JP2012197010A - 視軸角制御装置および視軸角制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】視軸角の制御を高速に精度良く行うことを課題とする。
【解決手段】視軸角制御装置１０は、撮像装置の視軸角の実測値と該視軸角の実測値に対応するウェッジプリズムのプリズム回転角の実測値とから求められた２元多項近似式を用いて、視軸角を補正する。そして、視軸角制御装置１０は、補正された視軸角に対して、近軸領域でのスネルの式を用いて、ウェッジプリズムのプリズム回転角を算出する。続いて、視軸角制御装置１０は、算出されたプリズム回転角に応じて、ウェッジプリズムの回転制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、視軸角制御装置および視軸角制御方法に関する。

航空機や船舶に搭載するカメラ等の撮像装置において、撮像装置の取り付け部に動揺外乱が生じ、撮像装置の視軸が変化する場合がある。このような場合に、撮像装置の視軸が変化しないように、慣性座標系に対して固定する空間安定化視軸制御機構の方式の一つとして、例えばストラップダウン方式が知られている。

ストラップダウン方式では、カメラの視軸方向に、視軸方向を変化させられる光学系（例えば、ミラー、プリズムなど）を設置し、ジャイロを撮像装置近傍に搭載する。そして、ジャイロで検出した動揺外乱に対応する視軸のズレがキャンセルされる方向に、光学系を動かして視軸を制御する。

また、ストラップダウン方式の空間安定化視軸制御機構において、ウェッジプリズムを２基組み合わせて視軸角を制御するダブルウェッジプリズム方式が知られている。ダブルウェッジプリズム方式を使用する場合には、ジャイロで検出された動揺外乱をキャンセルするように、与えられた視軸角を指向するプリズム回転角を求める。なお、ここで視軸角とは、カメラからプリズムに向かう直線に対して視軸がなす角のことをいい、プリズム回転角とは、カメラからプリズムに向かう直線の回りの回転角のことをいう。

所望の視軸角からそれを実現するプリズム回転角を求めるには、主に以下の３通りの方法が考えられる。第一の方法は、屈折の式を繰返し数値計算を行って近似的に解く方法である。プリズム回転角から視軸角への関係は、３次元的な屈折の式、すなわち三角関数を含む非線形関係式であるスネルの法則のベクトル表現式（屈折面の法線ベクトル、入射光、射出光の方向ベクトル、相対屈折率による外積の式で表現される）が屈折の数だけあれば表現できる。所望の視軸角が得られるまでプリズム角を変化させて繰り返し演算することにより解を得る方法である。

また、第二の方法として、線形近似した屈折の式の逆関数を用いて求める方法である。プリズム回転角から視軸角へ変換する変換式を線形近似した後、視軸角からプリズム回転角を算出する逆関数を用いて、プリズム回転角を求める方法である。

第三の方法としては、現在の視軸角を検出し、視軸角についてのフィードバックによりプリズム回転角を求める方法である。例えば、ビーム、スプリッタ、ビーム位置センサ等を用いて視軸角を検出し、視軸角についてのフィードバックによりプリズム回転角を制御する。

特開２００２−９０１４２号公報

しかしながら、上記した従来の技術では、以下のような課題がある。
第一の方法では、屈折の数だけある３次元ベクトル式の繰り返し計算を行う必要があるため、演算時間が掛かるという問題がある。また、第一の方法、第二の方法では、視軸角の制御に影響のある各種誤差が存在する場合に、視軸角の制御を精度よく行うことができないという課題があった。つまり、従来の技術では、例えば、機械的誤差、ウェッジプリズム屈折率の誤差、ウェッジプリズム頂角の誤差、角度センサの誤差などの各種誤差が存在する場合に、これらの誤差が視軸角の制御に影響を与えるので、視軸角の制御を精度よく行うことができない。

第三の方法、すなわちセンサ等で視軸角を検出する方法では、視軸角を検出するためのセンサ等を装置に組み込むので、スペースなどの問題により実装が困難な場合がある。また、上記した逆関数を用いて、プリズム回転角を算出する方法では、線形近似の誤差に応じて誤差が生じており、大きな視軸角範囲の誤差も大きくなり、高精度な計算ができない。

