JP2001100106A - 像安定化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 パン／チルトの際、防振モードからパンニン
グモードに自動的に切り換えるとともにパンニングモー
ドの内容に工夫を施すことにより、防振性能をできるだ
け確保した上で観察対象物を追従観察することができる
像安定化装置を提供する。 【構成】 角速度センサの出力電圧ＶG （角速度）が第
１の設定値Ｔ１以上になったとき、その後出力電圧ＶG
が第２の設定値Ｔ２以下になるまで、ポジションセンサ
により検出された角度位置に基づくフィードバックルー
プの利得を増大させることにより、パン／チルト操作が
行われたとき自動的にパンニングモードに切り換えて追
従性能を高める。その際、加速度（減速度）が大きいパ
ンニング開始直後および終了直前のみパンニングモード
とし、略等速で移動するパンニング途中では防振モード
とすることにより、防振性能の低下を最小限に抑える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、単眼鏡、双眼鏡さ
らにはビデオカメラ等の光学装置が振動を受けた場合
に、これら光学装置の光軸に対する観察物体からの光束
の射出角度が変動し、光学像がブレて観察されるのを防
止する、この光学装置内に配される像安定化装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】単眼鏡、双眼鏡等の光学的な観測を目的
とした光学装置を手で保持して操作する場合、特に光学
装置を航空機や車輌等に持ち込んで使用する場合には、
航空機、車輌等の振動や揺動が光学装置に伝わり、光軸
に対する、観察物体からの光束の射出角度が変動し、観
察される光学像を劣化させることが多い。このような光
学装置に伝わる振動は、その振幅がたとえ小さくとも、
単眼鏡や双眼鏡等においては視界が狭いことと観察物体
を拡大して観察しているために、光軸に対する変動角度
も拡大される。それ故に、比較的角度変動速度の小さい
揺動時であっても、観察物体が視界の中で急速に移動し
たり、変動角度が大きい場合には視界から外れてしまっ
たりする不都合が生じる。また、比較的角度変動速度の
大きい揺動時には、比較的変動角度が小さくても光学装
置の倍率分だけ観察物体の像の角度変動速度が大きくな
って観察されるので、像のぶれとなって像の劣化となる
不都合が生じる。

【０００３】これまでにも、光学装置に伝わる振動や揺
動によって光軸に対する光束の射出角度が変動し観察さ
れる像が劣化することを防止するための像安定化のため
の装置が種々提案されている。

【０００４】例えば特公昭57-37852号公報には双眼鏡に
おける観察像のブレを補正するためこの双眼鏡内に、回
転慣性体（ジャイロモータ）を利用した防振手段を設け
たものが開示されている。

【０００５】すなわち、この技術は双眼鏡の対物レンズ
と接眼レンズの間の光軸上に正立プリズムを配し、この
正立プリズムを、回転慣性体が取り付けられたジンバル
懸架手段上に固設し、双眼鏡が手ブレ等により振動して
も正立プリズムを略同一姿勢に保持して双眼鏡の観察像
のブレを防止するようにしたものである。

【０００６】このような、回転慣性体とジンバル懸架手
段を利用した従来技術は高精度で像安定化が図れる一
方、小さなスペースで大きな慣性力を得るため高速の回
転体が必要であり、また回転体自身の発生する振動を小
さくする必要があることから高精度である必要がある。
この小型、高速、高精度の要求に対しての問題点は、価
格や寿命、さらには電源投入から必要な慣性力を得るま
での時間等が不利となることである。また、双眼鏡の倍
率や解像力を上げるのに伴なって対物レンズの有効径を
大きくすると正立プリズムが大型化し、これに伴い大き
な慣性力が必要となって上記の問題が一層大きくなるこ
との他に、消費電力もこれに伴って大きくなる。

