JP2020152143A - 飛行体 - Google Patents

Abstract

【課題】装置を大型化することなく、熱源の冷却性能を向上させることができる飛行体を提供する。【解決手段】飛行体２０は、プロペラ１０と、光源と、プロペラにより生じる気流が当たる位置に配置され、光源で生じた熱を放熱する放熱部３２と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、飛行体に関する。

ドローン（飛行体の一例）にカメラまたはレーザー発生機を搭載し、荷物を運搬する自動操縦装置として使用する技術、および、橋および道路に亀裂および凹みが無いかを検査する装置として使用する技術が提案されている。

また、固体光源を用いたプロジェクタの光学エンジンの一部または全体を密閉し、防塵性能を向上する技術が提案されている。例えば、表示デバイスは防塵ケースの内部に配置し、表示デバイスに接続したヒートシンクは防塵ケースの外側に配置することで、防塵と熱源（表示デバイス）の冷却とを実現する技術が提案されている。

しかしながら、上記のような技術では、表示デバイスを配置した防塵ケースと、防塵ケースの外部のヒートシンク（放熱部）と、を筐体内に収める必要がある。このため、筐体内の冷却経路の設定が困難となるとともに、十分な冷却性能を得るために放熱部および筐体を大型化する必要があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、装置を大型化することなく、熱源の冷却性能を向上させることができる飛行体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、プロペラと、光源と、前記プロペラにより生じる気流が当たる位置に配置され、前記光源で生じた熱を放熱する放熱部と、を備える飛行体である。

本発明によれば、装置を大型化することなく、熱源の冷却性能を向上させることができるという効果を奏する。

図１は、プロジェクタを搭載したドローンの概略構成の一例を示す図である。 図２は、実施形態のドローンのさらに詳細な構成の一例を示す図である。 図３は、筐体の一部分の断面形状の例を示す図である。 図４は、放熱部の構造の一例を示す図である。 図５は、放熱部を備えたドローンの正面図である。 図６は、放熱部を備えたドローンの平面図である。 図７は、ドローンのハードウェア構成の一例を示す図である。 図８は、ドローンのハードウェア構成の他の例を示す図である。 図９は、プロジェクタのハードウェア構成の一例を示す図である。 図１０は、ドローンの機能構成の一例を示すブロック図である。 図１１は、ドローンの速度に応じた制御処理の一例を示すフローチャートである。 図１２は、ドローンの他の例を示す図である。 図１３は、ドローンの他の例を示す図である。 図１４は、放熱部の他の例を示す図である。 図１５は、放熱部の他の例を示す図である。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる飛行体の一実施形態を詳細に説明する。以下では、飛行体としてドローンを用いる例を説明するが、適用可能な飛行体はドローンに限られるものではない。例えばプロペラを有する他の飛行体に対しても適用可能である。また、以下では、プロジェクタを搭載した飛行体を例に説明する。例えばプロジェクタ内の光源などが、熱源に相当する。熱源を含む電子機器はプロジェクタに限られるものではない。例えば、熱源となる照明（光源）および撮像素子などを備えるカメラを飛行体に搭載するように構成してもよい。

本実施形態の飛行体は、プロジェクタの筐体内の熱源に接続された放熱部を筐体外に設置するとともに、飛行用のプロペラの給排気付近に放熱部を設置する。これにより、筐体内のファンが不要となり冷却経路を簡易化することができるとともに、熱容量の大きい熱源でも冷却することが可能となる。すなわち、筐体が密閉されたプロジェクタで、より高出力な光源を使用した場合であっても、装置を大型化することなく、熱源の冷却性能を向上させることが可能となる。また、密封され、かつ、小型化されたプロジェクタの冷却性を向上させてドローンに搭載することで、例えば、ドローンを用いる検査手段の改善および使用範囲の拡大を実現することができる。

図１は、プロジェクタを搭載したドローン１００の概略構成の一例を示す図である。図１の左上は、ドローン１００の外観を示す図である。図１の右上および左下は、それぞれドローン１００を簡略化して表した正面図、および、平面図である。以下では、主に簡略化した図を用いて説明する。

