JPH09218437A - 光学機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 横方向の外乱に対して誤差を生じない精度の
良い光学機器を得る。 【解決手段】 第１の検出器１６と第２の検出器１８と
が旋回ギア８に対して対称の位置に配置されるように構
成することにより横方向の外乱による誤差が互にキャン
セルでき精度の良い光学機器を実現できる。さらに旋回
ギアの累積ピッチ誤差に起因する機械誤差をキャンセル
できるとともに、検出器自体の電気誤差に起因する誤差
も低減できるので大巾に精度が向上した光学機器を得る
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は航空機、船舶等に
搭載され、遠隔操作にて任意の方向にある目標物体の可
視あるいは赤外画像を得るために使用される光学機器に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図７は従来の光学機器を示す図である。
図において１は固定部であり、航空機等の機体２に取付
られる。３は回転部であり軸受４によりＡ軸まわりに回
転自由に固定部１に支持される。５は撮像部でありレン
ズ、カメラヘッド等から構成され、回転部３に取付られ
る。６はダイレクトモータであり、ステータが固定部１
に、ロータが回転部３に各々固定されており電流を流す
ことにより回転部３及び撮像部５を固定部１に対して回
転できる。７はケーブル巻取機構であり、撮像部の制御
信号用ケーブルや撮像したビデオ信号用ケーブルを巻取
ることにより回転部３が回転したときにケーブルが切断
されないようにしている。８は旋回ギアであり回転部３
に取付られる。９は検出ギア、１０は検出器である。

【０００３】図８は検出器１０として２速レゾルバを用
いた例である。１１は小歯車であり、検出ギア９と一体
である。１２は大歯車であり小歯車１１とかみ合ってい
る。１３は第１のレゾルバ、１４は第２のレゾルバであ
り各々検出ギア９、大歯車１２が取付られている。大歯
車１２の歯車を小歯車１１の歯数のＮ倍とすると、第２
のレゾルバ１４が１回転する間に第１のレゾルバ１３は
Ｎ回転するので１対Ｎの２速の出力が可能となる。

【０００４】具体的には旋回ギア８の歯数をａ、検出ギ
ア９の歯数をｂ、小歯車１１の歯数をｃ、大歯車１２の
歯数をｄとしたとき、ａ／ｂとｄ／ｃを等しくすると第
２のレゾルバ１４は１Ｘ軸、すなわち回転部３の回転数
と一致するので回転部３の回転角を読みとれる。さらに
ａ／ｂを３２とすると第１のレゾルバ１３は３２Ｘ軸、
すなわち回転部３の回転数の３２倍の回転数となるが、
このように構成し１Ｘ，３２Ｘの２速の入力をもつレゾ
ルバ・デジタル・コンバータを使い第１のレゾルバ１３
と第２のレゾルバ１４の出力を合成すると、第２のレゾ
ルバの誤差の１／３２の精度で回転部３の回転角を読み
とれるという利点がある。

【０００５】上記のようにギアを使うことにより３２Ｘ
軸を容易に作ることができるという利点があるが、精度
よく動かせるためには図７のようにダイレクトモータ６
を用い、またケーブル巻取りは中心線上に配置した方が
小型にできるため中心付近がこみ入ってくるので検出器
はギアによって中心付近から外の方へ逃してやった方が
実装上楽なのも事実である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の光学機器は以上
のように構成されているので、軸受４と旋回ギア８とが
高さ方向に取付位置がずれてしまう。図９は図７をＢ方
向から見た図、図１０は図７をＣ方向から見た図であ
る。今、機体２から横向きＤ方向の加速度を受けたとす
ると、軸受４の中心点Ｅを中心として撮像部５はＤ方向
へ傾こうとし、従って旋回ギア８はＦ方向へ動く。この
とき図１０において旋回ギア８と検出ギア９のかみ合い
点ＧもまたＦ方向へ動くため検出ギア９はＨ方向へ回転
してしまい、回転部３が回転していないにもかかわらず
検出器１０はこのＨ方向の回転を回転部３の回転として
検出してしまう。特に旋回ギア８に軸受すきまがある場
合は、より顕著にあらわれる。このことは検出器１０の
検出誤差となるし、またこの検出信号をフィードバック
信号として回転制御を行った場合撮像部５の視軸はあら
ぬ方向を見てしまうという課題があった。

