ軸の周りを回転できるように支持アーム１０８に回転可能に結合される。しかし、第１の回転部材２０８は、第１の光ファイバ回転接合部２０２を受け入れて固定するように構成される。

第２の光ファイバ回転接合部２０４は、第２の回転部材２１０に組み込まれる。第２の回転部材２１０は、上述の第２の回転部材１１２と同様、レーダアンテナ１０２が、Ｚ軸と直角をなす図示のＹ軸の周りを回転できるようにする。しかし、第２の回転部材２１０は、第２の光ファイバ回転接合部２０４を受け入れて固定するように構成される。

図３は、光情報伝達ジンバルシステム２００の実施形態で使用される例示的な光回転接合部３０２の簡略化構成図である。例示的な光回転接合部３０２は、図２に示された第１の光ファイバ回転接合部２０２および第２の光ファイバ回転接合部２０４に相当する。

光回転接合部３０２は、ロータ３０４、ステータ３０６、および任意選択の環３０８を備える。ロータ３０４内の穴３１０または同様のものが、光接続部３１２または他の光構造物の端部を受け入れるように構成される。一実施形態では、光ケーブルは、光回転接合部３０２から遠隔デバイス２０６まで延びる。ステータ３０６内の穴３１４または同様のものが、第２の光接続部３１６または他の光構造物の端部を受け入れるように構成される。任意選択の環３０８は、任意選択の複数の開口３１８を含み、そこを貫通するねじ、ボルトまたは他の適切な留め具を使用して、光回転接合部３０２をそのそれぞれの回転部材（図示せず）に固定することができる。いくつかの実施形態では、光接続部３１２の端部へのロータ３０４の結合を容易にし、かつ／または光接続部３１６の端部へのステータ３０６の結合を容易にするために、任意選択の環３２０または同様のものを含むことができる。

光回転接合部３０２は、光接続部３１２または他の光構造物の端部の光接続端３２２を領域３２６の近傍で固定するように構成される。さらに、光接続部３１６または他の光構造物の端部の第２の端部３２４が、領域３２６の近傍で固定される。したがって、光符号化信号を搬送する光が領域３２６を介して光接続端３２２、３２４間で伝わることができる。領域３２６は、光接続端３２２、３２４間の光の伝達を容易にするために、空気、ガス、屈折率整合ゲル、または屈折率が整合した他の材料を有することができる。

光接続部３１２、３１６の端部は、共通回転軸（Ｒ）に沿って一直線に合わせられる。ロータ３０４は、回転軸の周りを自由に回転する。光接続部３１２の端部がロータ３０４の穴３１０内に固定されているので、この回転部材は、光接続部３１２の端部にストレスを与えることなく自由に回転する。

図４は、光情報伝達ジンバルシステムの一実施形態の２つの光ファイバ回転接合部２０２、２０４の向きを示す斜視図である。第１の光ファイバ回転接合部２０２の回転軸は、光情報伝達ジンバルシステム２００のＺ軸に沿って位置合わせされる。第２の光ファイバ回転接合部２０４の回転軸は、光情報伝達ジンバルシステム２００のＹ軸に沿って位置合わせされる。第１の光ファイバ回転接合部２０２のステータ３０６と、第２の光ファイバ回転接合部２０４のステータ３０６とは光コネクタ４０２に、光信号をそこに通して伝達することができるように光結合される。光コネクタ４０２は、光ファイバケーブルの短い一部分、または導波路など他の適切な光コネクタでよい。第１の光ファイバ回転接合部２０２のステータ３０６が第１の回転部材２０８（図４に示さず）に取り付けられ、第２の光ファイバ回転接合部２０４のステータ３０６が第２の回転部材２１０（図４に示さず）に取り付けられる。図２に示されるように、第１の回転部材２０８がＺ軸の周りを回転するとき第２の回転部材２１０もＺ軸の周りを回転するので、光コネクタ４０２は、実質的に静止した位置のままである。

図２は、基台１１８と第１の光ファイバ回転接合部２０２との間の第１の光接続部２１２と、光通信デバイス１２０と第２の光ファイバ回転接合部２０４との間の第２の光接続部２１４と、基台１１８と遠隔デバイス２０６間の第３の光接続部２１６とを示す。（別法として、第２の光接続部２１４は、遠隔デバイス２０６に直接接続することもできる。）光接続部２１２、２１４、および／または２１６は、光ファイバ、光ケーブル、または同様なものでよい。