図１に示すように、ドローン１００は、プロペラ１０ａ〜１０ｄと、飛行体本体２０と、プロジェクタ１２０と、を備えている。プロペラ１０ａ〜１０ｄは、同様の構成を備えるため、区別する必要がない場合はプロペラ１０という場合がある。プロペラ１０の個数は４つに限られず、１つ以上であればよい。

プロジェクタ１２０における主な熱源は、光を出射する光源、画像を形成する変調素子、光源を駆動する駆動回路（ドライバ）、および、プロジェクタ１２０を制御する基板などである。プロジェクタ１２０によっては、プロジェクタを駆動する電源、光学エンジンのカラーホイール、蛍光体ホイール、および、光学素子なども熱源となりうる。

図２は、本実施形態のドローン１００のさらに詳細な構成の一例を示す図である。ドローン１００のような飛行体は、屋外で使用することが想定される。このため、プロジェクタ１２０をドローン１００に搭載する際には、プロジェクタ１２０の筐体内は、密閉空間にする。すなわち、ファン等を用いてプロジェクタ１２０の外部の空気をプロジェクタ１２０の内部に流入させて冷却することはできない。従って、本実施形態では、熱源を筐体外で冷却するための放熱部３２を筐体外に設置し、熱源と放熱部３２とをヒートパイプ３１により接続する。ヒートパイプ３１により熱を移動できるが、コスト等を考慮するとすべての熱源の接続部は、筐体と接していることが望ましい。

また、放熱部３２は、プロペラ１０の給排気付近、すなわち、プロペラ１０により生じる気流が当たる位置に配置される。これにより、プロペラ１０を、放熱部３２を冷却するためのファンとして使用することができる。

図１および図２では、プロジェクタ１２０が飛行体本体２０と別に備えられているが、飛行体本体２０内に備えられていてもよい。

図２に示すように、プロジェクタ１２０の筐体外に設置した放熱部３２は、プロペラ１０に対して、プロペラ１０の軸方向に離れた位置に取り付けられる。また、放熱部３２は、全体の重量のバランスが取れるように、ヒートパイプ３１およびその他の構造物の位置を考慮して配置される。

筐体が熱源の熱を放熱する構造を備えていてもよい。図３は、筐体の一部分の断面形状の例を示す図である。図３に示すように、筐体３０１のうち少なくとも一部には、内部のフィン３０２ａと、外部のフィン３０２ｂが形成される。フィン３０２ａ、３０２ｂにより、筐体内の熱を筐体外に逃がすことができる。すなわち、主な熱源からヒートパイプ３１により外部に放出できなかった熱等が筐体内に蓄積されることを防ぐことができる。

放熱部３２は、プロペラに物体（指など）が接触することを防止するための機能を兼ねるように形成されてもよい。図４は、このように構成される放熱部３２の構造の一例を示す図である。図５および図６は、それぞれ、図４のような放熱部３２を備えたドローン１００の正面図および平面図を表す。なお、図５および図６の放熱部３２ａ〜３２ｄが、それぞれ図４に示す放熱部３２の構造を備えている。

図４に示すように、放熱部３２は、プロペラ１０により生じる気流が当たる位置に柵部材４０１を備える。柵部材４０１は、物体の接触を防止する機能とともに、ヒートパイプ３１を介して伝わる熱源の熱を放熱するための冷却フィンとしての機能を有する。複数の柵部材４０１間の長さは、想定される物体（例えば指）が入らない程度の長さとすればよい。柵部材４０１は図４に示す構造に限られるものではない。例えば、網目状の柵部材４０１を用いてもよい。図４に示すような構造により、放熱部３２の体積を減少させることができる。

図４および図５では、放熱部３２が円形である例が示されているが、放熱部３２の形状はこれに限られるものではない。例えば、放熱部３２は矩形であってもよい。また、図６に示すように、放熱部３２は、プロペラ１０それぞれの上下に備えられてもよいし、上下のうちいずれか一方に備えられてもよい。