そこで、この発明は、上述した従来技術の課題を解決するためになされたものであり、視軸角の制御を精度よく行うことを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、この装置は、撮像装置の視軸角の実測値と該視軸角の実測値に対応するウェッジプリズムのプリズム回転角の実測値とから求められた２元多項近似式を用いて、視軸角を補正する。そして、補正された視軸角に対して、近軸領域でのスネルの式を用いて、ウェッジプリズムのプリズム回転角を算出し、算出されたプリズム回転角に応じて、ウェッジプリズムを回転させる。

開示の装置は、視軸角の制御を精度良く行うことができるという効果を奏する。

図１は、実施例１に係る視軸角制御装置のハードウェア構成を示す図である。 図２は、ダブルウェッジプリズムについて説明する図である。 図３は、撮像装置とジャイロの配置例を示す図である。 図４は、フィードフォワードによる視軸角制御方式について説明する図である。 図５は、実施例１に係る視軸角制御装置の構成を示すブロック図である。 図６は、視軸角とプリズム回転角の実測値の測定例について説明する図である。 図７は、２元多項近似式のパラメータの算出手順を説明する図である。 図８は、指令視軸角からプリズム角を算出する算出手順を説明する図である。 図９は、指令視軸角からプリズム角を算出する処理を説明する図である。 図１０は、実施例１に係るコンピュータの２元多項近似式算出処理の処理手順を説明するフローチャートである。 図１１は、実施例１に係る視軸角制御装置の視軸角制御処理の処理手順を説明するフローチャートである。

以下に添付図面を参照して、この発明に係る視軸角制御装置および視軸角制御方法の実施例を詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

以下の実施例では、実施例１に係る視軸角制御装置の構成および処理の流れを順に説明し、最後に実施例１による効果を説明する。

［視軸角制御装置の構成］
最初に、図１を用いて、図１に示した視軸角制御装置１０の構成を説明する。実施例１に係る視軸角制御装置のハードウェア構成を示す図である。図１に示すように、視軸角制御装置１０は、ダブルプリズム機構部１１およびダブルプリズム制御部１３を有し、撮像装置制御部３０およびジャイロ４０と接続される。また、図１に示すように、視軸角制御装置１０は、コンピュータ１４と通信可能に接続される。以下にこれらの各部の処理を説明する。

ダブルプリズム機構部１１は、プリズム回転機構１１ａ、１２ａ、プリズム１１ｂ、１２ｂ、モータ１１ｃ、１２ｃ、角度センサ１１ｄ、１２ｄ、モータアンプ１１ｅ、１２ｅを有する。なお、図１では、プリズムが２つの例を示しているが、これに限定されず、プリズムが３つ以上であってもよい。

プリズム回転機構１１ａ、１２ａは、プリズム１１ｂ、１２ｂを回転可能にする機構であり、プリズム１１ｂ、１２ｂを同一回転軸上でそれぞれ回転させて、視軸を走査させる。なお、プリズム１１ｂ、１２ｂは、色収差の補正を目的として、それぞれ複数のプリズムを含んで構成されてもよい。プリズム１１ｂ、１２ｂは、撮像装置２０の視軸上に設置された二つのウェッジプリズムであり、撮像装置２０に入射する光束の向きを変化させる。ここで、図２を用いて、二つのウェッジプリズムであるプリズム１１ｂ、１２ｂについて説明する。図２は、ダブルウェッジプリズムについて説明する図である。

図２に示すように、プリズム１１ｂ、１２ｂは、光束を入射する四角形状でくさび型のウェッジプリズムである。尚、初期状態では、プリズム１２ｂは、ウェッジプリズム１１ｂに対して反転させた状態で配置されているものとする。また、図２において、αは、プリズム１１ｂ、１２ｂのプリズム頂角を示し、ｎ_ｂは、プリズム１１ｂ、１２ｂの屈折率を示している。また、θ_１は、プリズム１１ｂのプリズム回転角を示し、θ_２は、プリズム１２ｂのプリズム回転角を示している。なお、図２に例示するプリズム１１ｂ、１２ｂは、プリズム回転角が「０」であるものとする。