【０００７】そこで、本願出願人は、上記回転慣性体に
代えて角速度センサをジンバル懸架手段に搭載し、この
角速度センサからの出力値に基づいてこのジンバル懸架
手段の回動を制御して正立プリズムの姿勢を地球（慣性
系）に対して固定する像安定化装置を提案している（特
開平6-250100）。この装置によれば、基本的にジンバル
懸架手段に保持された正立プリズムには慣性力があり、
特に、振動速度が速い、振動周波数の高い振動に対して
は、比較的振幅の大きな振動に対しての姿勢保持能力が
高い。したがって、角速度センサからの出力に基づく回
転位置の制御力も少なくて良い。しかし、バリアングル
プリズムやレンズ駆動を行う他の像安定化装置は積極的
な駆動部が必要であり、周波数の高い振動では大きな振
幅を補正するためには、駆動部を高速で動かす必要があ
るため、大きな角度範囲で補正することが難しい。

【０００８】ところで、双眼鏡やビデオカメラの使用に
際しては、高速でパンニングやチルティングを行うこと
も多い。例えば、鳥や飛行機等の飛行物体を追従しなが
ら観察する場合には素早いパン／チルト操作が要求され
る。

【０００９】そこで、ジンバル懸架手段の角速度のみな
らずその角度位置をも検出し、両検出値に基づいて像安
定化のためのフィードバック制御を行うようにすれば、
パン／チルトの際、装置内の光学系を観察物体の移動方
向にスムーズに追従させることが可能である。

【００１０】その際、実公平７−５７２７号公報に開示
されているように、ジンバル懸架手段の回動角度が大き
くなったとき、角度位置に基づくフィードバックループ
の利得を非線形に高めるようにすれば、パン／チルトの
際の追従性を十分高めることが可能である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、パン／チル
トの際にも手ブレを防止した状態で観察対象物を追従観
察できるようにすることが好ましいが、上記公報記載の
ように角度位置に基づくフィードバックループの利得を
非線形に高めるようにした場合には、パン／チルトの間
ずっと上記利得が高くなってしまうので、その間防振性
能が犠牲になってしまう。また、パン／チルト開始から
ジンバル懸架手段が動き出すまでのタイムラグ（パン／
チルト開始してから、ジンバル懸架手段がパン／チルト
であると認識できる角度位置に来るまでの時間差）が生
じるという問題がある。

【００１２】本発明はこのような事情に鑑みなされたも
ので、パン／チルトの際、ジンバル懸架手段の回動応答
性の向上等、防振性能をできるだけ確保した上で観察対
象物を追従観察することができる像安定化装置を提供す
ることを目的とするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の像安定化装置
は、正立プリズムを対物レンズと接眼レンズの間に配置
した単眼鏡光学系もしくは双眼鏡光学系を有し、これら
光学系の対物レンズおよび接眼レンズをケース内に固設
してなる光学装置に搭載される像安定化装置であって、
前記光学装置の左右方向および上下方向に延びる２本の
回動軸を有し、前記正立プリズムを前記ケースに回動自
在に装着するジンバル懸架手段と、該ジンバル懸架手段
を該２本の回動軸の周りに回動せしめるアクチュエータ
と、前記２本の回動軸周りの該ジンバル懸架手段の角度
位置を各々検出する２つの角度位置検出手段と、前記ジ
ンバル懸架手段に固設された、前記２本の回動軸周りの
該ジンバル懸架手段の角速度を検出する２つの角速度検
出手段と、前記角度位置検出手段および前記角速度検出
手段により検出された角度位置および角速度に基づき、
前記正立プリズムを慣性系に対して固定するよう前記ア
クチュエータを駆動し、前記ジンバル懸架手段の回動を
制御するフィードバック制御手段と、前記角速度が第１
の設定値以上になったとき、その後該角速度が第２の設
定値以下になるまで、前記角度位置に基づくフィードバ
ックループの利得を増大させる利得増大手段とを備えて
なることを特徴とするものである。