アンテナ１０２が動いている間、第１の光接続部２１２および第２の光接続部２１４は、それらの端部がそれぞれのロータ３０４（図３）に固定されており、実質的に静止した位置のままである。すなわち、第１の回転部材２０８が回転するとき、第１の光ファイバ回転接合部２０２のロータ３０４が第１の光ファイバ回転接合部２０２のステータ３０６に対して回転することにより、第１の光接続部２１２の光接続端が実質的に静止したままであることが可能になり、それによって、第１の光接続部２１２の光接続端に損傷を与える可能性のあるストレスが回避される。このストレスが回避されなければ、第１の光接続部２１２の光接続端が破損するおそれがある。同様に、第２の回転部材２１０が回転するとき、第２の光ファイバ回転接合部２０４のロータ３０４が第２の光ファイバ回転接合部２０４のステータ３０６に対して回転することにより、第２の光接続部２１４の光接続端が実質的に静止したままであることが可能になり、それによって、第２の光接続部２１４の光接続端に損傷を与える可能性のあるストレスが回避される。このストレスが回避されなければ、第２の光接続部２１４の光接続端が破損するおそれがある。

上記のように、光信号が光通信デバイス１２０と遠隔デバイス２０６の間で伝達される。このような光信号は、光接続部２１２、２１４、２１６、光コネクタ４０２、および光ファイバ回転接合部２０２、２０４を介して伝達される。光接続部２１２、２１４、２１６は、光情報伝達ジンバルシステム２００がアンテナ１０２を動かすときに実質的に静止したままである。

代替実施形態では、光情報伝達ジンバルシステム２００は、３軸ジンバルシステム、または３軸より多い軸を備えるジンバルシステムとすることができる。各ジンバル軸に、回転可能な光接続部を設けるための光回転接合部３０２が使用される。
〔態様１〕
ジンバル（１００）であって、
第１の軸の周りを回転するように構成された第１の回転部材（２０８）と、
第２の軸の周りを回転するように構成された第２の回転部材（２１０）と、
前記第１の回転部材（２０８）に取り付けられた可動部分（１１４）とを含むジンバル（１００）であって、前記可動部分（１１４）が、前記第１の回転部材（２０８）の第１の回転および前記第２の回転部材（２１０）の第２の回転のうちの少なくとも１つによって所望の位置に向けられる前記ジンバル（１００）と、
第１のロータ（３０４）および第１のステータ（３０６）を含む第１の光回転接合部（２０２）であって、前記第１のステータ（３０６）が前記第１の回転部材（２０８）に取り付けられる第１の光回転接合部（２０２）と、
第２のロータ（３０４）および第２のステータ（３０６）を含む第２の光回転接合部（２０４）であって、前記第２のステータ（３０６）が前記第２の回転部材（２１０）に取り付けられる第２の光回転接合部（２０４）と、
前記第１のステータ（３０６）と前記第２のステータ（３０６）に結合された光コネクタ（４０２）であって、前記ジンバル（１００）が前記可動部分（１１４）を所望の位置に向けるときに実質的に静止している光コネクタ（４０２）とを備える、光通信システム。
〔態様２〕
態様１に記載の光通信システムにおいて、
第１の端部が前記第１の光回転接合部（２０２）の前記ロータ（３０４）に結合され、第２の端部が、前記ジンバル（１００）の前記可動部（１１４）に物理的に結合されている光通信デバイス（１２０）に結合された光接続部（２１４）と、
第１の端部が前記第２の光回転接合部（２０４）の前記ロータ（３０４）に結合され、第２の端部が、光情報信号を伝達するように構成されている遠隔デバイス（２０６）に結合された第２の光接続部（２１２）とをさらに備え、
前記光接続部（２１４）の前記第１の端部が、前記可動部（１１４）を前記ジンバル（１００）が所望の位置に向けるときに実質的に静止したままであり、
前記第２の光接続部（２１２）の前記第１の端部が、前記可動部（１１４）を前記ジンバル（１００）が所望の位置に向けるときに実質的に静止したままである、光通信システム。
〔態様３〕
ジンバルシステムの可動部（１１４）に取り付けられた光通信デバイスからの光信号を伝達する方法であって、
前記光通信デバイス（２０６）からの光信号を、端部が第１の光回転接合部（２０２）のロータ（３０４）に結合された第１の光接続部（２１２）を介して伝達するステップと、
前記第１の光接続部（２１２）の端部からの光信号を、第１の端部が前記第１の光回転接合部（２０２）のステータ（３０６）に結合され、第２の端部が第２の光回転接合部（２０４）のステータ（３０６）に結合された光コネクタ（４０２）を通じて伝達するステップと、
前記光コネクタ（４０２）の前記第２の端部からの光信号を、前記第２の光回転接合部（２０４）のロータ（３０４）に結合された第２の光接続部（２１４）の端部まで伝達するステップとを含み、
前記第１の光接続部（２１２）の前記端部が、前記第１の光回転接合部（２０２）の前記ステータ（３０６）が第１の軸の周りを回転するときに実質的に静止したままであり、
前記第２の光接続部（２１４）の前記端部が、前記第２の光回転接合部（２０４）の前記ステータ（３０６）が第２の軸の周りを回転するときに実質的に静止したままであり、
前記光コネクタ（４０２）が、前記第１の光回転接合部（２０２）の前記ステータ（３０６）が前記第１の軸の周りを回転し、前記第２の光回転接合部（２０４）の前記ステータ（３０６）が前記第２の軸の周りを回転するときに実質的に静止したままである、方法。