また、ウェッジプリズム構造では、２つのプリズム１１ｂ、１２ｂをプリズム回転機構１１ａ、１２ａ（図示せず）により回転させることにより、視軸をＡＺ（azimuth：アジマス）、ＥＬ（elevation：エレベーション）指向とすることができる。これにより、光束をプリズム１１ｂ、１２ｂにより所定の角度だけ傾斜させ、入射する光束を撮像装置２０のほぼ中心位置に入射させることができる。図２において、ベクトルｎ_ｉは、平面Ａｉ上の法線ベクトルを示している。また、図２において、ベクトルｑ_ａは、平面Ａ_１に入射する光線ベクトルであり、ベクトルｑ_ｂは、平面Ａ_２に入射する光線ベクトルであり、ベクトルｑ_ｃは、平面Ａ_３に入射する光線ベクトルであり、ベクトルｑ_ｄは、平面Ａ_４に入射する光線ベクトルである。また、図２において、ベクトルｑ_ｅは、視軸の方向ベクトルである。

図１の説明に戻って、モータ１１ｃ、１２ｃは、回転駆動することで、プリズム１１ｂ、１２ｂをそれぞれ回転させる。角度センサ１１ｄ、１２ｄは、プリズム１１ｂ、１２ｂのプリズム回転角をそれぞれ検出する。モータアンプ１１ｅ、１２ｅは、ダブルプリズム制御部１３からの指令に基づき、モータ１１ｃ、１２ｃに対して必要な電力を供給する。

ダブルプリズム制御部１３は、ストラップダウン方式による視軸制御方式により、撮像装置２０の視軸上に設置されたプリズム１１ｂ、１２ｂの中心軸を中心とする回転角を制御することで、撮像装置２０に入射する光束の向きを制御する。かかるダブルプリズム制御部１３は、動揺などによる角度外乱により撮像装置２０の視軸が変化しないように、プリズム１１ｂ、１２ｂの回転を制御する。ダブルプリズム制御部１３については、後に図５を用いて詳述する。

撮像装置２０は、所定の方向を撮像し、撮像した画像を画像データとして図示しない外部端末に出力する。撮像装置制御部３０は、撮像装置２０が撮像するタイミング等を制御する。ジャイロ４０は、撮像装置２０の近傍に設置されており、視軸角の角速度を測定し、測定した角速度をダブルプリズム制御部１３に通知する。

ここで、図３を用いて撮像装置２０とジャイロ３０の配置例を示す説明する。図３は、撮像装置とジャイロの配置例ついて説明する図である。撮像装置２０は、所定の方向を撮像している。ジャイロ４０は、撮像装置２０の近傍に設置されている。図３に示すように、ストラップダウン方式による視軸制御方式では、ジンバル等を搭載しないため、駆動機構が小さくできる。なお、図３では、プリズム１１ｂ、１２ｂ等の図示を省略している。
また、ストラップダウン方式では、撮像装置２０の視軸方向に、視軸方向を変化させられるプリズム１１ｂ、１２ｂを設置し、ジャイロ４０を撮像装置近傍に搭載する。そして、ジャイロ４０で検出した角速度に対応する視軸のズレがキャンセルされる方向に、プリズム１１ｂ、１２ｂを動かして視軸を制御する。

ここで、図４を用いて、ストラップダウン方式によるフィードフォワードでの視軸制御方式について説明する。図４は、フィードフォワードによる視軸角制御方式について説明する図である。図４に示すように、ジャイロ４０で検出された撮像装置が搭載されている機体動揺角度をキャンセルする方向に視軸角を制御する。ジャイロ４０が角速度を検出する場合は、検出した角速度を積分した値を視軸角の指令値として使用する。この値は、後述する視軸角指令発生器１３ａが発生される視軸角の指令に相当する。