【００１４】上記構成において、第２の設定値は、第１
の設定値と同じ値であってもよいし異なる値であっても
よいが、第１の設定値よりもある程度小さい値に設定す
ることが好ましい。また、上記構成に加え、角度位置に
基づくフィードバックループの利得を手動切換えにより
増大させる利得切換手段を備えた構成とすることが好ま
しい。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて説明する。図２、３、４および５は、それぞれ本
発明の実施形態に係る像安定化装置を双眼鏡に組み込ん
だ状態を示す平面断面図、正面断面図、側面断面図およ
び斜視図である。図示されるように、本実施形態の像安
定化装置20をケース30内に組み込んだ双眼鏡は１対の対
物レンズ系1a，1b、１対の接眼レンズ系2a，2b、および
１対の正立プリズム3a，3bを備えており、対物レンズ1
a、接眼レンズ2a、正立プリズム3aは第１の望遠鏡系10a
を構成し、対物レンズ1b、接眼レンズ2b、正立プリズ
ム3bは同様に第２の望遠鏡系10b を構成し、この第１、
第２の望遠鏡系10a ，10b 一対が双眼鏡系を構成してい
る。

【００１６】この双眼鏡系を構成する一対の対物レンズ
系1a，1bおよび接眼レンズ系2a，2bは本光学装置のケー
ス30に固着されており、上記正立プリズム3a，3bは装置
の上下方向（光軸の延びる方向および対物レンズ系1a,1
bの配列方向に直交する方向）および装置の左右方向
（対物レンズ系1a，1bの配列方向）に延びる回動軸６、
106（図６参照）を有するジンバル懸架部材７、107を介
して上記ケース30に回動自在に装着されている。

【００１７】また、ケース30の背面部には、メインスイ
ッチ50、および後述する制御ループにおける利得の切換
えを外部操作可能とする、利得切換指示用のスイッチ40
が配設されている。

【００１８】以下、図６および図７を用いて本実施形態
装置の前提となる基本機能について説明する。なお、本
明細書中で、装置の上下方向とは図中矢印Ａ方向を示
し、装置の左右方向とは図中矢印Ｃ方向を示す。

【００１９】図６において上記正立プリズム3a，3bの装
着されているジンバル懸架部材７、107がケース30に対
して固定された状態、したがってジンバル懸架部材７、
107に装着されている上記正立プリズム3a，3bがケース3
0に固定された状態では、本光学装置は通常の双眼鏡系
の構成となるが、この時の各望遠鏡光学系10a ，10b の
光軸4a，4bを本光学装置の光軸と称することとする。

【００２０】なお、上記対物レンズ系1a，1b、接眼レン
ズ系2a，2b、正立プリズム3a，3b、ジンバル懸架部材
７、107および回動軸６、106等の適切な配設位置につい
ては公知文献（例えば特公昭57-37852号公報）に詳述さ
れているので、ここでは省略する。

【００２１】図６に示すように、本実施形態装置では内
側のジンバル懸架部材107 が外側のジンバル懸架部材７
に軸支されており、ジンバル懸架装置が内外２重の構造
となっている。外側のジンバル懸架部材７が装置の左右
方向に延びる回動軸６により上下方向の像ブレを補正す
るように回動するのに対し、内側のジンバル懸架部材10
7 は装置の上下方向に延びる回動軸106 により左右方向
の像ブレを補正するように回動する。正立プリズム3a，
3bは、この内側のジンバル懸架部材107 に装着されてい
る。なお、この図６においては、上下の関係が図２〜５
のものとは逆となるようにして示されている。

【００２２】また、外側のジンバル懸架部材７ の上側
壁部の中央部分には角速度センサ８が固設されており、
一方、 内側のジンバル懸架部材107 の前側壁部の中央
部分には角速度センサ108が固設されている。角速度セ
ンサ８が、ケース30の上下方向のブレに伴なって外側の
ジンバル懸架部材７が矢印Ｂ方向に回動した場合に、こ
の回転角速度ω１ を検出するセンサであるのに対し、
角速度センサ108 は、ケース30の左右方向のブレに伴な
って内側のジンバル懸架部材107 が矢印Ｄ方向に回動し
た場合に、この回転角速度ω２ を検出するセンサであ
る。