次に、ドローン１００のハードウェア構成について説明する。図７は、ドローン１００のハードウェア構成の一例を示す図である。図７に示すように、ドローン１００は、コントローラ１０１と、メモリ１０２と、電源１０３と、通信Ｉ／Ｆ（インタフェース）１０４と、モータコントローラ１０５と、センサ１０６と、モータ１１１ａ〜１１１ｄと、プロジェクタ１２０と、を備える。

コントローラ１０１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）とを備える。ＣＰＵは、アドレスバスおよびデータバス等のバスラインを介して、ＲＯＭおよびＲＡＭと接続する。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されたプログラムを、ＲＡＭに展開する。ＣＰＵは、ＲＡＭに展開したプログラムに従って動作することでドローン１００を制御する。

メモリ１０２は、半導体メモリ素子、および、フラッシュメモリ等の記憶装置である。メモリ１０２は、例えば、プロジェクタ１２０により投影する画像、および、制御プログラムを記憶する。制御プログラムは、オペレーティングシステム、および、ドローン１００が備えている機能を発揮させるためのプログラムである。制御プログラムには、本実施形態に係る特徴的な機能を発揮させるプログラムが含まれる。

電源１０３は、リチウムイオン電池等である。電源１０３は、ドローン１００の各部に電力を供給する。

通信Ｉ／Ｆ１０４は、ドローン１００を操作するための操作装置と、例えば無線通信により通信する通信インタフェースである。例えば、通信Ｉ／Ｆ１０４は、ドローン１００を操作する情報を操作装置から受信する。

モータコントローラ１０５は、コントローラ１０１による制御に基づいて、モータ１１１ａ〜１１１ｄそれぞれの回転を制御する。

センサ１０６は、角速度および加速度を検知する慣性センサである。センサ１０６は、例えば自装置の姿勢および運動状態を検知する。そして、センサ１０６の検知結果は、操作装置から受信した情報に基づいた飛行の制御に用いられる。なお、センサ１０６は、３軸加速度センサ、３軸ジャイロセンサ、および３軸地磁気センサを有する慣性計測装置であってもよい。また、ドローン１００は、点検対象との距離を測距する距離センサ等の他のセンサを備えていてもよい。

モータ１１１ａ〜１１１ｄは、それぞれプロペラ１０ａ〜１０ｄを回転させるためのモータである。

飛行体（ドローン１００）が、プロジェクタ１２０の代わりに、または、プロジェクタ１２０とともにカメラを備えるように構成してもよい。図８は、カメラを備えるドローン１００−２のハードウェア構成の一例を示す図である。図８のドローン１００−２は、プロジェクタ１２０の代わりにカメラ１３０−２を備える点が、図７のドローン１００と異なっている。その他の構成は図７と同じであるため同一の符号を付し説明を省略する。

カメラ１３０−２は、撮像素子１３１−２と、照明１３２−２と、を備えている。撮像素子１３１−２は、例えばＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)、または、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)を用いた光センサであり、投射された光に応じた信号を出力する。照明１３２−２は、撮像領域に光を出射するための光源に相当する。例えば照明１３２−２が、熱源となりうる。

次に、プロジェクタ１２０のハードウェア構成について説明する。図９は、プロジェクタ１２０のハードウェア構成の一例を示す図である。図９に示すように、プロジェクタ１２０は、ＣＰＵ８０１、ＲＯＭ８０２、ＲＡＭ８０３、メディアＩ／Ｆ８０７、操作部８０８、電源スイッチ８０９、バスライン８１０、ネットワークＩ／Ｆ８１１、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）駆動回路８１４、ＬＥＤ光源８１５、投写デバイス８１６、投写レンズ８１７、および、外部機器接続Ｉ／Ｆ８１８を備えている。

ＣＰＵ８０１は、プロジェクタ１２０全体の動作を制御する。ＲＯＭ８０２は、ＣＰＵ８０１の駆動に用いられるプログラムを記憶する。ＲＡＭ８０３は、ＣＰＵ８０１のワークエリアとして使用される。