以下、図１に戻って、説明する。図１において、コンピュータ１４はパラメータの計算を行う。コンピュータ１４のパラメータ計算部１５は、プリズム回転角の実測値を用いて近軸領域でのスネルの式（プリズム角から視軸角への変換式）を用いた計算を行って視軸角を算出し、算出された視軸角と視軸角の実測値とから２元多項近似式のパラメータを算出する。そして、パラメータ計算部１５は、２元多項近似式を用いて視軸角の実測値を補正し、補正された視軸角と視軸角の実測値とから２元多項近似式のパラメータを算出し、２元多項近似式のパラメータを２元多項近似式に設定する。なお、視軸角の実測値とプリズム回転角の実測値は、事前に測定され、コンピュータ１４の記憶部１６に記憶されている。記憶部１６は、例えばハードディスクドライブなどのほか、ＲＯＭ(Read Only Memory）や、ＲＡＭ（Random Access Memory）などを含む。

ここで、視軸角の実測値とプリズム回転角の実測値の測定について説明する。図６は、視軸角とプリズム回転角の実測値の測定例について説明する図である。図６に例示するように、視軸角の実測値とプリズム回転角の実測値の測定については、外乱振動を低減する光学定盤５０上で実施される。また、プリズム１１ｂおよびプリズム１２ｂは、ジンバル式２軸回転台７０上に設置され、ＡＺ軸、ＥＬ軸を中心軸として回転可能となっている。また、図６に例示するように、コリメータ６０が平行光線をプリズム１１ｂおよびプリズム１２ｂに出射している。

そして、視軸角の実測値とプリズム回転角の実測値の測定する際には、決定されたＡＺ軸、ＥＬ軸となるように、ジンバル式２軸回転台７０でプリズム１１ｂおよびプリズム１２ｂを回転させる。そして、コリメータ６０から出射された平行光線をプリズム１１ｂおよびプリズム１２ｂに通過させ、通過した光軸から視軸角を測定する。これにより、決定されたＡＺ軸およびＥＬ軸と、測定された視軸角とを一つの組として、視軸角の実測値とプリズム回転角の実測値とを測定する。このように、プリズム回転角と視軸角との関係を離散的に実測する処理を事前に行っておく。

このように測定された視軸角の実測値とプリズム回転角の実測値の測定を用いて、パラメータ計算部１５は、２元多項近似式のパラメータを算出する。ここで、図７を用いて、２元多項近似式のパラメータを算出方法について説明する。図７は、２元多項近似式のパラメータの算出手順を説明する図である。まず、図７（１）に示すように、パラメータ計算部１５は、基準データとして、事前に用意された視軸角の実測値ベクトルＥＬ、ベクトルＡＺとそれに対応するプリズム回転角の実測値ベクトルθ_１、θ_２とを読み出す。そして、パラメータ計算部１５は、図７（２）に示すように、近軸領域でのスネルの式（プリズム角から視軸角への変換式）を用いた計算を行って、基準データであるプリズム回転角の実測値ベクトルθ_１、θ_２から視軸角ベクトルＥＬ^＊＊、ベクトルＡＺ^＊＊を算出する。近軸領域でのスネルの式（プリズム角から視軸角への変換式）は、以下の式（１）、式（２）で表される。なお、Ｓαはｓｉｎαを意味する。

そして、パラメータ計算部１５は、図７（３）に示すように、算出した視軸角ベクトルＥＬ^＊＊、ベクトルＡＺ^＊＊と基準データである視軸角の実測値ベクトルＥＬ、ベクトルＡＺとから連立方程式で２元多項近似式のパラメータｃ_１〜ｃ_ｎ、ｄ_１〜ｄ_ｎを算出する。ｎは、２元多項式の次数に応じて適宜選択される。例えば２元５次の多項近似式の場合、ｎは２１である。下記（３）式および（４）式は、５次の２元関数式を例示している。

以下、２元５次の多項近似式の場合について説明するものとする。続いて、パラメータ計算部１５は、図７（４）に示すように、近軸領域でのスネルの式（視軸角からプリズム角への変換式）で、基準データである視軸角の実測値ベクトルＥＬ、ベクトルＡＺからプリズム角を求める。そして、パラメータ計算部１５は、近軸領域でのスネルの式（プリズム角から視軸角への変換式）を用いた計算を行って、プリズム角から視軸角を求め、２元多項近似式を用いて、視軸角ベクトルＥＬ^＊、ベクトルＡＺ^＊を算出する。近軸領域でのスネルの式（視軸角からプリズム角への変換式）は、以下の式（５）、式（６）で表される。