【００２３】また、上記回動軸６の一端には、上記検出
角速度による速度フィードバック制御に加えて位置フィ
ードバック制御を行なうため回動軸６の回転角度θ１
を検出するポジションセンサ９が取り付けられており、
上記回動軸６の他端には、上記角速度センサ８および上
記ポジションセンサ９からの検出値に基づき、正立プリ
ズム3a，3bをケース30のブレに対し常に初期の姿勢に戻
すようにジンバル懸架部材７の回動軸６を回動せしめる
回転駆動モータ５が取り付けられている。一方、上記回
動軸106 の一端には、上記検出角速度による速度フィー
ドバック制御に加えて位置フィードバック制御を行なう
ため回動軸106 の回転角度θ２ を検出するポジション
センサ109 が取り付けられており、上記回動軸106 の他
端には、上記角速度センサ108および上記ポジションセ
ンサ109からの検出値に基づき、正立プリズム3a，3bを
ケース30の左右方向のブレに対し常に初期の姿勢に戻す
ように内側のジンバル懸架部材107 の回動軸106 を回動
せしめる回転駆動モータ105が取り付けられている。

【００２４】次に、本実施形態装置の制御ループの基本
的概念を図７により説明する。図示するように、この装
置は角速度センサ８からの角速度信号およびポジション
センサ９からの角度信号を各々増巾する増幅器11a ，11
b と、これらの角速度信号および角度信号に基づき、正
立プリズム3a，3bを元の姿勢に戻すように回転駆動モー
タ５の駆動量を演算し、この演算に基づく制御信号を出
力するＣＰＵ12と、このＣＰＵ12からの制御信号を増巾
して回転駆動モータ５を駆動するモータ駆動回路13を備
えている。また、ＣＰＵ12には、各種プログラムが格納
されたＲＯＭ12a、および該ＣＰＵ12にこの制御ループ
の利得の切換を指示する利得切換指示スイッチ40が接続
されている。一方、角速度センサ108 およびポジション
センサ109 からの検出信号は、上記角速度センサ８およ
び上記ポジションセンサ９からの検出信号と同様に、図
７に示す制御ループと同様の制御ループによって制御信
号に変換され、この制御信号により回転駆動モータ105
が駆動される。

【００２５】したがって本実施形態装置では、外側と内
側の２つのジンバル懸架部材７,107を各々元の姿勢に戻
すために２組の制御ループが必要となるがＣＰＵ12は共
通のものを用いればよい。

【００２６】次に、図１を用いて上記制御ループの詳細
な構成について説明する。なお、この制御ループは速度
（角速度）フィードバックループと位置（角度）フィー
ドバックループの２重の帰還ループから構成されてお
り、また、この制御ループはＣＰＵ12のマイコンプログ
ラムによるソフト的なループとハード的なループの組合
せにより構成されている。

【００２７】まず、速度フィードバックループはジンバ
ル懸架装置70（７,107)の回動軸６,106 周りの角速度ω
を角速度センサ61（８,108 ）により検出し、この検出
値をハード的な増幅器62 により増幅した後、減算器66
および増幅器67を介して上記検出値ωをモータ駆動系68
に負帰還させる（第１の速度フィードバックループ）。
これによりモータ69 に逆向きの回転トルクを発生さ
せ、手ブレ等の振動に抗してジンバル懸架装置70 を元
の姿勢に戻すように、すなわち角速度の大きい振動に対
しては上記正立プリズム3a，3bが地球（慣性系）に対し
て固定されるような制御がなされることになる。

【００２８】また、この速度フィードバックループでは
角速度センサ61により検出された検出値を減算器63およ
び増幅器64を介して積分器65に入力せしめ、この後積分
器65からの出力値を減算器66において上記増幅器62から
直接入力された検出値を減算し、その減算結果をこのモ
ータ駆動系68に負帰還させている（第２の速度フィード
バックループ）。このように角速度センサ61による検出
値を積分器65を介して負帰還させることで速度指令に対
して定常偏差が０の場合でも、すなわちフィードバック
ループの速度入力値と速度出力値が等しい場合でも制御
系を機能させることができ、これとともにループゲイン
を２重にできるためジンバル懸架装置70の高速安定化を
図る（スタビ精度を上げる）ことができる。