【０００７】この発明はかかる課題を解決するためにな
されたものであり、横向きの外乱が入ったときにも誤差
を発生しない精度の良い光学機器を安価に得ることを目
的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明に係る光学機器
は、検出器２個を旋回ギアの中心に対して対称の位置に
配したものである。

【０００９】また、この発明は第１の検出器として２つ
のレゾルバを、第２の検出器として１つのレゾルバを第
２速めと同じ速比になるように構成したものである。

【００１０】この発明は第１の検出器、第２の検出器と
の多回転形ポテンショメータを用いることにより精度を
確保しつつギア構成を容易にしたものである。

【００１１】また、この発明はポテンショメータ出力を
演算増幅器で加算したものである。

【００１２】この発明は３以上の検出器を等間隔に配置
したものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．以下、この発明の実施の形態１を図につ
いて説明する。図１はこの発明の光学機器の実施の形態
１を示す図であり、図２は図１をＪ方向から見た図であ
る。図において１〜８は従来の光学機器と全く同じであ
る。１５は第１の検出ギア、１６は第１の検出器、１７
は第２の検出ギア、１８は第２の検出ギアである。これ
らは図２のように旋回ギア８の中心点Ｋに対して対称の
位置すなわち１８０゜ずらして配置されている。

【００１４】図９と同様に横方向に加速度を受けた場
合、旋回ギア８はＦ方向へ動き第１の検出ギア１５はＨ
方向へ回転し、第２の検出ギア１７はＬ方向へ回転す
る。図から明らかなようにＨとＬとは逆方向かつ同じ大
きさであるので第１の検出器１６と第２の検出器１７の
出力の平均するとＦ方向の移動による誤差は互にキャン
セルされ零となる。

【００１５】ところで、ギアを用いた検出方法において
はギアの累積ピッチ誤差に起因する機械誤差が知られて
いる。この累積ピッチ誤差のうち最も影響が大きいのは
旋回ギア８の誤差であり、かつ旋回ギア８の累積ピッチ
誤差はギアの偏芯によるものが最も大きい。ところが偏
芯によるものは正弦曲線で表われてくるので図２のよう
に１８０゜ずれた位置につけた２個の検出器の平均をと
ると、ちょうど正弦曲線の山と谷とが平均されることに
なり、従って図２のように配置すれば旋回ギア８の偏芯
による機械誤差もキャンセルされ非常に精度の良い検出
方法となる。

【００１６】さらに、第１の検出器１６と第２の検出器
１７のもつ電気誤差も平均することにより半減する。以
上のように外乱による誤差、旋回ギアの機械誤差をキャ
ンセルでき、かつ検出器自体の電気誤差も低減できるた
め大巾な精度向上が実現できる。

【００１７】実施の形態２．図３はこの発明の実施の形
態２を示す図であり、検出器として２速のレゾルバを使
用している。１９は小歯車であり第１の検出ギア１５と
一体である。２０は大歯車であり小歯車１９にかみ合っ
ている。２１は第１のレゾルバ、２２は第２のレゾルバ
であり、各々第１の検出ギア１５、大歯車２０が取付ら
れる。大歯車２０の歯数を小歯車１９のＮ倍とし第２の
レゾルバ２２が１回転する間に第１のレゾルバ２１がＮ
回転するように構成しレゾルバ・デジタル・コンバータ
で合成される。２３は第３のレゾルバであり、第２の検
出ギア１７が取付られる。ここで第１の検出ギア１５の
歯数と第２の検出ギア１７の歯数を等しくしておくこと
により、第２のレゾルバ２２と第３のレゾルバ２３の出
力をレゾルバ・デジタル・コンバータで合成することが
でき、これを第２の検出器の検出角として使用可能とな
る。これにより第１の検出器１６と同じものを第２の検
出器として用いる場合よりも寸法、質量、価格的に有利
に精度のよい光学機器が実現できる。