その後、パラメータ計算部１５は、図７（５）に示すように、基準データである視軸角の実測値ベクトルＥＬ、ベクトルＡＺと、算出した視軸角ベクトルＥＬ^＊、ベクトルＡＺ^＊とから２元多項近似式のパラメータａ_１〜ａ_２１、ｂ_１〜ｂ_２１を算出する。下記（１）式および（２）式は、５次の２元関数式を例示している。

これにより、算出されたパラメータａ_１〜ａ_２１、ｂ_１〜ｂ_２１を２元多項近似式に設定し、かかる２元多項近似式を所定の記憶部１６に記憶する。

次に、図５を用いて、視軸角制御装置１０の構成を説明する。図５は、実施例１に係る視軸角制御装置１０の構成を示すブロック図である。ダブルプリズム制御部１３は、視軸角指令発生器１３ａ、視軸角プリズム角変換器１３ｂ、プリズム角制御器１３ｃ、１３ｄを有する。

視軸角指令発生器１３ａは、指向すべき視軸角の指令（以下、視軸角指令という）を発生させ、視軸角指令を視軸角プリズム角変換器１３ｂに通知する。例えば、ジャイロ４０が検出した視軸角の角速度に対応する視軸のズレに応じて、指向すべき指令角の指令を発生させ、視軸角指令を視軸角プリズム角変換器１３ｂに通知する。なお、ここで視軸角指令とは、指向すべき視軸角にする旨の指示とともに、指向すべき視軸角の値のことをいうものとする。

視軸角プリズム角変換器１３ｂは、視軸角指令をプリズム角指令に変換する。また、視軸角プリズム角変換器１３ｂは、設定部１３０、補正部１３１、算出部１３２を有する。
設定部１３０は、コンピュータ１４の記憶部１６から、撮像装置の視軸角の実測値と視軸角の実測値に対応するウェッジプリズムのプリズム回転角の実測値とから求められた２元多項近似式を読み出し、補正部１３１で用いる２元多項近似式として設定する。

補正部１３１は、撮像装置の視軸角の実測値と視軸角の実測値に対応するウェッジプリズムのプリズム回転角の実測値とから求められた２元多項近似式を用いて、視軸角を補正する。例えば、補正部１３１は、２元多項近似式として、下記（１）式および（２）式を用いて、視軸角指令発生器１３ａによって発生された視軸角指令を補正する。つまり、プリズム回転角と視軸角との関係の非線形性や部品の製造・組立上の誤差の影響をまとめて補正するべく、上記のようにプリズム回転角と視軸角指向との関係を離散的に実測しておき、プリズム回転角と視軸角との関係を２元多項近似式で補間する。

算出部１３２は、補正された視軸角に対して、近軸領域でのスネルの式を用いて、ウェッジプリズムのプリズム回転角を算出する。例えば、算出部１３２は、近軸領域でのスネルの式（視軸角からプリズム角への変換式）として、上記の（５）式および（６）式を用いて、補正された視軸角からウェッジプリズム１１ｂ、１２ｂのプリズム回転角を算出する。そして、算出部１３２は、算出したプリズム回転角だけウェッジプリズム１１ｂ、１２ｂを回転させる指令であるプリズム角指令をプリズム角制御器１３ｃ、１３ｄに通知する。

このように、視軸角制御装置１０は、図８に示すように、２元多項近似式を用いて、視軸角ベクトルＥＬ、ベクトルＡＺを補正し、補正した視軸角指令ベクトルＥＬ、ベクトルＡＺに対して、近軸領域でのスネルの式（視軸角からプリズム角への変換式）を用いて、ウェッジプリズムのプリズム回転角ベクトルθ_１、θ_２を算出する。図８は、指令視軸角からプリズム回転角を算出する算出手順を説明する図である。