【００２９】なお、上記積分器65は入力値を平均化する
機能を有し、その出力値が減算器66において検出角速度
値との間で減算されるため、上記第１の速度フィードバ
ックループの発振を防止するダンパ的機能を有している
ともいえる。

【００３０】一方、上記位置フィードバックループはジ
ンバル懸架装置70 の回動軸６,106周りの角度位置θを
ポジションセンサ81（９,109 )により検出し、この検出
値をハード的な増幅器82 により増幅した後モータ駆動
系68 に戻すことにより、回転駆動モータ69 (５,105 ）
がジンバル懸架装置70を視軸中点の角度位置θ０に近づ
けるように制御するものである。

【００３１】なお、双眼鏡等の光学装置においては、大
きくパンニングあるいはチルティングを行う場合があ
り、このような場合に上記速度フィードバックループの
みを用いた制御であると、パンニングあるいはチルティ
ングに対する応答性が悪く、また、そのためにジンバル
懸架装置70 が大きく回動してケース30 の可動限界端部
に衝突してしまうおそれがある。

【００３２】そこで、この位置フィードバックループで
は、ジンバル懸架装置70 が大きく回動したことが検出
された場合、その検出値に応じた信号をモータ駆動系68
に戻すようにして、ジンバル懸架装置70 を視軸中点方
向に強力に戻すようモータ69 を駆動させる。これによ
り、パンニングあるいはチルティング時等において、ジ
ンバル懸架装置70 がケース30 の可動限界端部に衝突す
る不測の事態を防止するとともに、パンニングあるいは
チルティングを行う場合に、その追従性を良好なものと
している。

【００３３】この位置フィードバックループにおいて
は、基本的にはポジションセンサ81からの検出信号が第
１増幅器83を介して帰還されるように構成されている。
この第１増幅器83の増幅率は、図９に実線で示すように
ジンバル懸架装置70の回動角度が増大するに従って徐々
に増大するリニアな特性を有しているが、その傾斜角は
比較的小さい値に設定されている。すなわち、この第１
増幅器83は、位置フィードバックループの利得（ポジシ
ョンゲイン）を比較的小さく抑えるように設定されてお
り、これにより防振性能を重視したモード（防振モー
ド）とするようになっている。

【００３４】ところで、実際に双眼鏡を使用する際に
は、鳥や飛行機等の飛行物体を追従しながら観察するこ
とも多く、このような場合には素早いパン／チルト操
作、特に素早いパンニングが要求される。このようなパ
ンニングの操作では装置内の光学系が観察物体の移動方
向にスムーズに追従していくことが必要となるから、振
動に抗して光学系を元の位置に固定しようとする上記防
振機能とは相反する機能が必要とされ、このようなパン
／チルト操作を行う場合には、むしろ上記防振機能を無
効状態とする必要がある。

【００３５】そこで、本実施形態においては、増幅率が
小さい第１増幅器83 と並列で増幅率が大きい第２増幅
器84 を位置フィードバックループ内に配設するととも
に、ソフトスイッチ部85により第１増幅器83および第２
増幅器84間の切換えを行い得るように構成されている。
この第２増幅器84の増幅率は、図９に破線で示すように
ジンバル懸架装置70の回動角度が増大するに従って徐々
に増大するリニアな特性を有しているが、その傾斜角は
第１増幅器83よりもかなり大きい値に設定されている。

【００３６】ソフトスイッチ部85の切換えは、ケース30
の背面部に設けられたモード切換スイッチ40を、操作者
が状況に応じて切換操作することにより行われる。そし
て、ソフトスイッチ部85が第２増幅器84に接続されたと
きには、ポジションゲインが大きくなるように設定さ
れ、これにより追従性能を重視したモード（パンニング
モード）とするようになっている。

【００３７】さらに本実施形態においては、操作者が防
振モードを選択している場合であっても、パン／チルト
操作が行われたときには、防振性能の低下を最小限に抑
えた上で追従性能を高めるようになっている。そのため
の具体的構成は以下のとおりである。