メディアＩ／Ｆ８０７は、フラッシュメモリ等の記録メディア８０６に対するデータの読み出しまたは書き込み（記憶）を制御する。

操作部８０８は、種々のキー、ボタンおよびＬＥＤ等が配設されており、ユーザによるプロジェクタ１２０の電源のＯＮ／ＯＦＦ以外の各種操作を行うのに使用される。例えば、操作部８０８は、投写画像の大きさの調整操作、色調の調整操作、ピント調整操作、キーストン調整操作等の指示操作を受け付けて、受け付けた操作内容をＣＰＵ８０１に出力する。

電源スイッチ８０９は、プロジェクタ１２０の電源のＯＮ／ＯＦＦを切り換えるためのスイッチである。電源は、上述のドローン１００の電源１０３と共通でもよいし、電源１０３とは別の電源であってもよい。

バスライン８１０は、図９に示されているＣＰＵ８０１等の各構成要素を電気的に接続するためのアドレスバスおよびデータバス等である。

ネットワークＩ／Ｆ８１１は、インターネット等の通信ネットワークを利用してデータ通信をするためのインタフェースである。

ＬＥＤ駆動回路８１４は、ＣＰＵ８０１の制御下で、ＬＥＤ光源８１５の点灯および消灯を制御する。

ＬＥＤ光源８１５は、ＬＥＤ駆動回路８１４の制御によって点灯されると、投写光を投写デバイス８１６に照射する。なお、ＬＥＤ以外の素子を用いる光源を用いてもよい。

投写デバイス８１６は、外部機器接続Ｉ／Ｆ８１８等を介して与えられた画像データに基づいて、空間光変調方式によりＬＥＤ光源８１５からの投写光を変調して得た変調光を、投写レンズ８１７を通して、スクリーンの投写面へ画像として投写する。投写デバイス８１６としては、例えば、液晶パネルまたはＤＭＤ（Digital Micromirror Device）等が用いられる。ＬＥＤ駆動回路８１４、ＬＥＤ光源８１５、投写デバイス８１６および投写レンズ８１７は、全体として、画像データに基づいて投写面に投写画像を投写する投写部（投写手段）として機能する。

外部機器接続Ｉ／Ｆ８１８は、直接、ＰＣ(Personal Computer)が接続され、ＰＣとの間で、制御信号および画像データを取得する。

ＣＰＵ８０１は、電源電力が供給されると、ＲＯＭ８０２に予め記憶されている制御プログラムに従って起動し、ＬＥＤ駆動回路８１４に制御信号を与えてＬＥＤ光源８１５を点灯させる。また、プロジェクタ１２０は、電源からの電源電力の供給が開始されると、投写デバイス８１６が画像表示可能状態になり、さらに、他の種々の構成要素へ電源から電力が供給される。

また、プロジェクタ１２０は、電源スイッチ８０９がＯＦＦ操作されると、電源スイッチ８０９から電源ＯＦＦ信号がＣＰＵ８０１に送られ、ＣＰＵ８０１は、電源ＯＦＦ信号を検知すると、ＬＥＤ駆動回路８１４へ制御信号を与えてＬＥＤ光源８１５を消灯させる。ＣＰＵ８０１は、その後、所定時間が経過すると、ＣＰＵ８０１自身の制御処理を終了させ、最後に電源へ指示を与えて電源電力の供給を停止させる。

なお、図７に示した構成要素と図９に示した構成要素とのうち、共通化できる構成要素は共通化してもよい。例えば、コントローラ１０１内のＣＰＵ、ＲＯＭ、および、ＲＡＭは、それぞれプロジェクタ１２０内のＣＰＵ８０１、ＲＯＭ８０２、および、ＲＡＭ８０３と共通化してもよい。また、通信Ｉ／Ｆ１０４とネットワークＩ／Ｆ８１１とを共通化してもよい。