【００１８】実施の形態３．図４はこの発明の実施の形
態３を示す図である。２４は第１のポテンショメータ、
２５は第２のポテンショメータであり、ともに多回転形
である。多回転形ポテンショメータは螺線状にまかれた
抵抗線と、この抵抗線に接触し螺線に沿って軸方向に移
動するブラシとから構成され、３６０゜以上の回転角を
検出する検出器であり、全ストローク１０回転、３６０
０゜程度のものが市販されている。例えば回転部３の回
転角が±１８０゜の光学機器において各々１０回転形の
ポテンショメータを用いる場合は、第１の検出ギア１５
及び検出ギア１７の歯数ｂを旋回ギア８の歯数ａの１０
分の１にしておくとポテンショメータの全ストローク３
６００゜が回転部３の±１８０゜に相当し、第１のポテ
ンショメータ１５と第２のポテンショメータ１７の出力
の和の２０分の１が回転部３の回転角となる。実施の形
態１に示した効果と同じ効果を得られるとともにポテン
ショメータの電気誤差の２０分の１が回転部３の回転角
誤差となるので精度向上も図ることができる。

【００１９】実施の形態４．図５はこの発明の実施の形
態４を示す図である。２６は第１のポテンショメータの
抵抗線、２７は第２のポテンショメータの抵抗線、２８
に入力電圧であり抵抗線２６、２７各々の両端に入力さ
れる。３１は第１のポテンショメータのブラシ、３２は
第２のポテンショメータのブラシである。図４の旋回ギ
ア８の回転により第１の検出ギア１５及び第２の検出ギ
ア１７が回転し、ブラシ３１、３２がＧ方向に動き、回
転部３の回転角に比例した電圧出力をブラシ３１、３２
から得られる。ポテンショメータの抵抗線２６、２７の
抵抗値は通常１００ＫΩ以下であるため抵抗線には電流
が流れている。従って低インピーダンスの電圧計を用い
て計測すると電圧計に電流が流れ計測誤差が発生する。
図５のように演算増幅器を用いれば、演算増幅器２９は
入力インピーダンスが極めて大きいのでブラシ３１、３
２には電流が流れないので検出のための誤差が発生しな
いという利点がある。また演算増幅器は２入力の加算が
できるので、容易、安価に計測精度を低下させることな
く平均値を得ることができる。

【００２０】実施の形態５．図６はこの発明の実施の形
態５を示す図であり、図２と同じ方向から見た図であ
る。３０は第３の検出ギアであり第３の検出器が取付け
てある。図において旋回ギア８のＦ方向移動量をｆ、検
出ギアの半径をｒとする第１の検出ギアは時計回り方向
にｆ／ｒ回転し、第２の検出ギア及び第３の検出ギアｆ
／２ｒだけ反時計回り方向に回転する。従ってこれらを
平均するとキャンセルしあって零となる。また旋回ギア
の累積ピッチ誤差による機械誤差を実施の形態１同様に
キャンセルされる。さらに検出器自体の電気誤差は１／
３となるのでより精度が良くなる。

【００２１】

【発明の効果】この発明は以上説明したように構成され
ているので、以下に示すような効果を有する。

【００２２】第１の検出器と第２の検出器とを対称の位
置に配置することにより横方向加速度の外乱による誤差
が互にキャンセルでき精度の良い光学機器が実現でき
る。さらに旋回ギアの累積ピッチ誤差に起因する機械誤
差をキャンセルでき、かつ検出器自体の電気誤差に起因
する誤差も低減できるため大巾に精度が向上した光学機
器を実現できるという効果を有する。

【００２３】第２の検出器のレゾルバを第２速とし、第
１の検出器の第１速のレゾルバ出力と合成することによ
り小型・軽量・安価に精度のよい光学機器を実現できる
という効果を有する。