【００３８】すなわち、図１に示すように、第１増幅器
83と並列で増幅率が大きい第３増幅器86を配設するとと
もに、ソフトスイッチ部87により第１増幅器83および第
２増幅器86間の切換えを行い得るように構成されてい
る。この第３増幅器86の増幅率は、図９に１点鎖線で示
すようにジンバル懸架装置70の回動角度が増大するに従
って徐々に増大するリニアな特性を有しているが、その
傾斜角は第１増幅器83よりもかなり大きい値に設定され
ている。

【００３９】ソフトスイッチ部87の切換えは、自動モー
ド切換スイッチ88からの出力信号により行われるように
なっている。この自動モード切換スイッチ88は、速度フ
ィードバックループの増幅器62から出力電圧ＶG が入力
されるようになっている。この出力電圧ＶG は、角速度
の検出値に対応する値であるが、Ａ／Ｄ変換された後に
アベレージ処理された値が用いられるようになってい
る。

【００４０】そして、自動モード切換スイッチ88におい
ては、出力電圧（角速度）ＶG が第１の設定値Ｔ１未満
のときにはソフトスイッチ部87を第１増幅器83に接続さ
せる一方、出力電圧ＶG が第１の設定値Ｔ１以上になっ
たときにはソフトスイッチ部87を第３増幅器86に接続さ
せ、さらに、出力電圧ＶG が第１の設定値Ｔ１以上にな
った後に第２の設定値Ｔ２以下になったときには、再び
ソフトスイッチ部87を第１増幅器83に接続させるように
なっている。これら第１および第２の設定値Ｔ２につい
ては後述する。

【００４１】図１０は、パンニングが行われたときの出
力電圧（角速度）ＶG の変化の様子を示す図である。図
示のように、パンニング開始直後は加速動作となるの
で、出力電圧（角速度）ＶG はゼロから急激に増大した
後ある程度の値まで減少する。そして、パンニング途中
は略等速動作となるので、小さい出力電圧ＶG で推移す
る。さらに、パンニング終了直前は減速動作となるの
で、出力電圧ＶG はマイナス側へ急激に変化した後ゼロ
に向けて収束する。

【００４２】上記第１の設定値Ｔ１は、パンニング開始
直後において出力電圧ＶG が急激に増大する途中の値に
設定されており、上記第２の設定値Ｔ２は、パンニング
開始直後において出力電圧ＶG が減少する途中の値に設
定されている。第２の設定値Ｔ２は、第１の設定値Ｔ１
よりもある程度小さい値に設定されている。

【００４３】なお、上述した図１の制御回路において、
アナログ制御とする場合には自動モード切換ＳＷ８８
を、スレッシュホールドのみを設定し得るコンパレータ
等のアナログ回路により簡易に構成すればよく、一方デ
ィジタル制御とする場合には、自動モード切換ＳＷ８８
をディジタル比較器により構成すればよい。

【００４４】また、パンニングモードを開始する際のト
リガを速度（角速度）フィードバックループから、一方
パンニングモードを終了する際のトリガは位置フィード
バックループから各々得るように構成する場合には例え
ば図１１に示すような制御回路を用いる。すなわち、第
１自動モード切換ＳＷ８８Ａは、速度フィードバックル
ープの増幅器６２の出力電圧ＶG₁が入力されるように、
一方第２モード切換ＳＷ８８Ｂは、位置フィードバック
ループの増幅器８２の出力電圧ＶG_２が入力されるよう
に構成する。なお、この場合においても、アナログ制御
とする場合には、２つの自動モード切換ＳＷ８８Ａ、８
８Ｂを、スレッシュホールドのみを設定し得るコンパレ
ータなどのアナログ回路により、一方ディジタル制御と
する場合には、２つの自動モード切換ＳＷ８８Ａ、８８
Ｂをディジタル比較器により構成すればよい。