次に、ドローン１００の機能構成について説明する。図１０は、ドローン１００の機能構成の一例を示すブロック図である。

ドローン１００のコントローラ１０１は、メモリ１０２に記憶された制御プログラムをＲＡＭに展開し、制御プログラムに従って動作することで、図７に示す各機能部をＲＡＭに生成する。具体的には、コントローラ１０１は、機能部として、通信制御部２０１と、飛行制御部２０２と、投影制御部２０３と、検出部２０４と、を備える。なお、図７の各機能部の一部または全部は、専用のＩＣ（Integrated Circuit）などのプロセッサ、すなわちハードウェアにより実現してもよい。

通信制御部２０１は、通信Ｉ／Ｆ１０４を制御して、無線通信により接続された操作装置と通信する。例えば、通信制御部２０１は、ドローン１００を操作するリモート操作情報を操作装置から受信する。

飛行制御部２０２は、モータコントローラ１０５を介して、モータ１１１ａ〜１１１ｄを制御することによりドローン１００を飛行させる。飛行制御部２０２は、センサ１０６の信号からドローン１００の姿勢および運動状態を検出する。また、飛行制御部２０２は、検出した姿勢、運動状態、および、リモート操作情報に応じてモータ１１１ａ〜１１１ｄの適切な回転数を算出する。そして、飛行制御部２０２は、算出した回転数をモータコントローラ１０５に出力する。これにより、ドローン１００は、操作装置の操作通りに飛行する。

投影制御部２０３（制御部の一例）は、画像の投影に関する各種制御を実行する。例えば投影制御部２０３は、投影の対象となる画像信号をもとに、ＬＥＤ光源８１５が出射する光の明るさ（光量）等を変更する制御、および、ＬＥＤ光源８１５からの光に変調を加える変調素子に対する制御などを実行する。

検出部２０４は、ドローン１００の移動する速度を検出する。例えば検出部２０４は、センサ１０６とは異なる速度検出用のセンサからの信号をもとに、ドローン１００の移動速度を検出する。検出部２０４が、センサ１０６の出力信号（角速度、加速度など）をもとに速度を求めるように構成してもよい。

ドローン１００が移動するときには、筐体に空気が当たる。そして、ドローン１００の速度が上がるほど、筐体に当たる空気の風速は上がるため、冷却性が向上する。そこで、例えば投影制御部２０３は、速度に応じてＬＥＤ光源８１５の光量を制御するように構成してもよい。図１１は、ドローン１００の速度に応じた制御処理の一例を示すフローチャートである。

検出部２０４は、速度センサなどからの信号を参照し、ドローン１００の速度を検出する（ステップＳ１０１）。投影制御部２０３は、検出された速度が閾値より大きいか否かを判定する（ステップＳ１０２）。速度が閾値より大きい場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、投影制御部２０３は、ＬＥＤ光源８１５のモードを高電力モードに設定する（ステップＳ１０３）。速度が閾値以下である場合（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、投影制御部２０３は、ＬＥＤ光源８１５のモードを低電力モードに設定する（ステップＳ１０４）。

高電力モードとは、ＬＥＤ光源８１５に供給する電力を相対的に大きくすることにより、ＬＥＤ光源８１５から出射される光の光量を大きくするモードである。低電力モードとは、ＬＥＤ光源８１５に供給する電力を高電力モードより小さくすることにより、ＬＥＤ光源８１５から出射される光の光量を小さくするモードである。

このように制御することにより、ドローン１００の速度が閾値より大きい場合、すなわち、冷却性能が高い状態のときにのみ、ＬＥＤ光源８１５等の熱源から発生する熱が大きくなる高電力モードを許可することが可能となる。移動しながら画像を投影するようなドローン１００であれば、冷却性能を維持しながら、より小型化した構成で、より高輝度の画像を投影することか可能となる。

ドローン１００のような飛行体は、着地、および、エンジントラブルなどによる落下などの際に、底面に対して衝撃が加わる場合がある。しかし、熱伝導性の高い金属のみでドローン１００の筐体（プロジェクタ１２０の筐体）を構成すると、着地および落下の衝撃に耐えられず、破損する可能性がある。