１００ジンバル
１０２レーダアンテナ
１０４２軸ジンバルシステム
１０６支持部材
１０８支持アーム
１１０第１の回転部材
１１２第２の回転部材
１１４可動部
１１６接続部材
１１８基台
１２０光通信デバイス
１２２光接続部
１２４アタッチメント
２００光情報伝達ジンバルシステム
２０２第１の光ファイバ回転接合部
２０４第２の光ファイバ回転接合部
２０６遠隔デバイス
２０８第１の回転部材
２１０第２の回転部材
２１２第１の光接続部
２１４第２の光接続部
２１６第３の光接続部
３０２光回転接合部
３０４第１のロータ
３０６第１のステータ
３０８環
３１０穴
３１２光接続部
３１４穴
３１６第２の光接続部
３１８開口
３２０環
３２２光接続端
３２４第２の端部
３２６領域
４０２光コネクタ

Claims

第１の軸の周りを回転するように構成された第１の回転部材（２０８）と、
前記第１の回転部材（２０８）に取り付けられ、第２の軸の周りを回転するように構成された第２の回転部材（２１０）と、
前記第２の回転部材（２１０）に取り付けられた可動部（１１４）と、を含むジンバルであって、前記可動部（１１４）が、前記第１の回転部材（２０８）の第１の回転および前記第２の回転部材（２１０）の第２の回転のうちの少なくとも１つによって所望の位置に向けられるジンバルと、
第１のロータ（３０４）および第１のステータ（３０６）を含む第１の光回転接合部（２０２）であって、前記第１のステータ（３０６）が前記第１の回転部材（２０８）に取り付けられ、前記第１のロータ（３０４）が前記第１のステータ（３０６）に対して回転可能に結合される第１の光回転接合部（２０２）と、
第２のロータ（３０４）および第２のステータ（３０６）を含む第２の光回転接合部（２０４）であって、前記第２のステータ（３０６）が前記第２の回転部材（２１０）に取り付けられ、前記第２のロータ（３０４）が前記第２のステータ（３０６）に対して回転可能に結合される第２の光回転接合部（２０４）と、
前記第１のステータ（３０６）と前記第２のステータ（３０６）に光結合された光コネクタ（４０２）と、を備え、
前記第１のロータ（３０４）は、第１の光接続部（２１２）の第１の端部を受け入れるように構成された第１のロータ穴（３１０）を回転軸上に有し、
前記第１のステータ（３０６）は、前記第１のロータ穴（３１０）に整列された第１のステータ穴（３１４）を回転軸に沿って有し、
前記光コネクタ（４０２）は、前記第１の光接続部（２１２）と光信号を伝達することができるように前記第１のステータ（３０６）に受け入れられ、
前記第１の光接続部（２１２）の光接続端（３２２）と前記光コネクタ（４０２）の前記第１の回転部材（２０８）側の第２の端部（３２４）とは、前記第１の光回転接合部（２０２）内の光伝達領域（３２６）を介して対向配置され、
前記第２のロータ（３０４）は、第２の光接続部（２１４）の第１の端部を受け入れるように構成された第２のロータ穴（３１０）を回転軸上に有し、
前記第２のステータ（３０６）は、前記第２のロータ穴（３１０）に整列された第２のステータ穴（３１４）を回転軸に沿って有し、
前記光コネクタ（４０２）は、前記第２の光接続部（２１４）と光信号を伝達することができるように前記第２のステータ（３０６）に受け入れられ、
前記第２の光接続部（２１４）の光接続端（３２２）と前記光コネクタ（４０２）の前記第２の回転部材（２１０）側の第２の端部（３２４）とは、前記第２の光回転接合部（２０４）内の光伝達領域（３２６）を介して対向配置された、光通信システム。
請求項１に記載の光通信システムにおいて、
前記第２の光回転接合部（２０４）と、前記ジンバルの前記可動部（１１４）に物理的に結合されている光通信デバイス（１２０）とに結合された前記第２の光接続部（２１４）であって、一方の端部が前記第１の端部として前記第２の光回転接合部（２０４）の前記第２のロータ（３０４）に結合され、他方の端部が前記光通信デバイス（１２０）に結合された前記第２の光接続部（２１４）と、
前記第１の光回転接合部（２０２）と、光信号を伝達するように構成されている遠隔デバイス（２０６）とに結合された前記第１の光接続部（２１２）であって、一方の端部が前記第１の端部として前記第１の光回転接合部（２０２）の前記第１のロータ（３０４）に結合され、他方の端部が前記遠隔デバイス（２０６）に結合された前記第１の光接続部（２１２）と、をさらに備え、