【００４５】以上詳述したように、本実施形態において
は、操作者が防振モードを選択している場合であって
も、パン／チルト操作が行われたときには、自動的にパ
ンニングモードに切り換わるようになっているので、追
従性能を高めることができる。しかもその際、パン／チ
ルトの間ずっとパンニングモードに固定されてしまうの
ではなく、加速度（減速度）が大きいパンニング開始直
後および終了直前のみパンニングモードとなり、略等速
で移動するパンニング途中では防振モードとなるので、
防振性能の低下を最小限に抑えた上で追従性能を高める
ことができる。

【００４６】また、このようなモード切換えを行う際、
第２の設定値Ｔ２が第１の設定値Ｔ１よりもある程度小
さい値に設定されているので、ハンチングを防止して制
御の安定化を図ることができる。

【００４７】しかも本実施形態においては、モード切換
スイッチ40により操作者が手動でパンニングモードを選
択することができるので、追従性能を特に重視したい状
況にも十分対応することができる。

【００４８】なお、前述の正立プリズム3a，3bとしては
シュミット(Schmidt）の正立プリズム、アツベ(Abbe)の
正立プリズム、バウエルン フエント(bauern fend）の
正立プリズム、ポロの正立プリズムおよびダハの正立プ
リズム等があるが、このうち図８にはシュミットの正立
プリズムを示す。シュミットの正立プリズムは図に示す
ようにプリズム23とプリズム24から構成されており、プ
リズム24の一部25がダハ反射面となっている。このよう
な正立プリズムでは図示するように入射光軸21と射出光
軸22を同一直線上にとることのできる入射光軸の位置が
存在する。このような入射光軸21と射出光軸22を同一直
線上にとることのできる正立プリズムにおいては、図８
に示す如く、光軸21より上側にｈだけ離れた、該光軸21
に平行な光線21′は、上記正立プリズムを通った後は射
出光軸22より下側にｈだけ離れた、光軸22に平行な光線
22′になるという性質を持っている。

【００４９】また、上記角速度センサ８、108は、円柱
状等の柱状振動子と複数個の圧電セラミックからなる、
コリオリの力を利用した圧電振動ジャイロセンサであっ
て、柱状振動子の側面に少なくとも２個の検出用圧電セ
ラミックと少なくとも１個の帰還用圧電セラミックを設
けてなる。

【００５０】各検出用圧電セラミック からは振動に応
じて値の異なる検出信号が出力され、これらの差分を演
算することにより角速度を得る。なお、帰還用圧電セラ
ミックは検出信号の位相補正用に使用される。

【００５１】この角速度センサ８、108は構造が簡単で
超小型であることから像安定化装置20自体を構造簡単か
つ小型とすることができる。また、高Ｓ／Ｎ比で高精度
であるから角速度制御を高精度とすることができる。

【００５２】なお、本発明の像安定化装置としては上記
実施形態のものに限られるものではなく、その他種々の
態様の変更が可能であり、例えば、角速度検出手段とし
ては、円柱状振動子タイプの圧電振動ジャイロセンサの
他、三角柱振動子タイプ、四角柱振動子タイプや音叉状
振動子タイプ等の種々のタイプの振動子を用いた圧電振
動ジャイロセンサを使用することが可能であり、さら
に、その他の種々の角速度センサを使用することが可能
である。

【００５３】なお、角度位置検出手段としては、上記ポ
ジションセンサに代えてレゾルバ、シンクロ、ロータリ
エンコーダ等の種々の角度センサを用いることができ
る。また、上記実施形態装置は双眼鏡に適用するための
構成とされているが、本発明の像安定化装置としては単
眼鏡に適用し得る構成とすることも可能である。また、
ビデオカメラ等のカメラに搭載しても同様の効果を得る
ことができる。

【００５４】

【発明の効果】本願発明の像安定化装置によれば、角速
度検出手段により検出された角速度が第１の設定値以上
になったとき、その後該角速度が第２の設定値以下にな
るまで、角度位置検出手段により検出された角度位置に
基づくフィードバックループの利得を増大させるように
なっているので、パン／チルト操作が行われたときには
自動的にパンニングモードに切り換えることができ、こ
れにより追従性能を高めることができる。しかもその
際、パン／チルトの間ずっとパンニングモードに固定さ
れてしまうのではなく、加速度（減速度）が大きいパン
ニング開始直後および終了直前のみパンニングモードと
なり、略等速で移動するパンニング途中では防振モード
となるので、防振性能の低下を最小限に抑えた上で追従
性能を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る像安定化装置の制御ル
ープを示すブロック線図