つまり、図９に示すように、視軸角制御装置１０は、２元多項近似式を用いて、視軸角指令を補正することで、視軸角の誤差、すなわち機械的誤差、ウェッジプリズム屈折率の誤差、ウェッジプリズム頂角の誤差、角度センサの誤差などを補正した視軸角ベクトルＥＬ、ベクトルＡＺ（図９では、「視軸角＊」と記載）を求めることができる。そして、視軸角制御装置１０は、近軸領域でのスネルの式を用いて、視軸角からプリズム回転角を算出することで、視軸角の誤差を精度よく補正することができ、視軸角の制御を精度良く行うことができる。

このように、視軸角制御装置１０が、視軸角の実測値とプリズム回転角の実測値とから算出した２元多項近似式を用いて、視軸角指令を補正する。これにより、指向角の増大に伴って急激に増える非線形性に起因する指向角誤差や、プリズム特性や角度センサの誤差に起因する指向角誤差を補正することができる。

プリズム角制御器１３ｃ、１３ｄは、算出部１３２によって算出されたプリズム回転角に応じて、プリズム１１ｂ、１２ｂを回転させるように制御する。例えば、プリズム角制御器１３ｃ、１３ｄは、視軸角プリズム角変換器１３ｂからプリズム角指令を受信すると、算出部１３２によって算出されたプリズム回転角に応じて、モータアンプ１１ｅ、１２ｅに電流指令を出力する。

モータアンプ１１ｅ、１２ｅは、モータ１１ｃ、１２ｃに対して、電流指令に基づき、必要な電力を供給する。また、モータ１１ｃ、１２ｃは、回転軸受け等に支持されたプリズム回転機構１１ａ、１２ａを回転されるトルクを供給する。プリズム１１ｂ、１２ｂが回転すると、角度センサ１１ｄ、１２ｄは、プリズム１１ｂ、１２ｂの角度を検出し、フィードバック信号として、プリズム角制御器１３ｃ、１３ｄに入力する。

［コンピュータによる処理］
次に、図１０および図１１を用いて、実施例１に係るコンピュータ１４による処理を説明する。図１０は、実施例１に係るコンピュータ１４の２元多項近似式算出処理の処理手順を説明するフローチャートである。図１１は、実施例１に係る視軸角制御装置の視軸角制御処理の処理手順を説明するフローチャートである。

図１０に示すように、コンピュータ１４のパラメータ計算部１５は、基準データとして、事前に用意された視軸角の実測値とそれに対応するプリズム回転角の実測値とを読み出す（ステップＳ１０１、図７（１）に対応）。例えば、パラメータ計算部１５は、基準データとして、事前に測定され、記憶部に記憶された視軸角の実測値ベクトルＥＬ、ベクトルＡＺとそれに対応するプリズム回転角の実測値ベクトルθ_１、θ_２とを読み出す。

そして、パラメータ計算部１５は、近軸領域でのスネルの式を用いた計算を行って、基準データであるプリズム回転角の実測値から視軸角を算出する（ステップＳ１０２、図７（２）に対応）。例えば、パラメータ計算部１５は、近軸領域でのスネルの式を用いた計算を行って、基準データであるプリズム回転角の実測値ベクトルθ_１、θ_２から視軸角ベクトルＥＬ^＊＊、ベクトルＡＺ^＊＊を算出する。

そして、パラメータ計算部１５は、算出した視軸角と基準データである視軸角の実測値とから２元多項近似式のパラメータを算出する（ステップＳ１０３、図７（３）に対応）。例えば、パラメータ計算部１５は、算出した視軸角ベクトルＥＬ^＊＊、ベクトルＡＺ^＊＊と基準データである視軸角の実測値ベクトルＥＬ、ベクトルＡＺとから連立方程式で２元多項近似式のパラメータｃ_１〜ｃ_２１、ｄ_１〜ｄ_２１を算出する。

続いて、パラメータ計算部１５は、２元多項近似式等を用いて、基準データの視軸角から補正後の視軸角を算出する（ステップＳ１０４、図７（４）に対応）。例えば、パラメータ計算部１５は、近軸領域でのスネルの式で、基準データである視軸角の実測値ベクトルＥＬ、ベクトルＡＺからプリズム角を求める。そして、コンピュータ１４は、近軸領域でのスネルの式を用いた計算を行って、プリズム角から視軸角を求め、２元多項近似式を用いて、視軸角ベクトルＥＬ^＊、ベクトルＡＺ^＊を算出する。