前記第２の光接続部（２１４）の前記第１の端部が、前記可動部（１１４）を前記ジンバルが所望の位置に向けるときに静止したままであり、
前記第１の光接続部（２１２）の前記第１の端部が、前記可動部（１１４）を前記ジンバルが所望の位置に向けるときに静止したままである、光通信システム。
ジンバルシステムの可動部（１１４）に取り付けられた光通信デバイス（１２０）との間で光信号を伝達する方法であって、
第１の光接続部（２１２）を介して遠隔デバイス（２０６）との間で光信号を伝達するステップであって、当該第１の光接続部（２１２）の第１の端部が第１の光回転接合部（２０２）の第１のロータ（３０４）に結合された、ステップと、
光コネクタ（４０２）を通じて前記第１の光接続部（２１２）の前記第１の端部との間で光信号を伝達するステップであって、当該光コネクタ（４０２）の前記第１の光回転接合部（２０２）側の端部が当該第１の光回転接合部（２０２）の第１のステータ（３０６）に光結合され、当該光コネクタ（４０２）の第２の光回転接合部（２０４）側の端部が当該第２の光回転接合部（２０４）の第２のステータ（３０６）に光結合された、ステップと、
前記光コネクタ（４０２）の前記第２の光回転接合部（２０４）側の前記端部と第２の光接続部（２１４）の第１の端部との間で光信号を伝達するステップであって、当該第２の光接続部（２１４）の当該第１の端部は当該第２の光回転接合部（２０４）の第２のロータ（３０４）に結合された、ステップと、を含み、
前記第１の光回転接合部（２０２）の前記第１のロータ（３０４）が、前記第１のステータ（３０６）に回転可能に結合され、
前記第２の光回転接合部（２０４）の前記第２のロータ（３０４）が、前記第２のステータ（３０６）に回転可能に結合され、
前記第１の光接続部（２１２）の前記第１の端部が、前記第１の光回転接合部（２０２）の前記第１のステータ（３０６）が第１の軸の周りを回転するときに静止したままであり、
前記第２の光接続部（２１４）の前記第１の端部が、前記第２の光回転接合部（２０４）の前記第２のステータ（３０６）が第２の軸の周りを回転するときに静止したままであり、
前記第２の光回転接合部（２０４）は、前記第１の光回転接合部（２０２）の前記第１のステータ（３０６）が前記第１の軸の周りを回転するとき当該第１の軸を回転軸として回転するように取り付けられ、
前記可動部（１１４）は、前記第２の光回転接合部（２０４）の前記第２のステータ（３０６）が前記第２の軸の周りを回転するとき当該第２の軸を回転軸として回転するように取り付けられ、
前記第１のロータ（３０４）は、前記第１の光接続部（２１２）の前記第１の端部を受け入れるように構成された第１のロータ穴（３１０）を回転軸上に有し、
前記第１のステータ（３０６）は、前記第１のロータ穴（３１０）に整列された第１のステータ穴（３１４）を回転軸に沿って有し、
前記第２のロータ（３０４）は、前記第２の光接続部（２１４）の前記第１の端部を受け入れるように構成された第２のロータ穴（３１０）を回転軸上に有し、
前記第２のステータ（３０６）は、前記第２のロータ穴（３１０）に整列された第２のステータ穴（３１４）を回転軸に沿って有し、
前記光コネクタ（４０２）の前記第１の光回転接合部（２０２）側の前記端部は、前記第１の光接続部（２１２）との間で光信号を伝達することができるように当該第１の光回転接合部（２０２）の前記第１のステータ（３０６）に受け入れられ、
前記光コネクタ（４０２）の前記第２の光回転接合部（２０４）側の前記端部は、前記第２の光接続部（２１４）との間で光信号を伝達することができるように当該第２の光回転接合部（２０４）の前記第２のステータ（３０６）に受け入れられ、
前記第１の光接続部（２１２）の光接続端（３２２）と前記光コネクタ（４０２）の前記第１の光回転接合部（２０２）側の第２の端部（３２４）とは、前記第１の光回転接合部（２０２）内の光伝達領域（３２６）を介して対向配置され、
前記第２の光接続部（２１４）の光接続端（３２２）と前記光コネクタ（４０２）の前記第２の光回転接合部（２０４）側の第２の端部（３２４）とは、前記第２の光回転接合部（２０４）内の光伝達領域（３２６）を介して対向配置された、方法。