【００２４】多回転ポテンショメータを増速した軸に取
付ることにより簡単なギア構成なため安価で精度のよい
光学機器を実現できるという効果を有する。

【００２５】ポテンショメータの場合は演算増幅器で加
算できるため容易に安価に精度のよい光学機器を実現で
きるという効果を有する。

【００２６】検出器を３個以上複数個用い等間隔に配す
ることにより、外乱による誤差、旋回ギアの機械誤差を
キャンセルできるとともに検出器自体の電気誤差に起因
する誤差を検出器の個数分の１に低減できるため大巾に
精度向上した光学機器を実現できるという効果を有す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１を示す図である。

【図２】 この発明の実施の形態１の検出ギアの配置を
示す図である。

【図３】 この発明の実施の形態２を示す図である。

【図４】 この発明の実施の形態３を示す図である。

【図５】 この発明の実施の形態４を示す図である。

【図６】 この発明の実施の形態５を示す図である。

【図７】 従来の光学機器を示す図である。

【図８】 従来の光学機器の検出器を示す図である。

【図９】 従来の光学機器を横から見た図である。

【図１０】 従来の光学機器を上から見た図である。

【符号の説明】

１ 固定部、２ 機体、３ 回転部、４ 軸受、５ 撮
像部、６ ダイレクトモータ、７ ケーブル巻取機構、
８ 旋回ギア、９ 検出ギア、１０ 検出器、１１ 小
歯車、１２ 大歯車、１３ 第１のレゾルバ、１４ 第
２のレゾルバ、１５ 第１の検出ギア、１６ 第１の検
出器、１７ 第２の検出ギア、１８ 第２の検出器、１
９ 小歯車、２０ 大歯車、２１ 第１のレゾルバ、２
２ 第２のレゾルバ、２３ 第３のレゾルバ、２４ 第
１のポテンショメータ、２５ 第２のポテンショメー
タ、２６ 第１のポテンショメータの抵抗線、２７ 第
２のポテンショメータの抵抗線、２８ 入力電圧、２９
演算増幅器、３０ 第３の検出ギア、３１ 第１のポ
テンショメータのブラシ、３２ 第２のポテンショメー
タのブラシ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定部と、この固定部に回転自由に支持
   された回転部と、この回転部に搭載される撮像部と、上
   記回転部を回転させるためのモータと、上記回転部に固
   定された旋回ギアと、上記固定部に取付られかつそれぞ
   れ上記旋回ギアとかみあう第１の検出ギアと第２の検出
   ギアを介して上記回転部の回転角度を検出するように構
   成された第１の検出器及び第２の検出器とを備え、さら
   に、上記第１の検出器と第２の検出器は上記旋回ギアの
   中心に対して互に対称の位置に配置されたことを特徴と
   する光学機器。
2. 【請求項２】 第１の検出器が、第１の検出ギアに取付
   られる第１のレゾルバと、第１の検出ギアと同軸の小歯
   車と、この小歯車とかみ合い小歯車のＮ倍の歯数を有す
   る大歯車と、この大歯車が取付られる第２のレゾルバと
   から成り、１対Ｎの２速の出力が可能なように構成さ
   れ、かつ第２の検出器が第３のレゾルバから成り、第１
   の検出ギアと同じ歯数の第２の検出ギアが取付られるこ
   とにより第１のレゾルバと同じ速比になるように構成さ
   れたことを特徴とする請求項１記載の光学機器。
3. 【請求項３】 第１の検出器と第２の検出器がともに多
   回転形ポテンショメータから成ることを特徴とする請求
   項１記載の光学機器。
4. 【請求項４】 第１の検出器の出力と第２の検出器の出
   力を演算増幅器で加算したことを特徴とする請求項３記
   載の光学機器。
5. 【請求項５】 ３つ以上の複数個の検出器が旋回ギアに
   かみあわさり、かつ旋回ギアのまわりに等間隔に配置さ
   れたことを特徴とする請求項１記載の光学機器。