そして、コンピュータ１４は、算出した視軸角と基準データの視軸角から２元多項近似式のパラメータを算出する（ステップＳ１０５、図７（５）に対応）。例えば、パラメータ計算部１５は、基準データである視軸角の実測値ベクトルＥＬ、ベクトルＡＺと、算出した視軸角ベクトルＥＬ^＊、ベクトルＡＺ^＊とから２元多項近似式のパラメータａ_１〜ａ_２１、ｂ_１〜ｂ_２１を算出する。

次に、図１１を用いて、視軸角制御装置１０の視軸角制御処理の処理手順を説明する。図１１に示すように、視軸角制御装置１０の補正部１３１は、２元多項近似式を用いて、指令視軸角を補正する（ステップＳ２０１）。例えば、補正部１３１は、２元多項近似式として、上記（１）式および（２）式を用いて、視軸角指令発生器１３ａによって発生された視軸角指令を補正する。

そして、算出部１３２は、スネルの式を用いて、視軸角からプリズム回転角を算出する（ステップＳ２０２）。例えば、算出部１３２は、近軸領域でのスネルの式として、上記（３）式および下記（４）式を用いて、補正された視軸角からウェッジプリズム１１ｂ、１２ｂのプリズム回転角を算出する。

続いて、プリズム角制御器１３ｃ、１３ｄは、算出されたプリズム回転角だけプリズム１１ｂ、１２ｂを回転制御する（ステップＳ２０３）。例えば、プリズム角制御器１３ｃ、１３ｄは、視軸角プリズム角変換器１３ｂからプリズム角指令を受信すると、算出部１３２によって算出されたプリズム回転角に応じて、モータアンプ１１ｅ、１２ｅに電流指令を出力することで、回転制御する。

[実施例１の効果]
上述してきたように、視軸角制御装置１０は、撮像装置の視軸角の実測値と視軸角の実測値に対応するプリズム１１ｂ、１２ｂのプリズム回転角の実測値とから求められた２元多項近似式を用いて、視軸角を補正する。そして、視軸角制御装置１０は、補正された視軸角に対して、近軸領域でのスネルの式を用いて、ウェッジプリズムのプリズム回転角を算出する。その後、視軸角制御装置１０は、算出されたプリズム回転角に応じて、プリズム１１ｂ、１２ｂを回転させる。この結果、視軸角制御装置１０は、視軸角の誤差（例えば、機械的誤差、ウェッジプリズム屈折率の誤差、ウェッジプリズム頂角の誤差、角度センサの誤差）を精度よく補正することができる。これにより、視軸角制御装置１０は、視軸角の誤差を精度よく補正することができ、視軸角の制御を精度良く行うことが可能である。

また、実施例１によれば、視軸角制御装置１０は、プリズム回転角の実測値を用いて近軸領域でのスネルの式を用いた計算を行って視軸角を算出し、算出された視軸角と視軸角の実測値とから２元多項近似式のパラメータを算出する。そして、視軸角制御装置１０は、算出された２元多項近似式を用いて視軸角の実測値を補正し、補正された視軸角と視軸角の実測値とから２元多項近似式のパラメータを算出し、２元多項近似式のパラメータを２元多項近似式に設定する。このため、視軸角の実測値およびプリズム回転角の実測値を用いて、視軸角の誤差（例えば、機械的誤差、ウェッジプリズム屈折率の誤差、ウェッジプリズム頂角の誤差、角度センサの誤差）を精度よく補正可能な２元多項近似式を算出することが可能である。

また、実施例１によれば、視軸角制御装置１０は、ジャイロが検出した視軸角の角速度に対応する視軸のズレに応じて、指向すべき指令角の指令を発生させ、発生された指令角の指令に対して、２元多項近似式を用いて補正する。このため、視軸角制御装置１０は、ことが可能である。

さて、上述した実施例以外にも、視軸角制御装置は、種々の異なる形態にて実施されてよいものである。そこで、以下では実施例２として本実施例に含まれる他の実施例を説明する。