そこでドローン１００が、衝撃に対する耐久性を向上させるような部材を備えるように構成してもよい。図１２および図１３は、このように構成されたドローン１００の一例を示す図である。

図１２の例では、ドローン１００は、プロジェクタ１２０の筐体の角部に弾性部材３３を有するように構成される。図１３の例では、ドローン１００は、プロジェクタ１２０の筐体の底面に衝撃に強いばね部材３４と、ばね部材３４に接続される弾性部材３５と、を備える。弾性部材３３および３５は、例えば、ゴムおよび樹脂材料などにより形成される、弾性を有する部材である。ばね部材３４は、衝撃を吸収する方向に伸縮するように筐体に接続される。

放熱部のフィンは、冷却効率をより向上できるような形状としてもよい。図１４および図１５は、このように構成された放熱部３２−２および３２−３の一例を示す図である。

図１４の例では、放熱部３２−２は、ドローン１００の移動方向（プロジェクタ１２０の投影方向と解釈することもできる）に延びるフィン１３０１を有するように構成される。これにより、ドローン１００が移動する際に、より風が通り抜けやすいフィン形状とし、冷却効率を向上させることができる。

図１５の例では、放熱部３２−３は、プロペラ１０の軸１４０２から放射状に延びるフィン１４０１を有するように構成される。これにより、ドローン１００がいずれの方向に移動した場合にも、冷却効率を向上させることが可能となる。

以上のように、本実施形態では、熱源に接続された放熱部を筐体外に出すとともに、飛行用のプロペラの付近に放熱部を設置する。これにより、筐体内のファンが不要となるため、装置を大型化することなく、熱源の冷却性能を向上させることが可能となる。

上記で説明した実施形態の各機能は、一または複数の処理回路によって実現することが可能である。ここで、本明細書における「処理回路」とは、記で説明した各機能を実行するよう設計されたＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＤＳＰ（digital signal processor）、および、ＦＰＧＡ（field programmable gate array）、電子回路により実装されるプロセッサのようにソフトウェアによって各機能を実行するようプログラミングされたプロセッサ、並びに、従来の回路モジュール等のデバイスを含むものとする。

本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されるものではない。

１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ プロペラ
２０ 飛行体本体
３１ ヒートパイプ
３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ 放熱部
３３、３５ 弾性部材
３４ ばね部材
１００ ドローン
１０１ コントローラ
１０２ メモリ
１０３ 電源
１０４ 通信Ｉ／Ｆ
１０５ モータコントローラ
１０６ センサ
１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄ モータ
１２０ プロジェクタ
２０１ 通信制御部
２０２ 飛行制御部
２０３ 投影制御部
２０４ 検出部

特開２０１６−１３３６０９号公報

Claims (10)

1. プロペラと、
   光源と、
   前記プロペラにより生じる気流が当たる位置に配置され、前記光源で生じた熱を放熱する放熱部と、
   を備える飛行体。
2. 内部および外部の少なくとも一方にフィンが設けられた筐体を備える、
   請求項１に記載の飛行体。
3. 前記放熱部は、前記気流が当たる位置に柵部材を備える、
   請求項１に記載の飛行体。
4. 前記飛行体の移動する速度を検出する検出部と、
   前記速度に応じて前記光源の光量を制御する制御部と、をさらに備える、
   請求項１に記載の飛行体。
5. 角部に弾性部材を有する筐体を備える、
   請求項１に記載の飛行体。
6. ばね部材が接続された筐体と、
   前記ばね部材に接続される弾性部材と、を備える、
   請求項１に記載の飛行体。
7. 前記放熱部は、前記飛行体の移動方向に延びるフィンを有する、
   請求項１に記載の飛行体。
8. 前記放熱部は、放射状に延びるフィンを有する、
   請求項１に記載の飛行体。
9. 前記光源と、前記光源からの投写光を投写する投写デバイスと、を有するプロジェクタを備える、
   請求項１に記載の飛行体。
10. 前記光源と、撮像素子と、を有するカメラを備える、
    請求項１に記載の飛行体。

Images