【図２】本発明の実施形態に係る像安定化装置を内蔵し
た双眼鏡を示す平面断面図

【図３】本発明の実施形態に係る像安定化装置を内蔵し
た双眼鏡を示す正面断面図

【図４】本発明の実施形態に係る像安定化装置を内蔵し
た双眼鏡を示す側面断面図

【図５】本発明の実施形態に係る像安定化装置を内蔵し
た双眼鏡を示す斜視図

【図６】本発明の実施形態に係る像安定化装置の機能を
説明するための装置概略斜視図

【図７】本発明の実施形態に係る像安定化装置の機能を
説明するためのブロック図

【図８】図２に示す正立プリズムを説明するための側面
図

【図９】本発明の実施形態に係る像安定化装置の第１、
第２および第３増幅器の増幅率を示す図

【図１０】本発明の実施形態に係る像安定化装置の作用
を示す図

【図１１】図１とは別の実施形態に係る像安定化装置の
制御ループを示すブロック図

【符号の説明】

1a，1b 対物レンズ（対物レンズ系） 2a，2b 接眼レンズ（接眼レンズ系） 3a，3b 正立プリズム 4a，4b 光軸 ５，105 回転駆動モータ ６，106 回動軸 ７, 107 ジンバル懸架部材 ８，61，108 角速度センサ ９，81，109 ポジションセンサ 10a ，10b 望遠鏡光学系 12 ＣＰＵ 12a ＲＯＭ 30 ケース 40 モード切換スイッチ（利得切換手段） 68 モータ駆動系 70 ジンバル懸架装置 83 第１増幅器 84 第２増幅器 85,87 ソフトスイッチ部 86 第３増幅器 88,88A,88B 自動モード切換スイッチ（利得増
大手段） Ｔ１ 第１の設定値 Ｔ２ 第２の設定値

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 研一 埼玉県大宮市植竹町１丁目324番地 富士 写真光機株式会社内 Ｆターム(参考） 2H039 AA05 AB23 AB32 5C022 AA01 AA11 AB55

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 正立プリズムを対物レンズと接眼レンズ
   の間に配置した単眼鏡光学系もしくは双眼鏡光学系を有
   し、これら光学系の対物レンズおよび接眼レンズをケー
   ス内に固設してなる光学装置に搭載される像安定化装置
   であって、 前記光学装置の左右方向および上下方向に延びる２本の
   回動軸を有し、前記正立プリズムを前記ケースに回動自
   在に装着するジンバル懸架手段と、 該ジンバル懸架手段を該２本の回動軸の周りに回動せし
   めるアクチュエータと、 前記２本の回動軸周りの該ジンバル懸架手段の角度位置
   を各々検出する２つの角度位置検出手段と、 前記ジンバル懸架手段に固設された、前記２本の回動軸
   周りの該ジンバル懸架手段の角速度を検出する２つの角
   速度検出手段と、 前記角度位置検出手段および前記角速度検出手段により
   検出された角度位置および角速度に基づき、前記正立プ
   リズムを慣性系に対して固定するよう前記アクチュエー
   タを駆動し、前記ジンバル懸架手段の回動を制御するフ
   ィードバック制御手段と、 前記角速度が第１の設定値以上になったとき、その後該
   角速度が第２の設定値以下になるまで、前記角度位置に
   基づくフィードバックループの利得を増大させる利得増
   大手段とを備えてなることを特徴とする像安定化装置。
2. 【請求項２】 前記第２の設定値が、前記第１の設定値
   よりも小さい値に設定されていることを特徴とする請求
   項１記載の像安定化装置。
3. 【請求項３】 前記角度位置に基づくフィードバックル
   ープの利得を手動切換えにより増大させる利得切換手段
   を備えてなることを特徴とする請求項１または２記載の
   像安定化装置。