（１）プリズム
上記の実施例１では、視軸角制御装置がウェッジプリズムを２枚有する場合を説明したが、本実施例はこれに限定されるものではなく、ウェッジプリズムが１枚であってもよいし、３枚以上あってもよい。また、ウェッジプリズムの代わりに、視軸方向を変化させられる光学系として、ミラーなどを用いてもよい。

（２）システム構成等
また、図示した各装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。すなわち、各装置の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。例えば、補正部１３１と算出部１３２を統合してもよい。さらに、各装置にて行なわれる各処理機能は、その全部または任意の一部が、ＣＰＵおよび当該ＣＰＵにて解析実行されるプログラムにて実現され、あるいは、ワイヤードロジックによるハードウェアとして実現され得る。例えば、実施例１に係るコンピュータ１４による処理が、視軸角制御装置１０の内部（視軸角プリズム角変換器１３ｂなど）において行われてもよい。

（３）プログラム
なお、本実施例で説明した視軸角制御方法は、あらかじめ用意されたプログラムをパーソナルコンピュータやワークステーションなどのコンピュータで実行することによって実現することができる。このプログラムは、インターネットなどのネットワークを介して配布することができる。また、このプログラムは、ハードディスク、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤなどのコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行することもできる。

１０ 視軸角制御装置
１１ ダブルプリズム機構部
１１ａ、１２ａ プリズム回転機構
１１ｂ、１２ｂ プリズム
１１ｃ、１２ｃ モータ
１１ｄ、１２ｄ 角度センサ
１１ｅ、１２ｅ モータアンプ
１３ ダブルプリズム制御部
１３ａ 視軸角指令発生器
１３ｂ 視軸角プリズム角変換器
１３ｃ、１３ｄ プリズム角制御器
１４ コンピュータ
１５ パラメータ計算部
１６ 記憶部
１３０ 設定部
１３１ 補正部
１３２ 算出部
２０ 撮像装置
３０ 撮像装置制御部
４０ ジャイロ
５０ 光学定盤
６０ コリメータ
７０ ジンバル式２軸回転台

Claims (4)

1. 撮像装置の視軸角の実測値と該視軸角の実測値に対応するウェッジプリズムのプリズム回転角の実測値とから求められた２元多項近似式を用いて、視軸角を補正する補正部と、
   前記補正部によって補正された視軸角に対して、近軸領域でのスネルの式を用いて、ウェッジプリズムのプリズム回転角を算出する算出部と、
   前記算出部によって算出されたプリズム回転角に応じて、ウェッジプリズムを回転させる回転制御部と、
   を有することを特徴とする視軸角制御装置。
2. 前記プリズム回転角の実測値を用いて近軸領域でのスネルの式を用いた計算を行って視軸角を算出し、該算出された視軸角と前記視軸角の実測値とから第１の２元多項近似式のパラメータを算出し、該算出された第１の２元多項近似式を用いて視軸角の実測値を補正し、該補正された視軸角と前記視軸角の実測値とから第２の２元多項近似式のパラメータを算出し、該第２の２元多項近似式のパラメータを前記２元多項近似式に設定するパラメータ計算部をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の視軸角制御装置。
3. ジャイロが検出した視軸角の角速度に対応する視軸のズレに応じて、指向すべき指令角の指令を発生させる視軸角発生部をさらに有し、
   前記補正部は、前記視軸角発生部によって発生された指令角の指令に対して、前記２元多項近似式を用いて補正することを特徴とする請求項１または２に記載の視軸角制御装置。
4. 視軸角を制御する視軸角制御方法であって、
   撮像装置の視軸角の実測値と該視軸角の実測値に対応するウェッジプリズムのプリズム回転角の実測値とから求められた２元多項近似式を用いて、視軸角を補正し、
   前記補正された視軸角に対して、近軸領域でのスネルの式を用いて、ウェッジプリズムのプリズム回転角を算出し、
   前記算出されたプリズム回転角に応じて、ウェッジプリズムを回転させる
   ことを特徴とする視軸角制御方法。

Images