JP2014167603A - 像安定化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学系装置に加わる振動等によって生じる手振れによる観察像の劣化を補償し、コストの削減及び小型化を図ることができる単眼鏡及び双眼鏡の像安定化装置の提供。
【解決手段】対物レンズと接眼レンズとを固設した筐体に対して搖動自在に装着された外枠と、外枠に対して回動自在に装着された正立プリズム保持枠とを有するジンバル懸架装置の正立プリズム保持枠に前記正立プリズムを固設し、正立プリズムに手振れを検出する角速度検出手段を装着し、前記外枠及び正立プリズム保持枠を回動させる手段として２基のボイスコイルモータ（ＶＣＭ）を備え、前記ＶＣＭそれぞれはコイルの中心部に位置検出素子を装着した中空コイル部材を装着した第１のヨーク部と、永久磁石を装着した第２のヨーク部を所定間隔のギャップを持つよう対向配置し、第１のヨーク部と第２のヨーク部が相対的に可動可能にしたＶＣＭでジンバル懸架装置を回動させる像安定化装置。
【選択図】図５

Description

この発明は、単眼鏡及び双眼鏡等の光学装置が振動等を受けることで生じる手振れによって、光学装置の光軸に対する観察物体から射出される光束の射出角度が変動することによって生じる観察像の劣化を補償する単眼鏡及び双眼鏡の像安定化装置に関する。

単眼鏡及び双眼鏡等で代表される光学的な観測を目的とした望遠鏡を手で保持しつつ観察対象を観察するために前記望遠鏡を操作する場合、特に望遠鏡を航空機及び車両等に持ち込んでこれを使用する場合に、航空機及び車両等による振動等が筐体に加わり、それが原因で手振れとなるが、手振れにより光軸に対する観察対象からの光束の出射角度が変動し、その結果として観察対象の観察像（光学像）がぶれたり、解像度が悪くなる等、観察像が劣化してしまうことがある。光学装置例えば単眼鏡及び双眼鏡等の望遠鏡に伝わる振動がたとえ小さくても、望遠鏡においては視界が狭いこと、及び接眼レンズによって対物レンズの像が拡大されて観察されることにより、最終的には視覚に訴える光学像が劣化して観察されるので、望遠鏡の倍率が大きくなるにしたがって、振動等によって生じる光軸に対する光束の射出角度の変動及び観察される光学像の劣化を無視することができない。

これまでに、望遠鏡に加わる手振れによって光軸に対する光束の射出角度が変動し、この変動によって観察される観察像が劣化することを補償する像安定化装置が種々提案されている。

従来の手振れ補償機能付き望遠鏡として、例えば特許文献１に開示された像安定光学装置は、左右一対の対物レンズと、左右一対の接眼レンズと、左右一対の対物レンズ及び左右一対の接眼レンズの間に配置された左右一対の正立プリズムからなる光学系を持ち、この左右一対の正立プリズムを保持する一つのプリズム保持枠と、対物レンズと接眼レンズとの中間において、光軸に対して垂直な平面内で互いに直交する二軸を中心として回動可能にプリズム保持枠を支持するジンバル懸架装置と、ジンバル懸架装置に取り付けられているジャイロモータとを備えている。

特許文献１に開示された像安定光学装置は、左右一対の正立プリズムを一つのプリズム保持枠で保持し、このプリズム保持枠を持つジンバル懸架装置を一つのジャイロモータで駆動しているので、駆動機構を簡略化することができる。

しかしながら、この像安定光学装置が光学装置の横方向の振動に対応するときには、左右の正立プリズムの中心、つまり特許文献１における第１図及び第４図に示される交点Oで垂直方向の軸回りにプリズム保持枠を回転させると、例えば左光学系の正立プリズムが対物レンズ側に移動し、右光学系の正立プリズムが接眼レンズ側に移動するので、左光学系の対物レンズと正立プリズムとの間の距離と、右光学系の対物レンズと正立プリズムとの間の距離とが相違することになり、結果として右光学系を通じての見え方と左光学系を通じての見え方とが異なることになる。言い換えると、この特許文献１に記載された像安定光学装置は、左右方向の振動を処理するときには、右光学系を構成する複数の光学部品相互の位置関係と左光学系を構成する複数の光学部品相互の位置関係との同一性がなくなり、右光学系での見え方と左光学系での見え方とが相違するという問題点を有している。

特許文献２に開示される像安定化装置は、光学系については前記特許文献１に記載された像安定光学装置と同じであり、左右一対の対物レンズと、左右一対の接眼レンズと、左右一対の対物レンズ及び左右一対の接眼レンズの間に配置された左右一対の正立プリズムと、この左右一対の正立プリズムを保持するプリズム保持枠と、対物レンズと接眼レンズとの中間において、光軸に対して垂直な平面内で互いに直交する二軸を中心として回転可能にプリズム保持枠を支持するジンバル懸架装置とを備え、このプリズム保持枠に配置された角速度情報検出手段により望遠鏡に加わる振動によって発生するところの、このジンバル懸架装置の回転角度情報を検出し、この検出値に基づき、振動による像ブレを補正するように前記ジンバル懸架装置を所定の位置にまで戻すように回動させるようにしている。

この特許文献２に記載された像安定化装置では、ジンバル懸架装置のアクチュエータとして、ジャイロモータの代わりにジンバル軸を回転させる回転型モータを用いた駆動機構を採用しているので、軽量化、小型化を達成し、また消費電力も小さくて済むことになっているが、特許文献１に記載された像安定光学装置と同様に、左右方向の振動成分がある場合は、右光学系を構成する複数の光学部品相互の位置関係と左光学系を構成する複数の光学部品相互の位置関係との同一性が失われて、右光学系での見え方と左光学系での見え方とが異なってしまうという問題点が解決されていない。

特許文献３に記載された観察用光学機器（双眼鏡）は、左右一対の対物レンズと、左右一対の接眼レンズと、左右一対の対物レンズ及び左右一対の接眼レンズの間に配置された左右一対の可変頂角プリズムと、機器本体の振れを検出するセンサーと、左右一対の可変頂角プリズムをそれぞれ駆動する複数のアクチュエータと、センサーで検出された振れに応じて各アクチュエータの駆動量を定める制御回路とを備えている。

特許文献４に記載された手振れ補正機構付き双眼鏡は、左右一対の対物レンズと、左右一対の接眼レンズと、左右一対の対物レンズ及び左右一対の接眼レンズの間に配置された左右一対の補正レンズと、機器本体の振れを検出するセンサーと、左右一対の補正レンズを同時に駆動するアクチュエータと、センサーで検出された振れに応じてアクチュエータの駆動量を定める制御回路とを備えている。

前記特許文献３及び特許文献４に記載された像安定化の手段は機構が小型になるとの利点があるものの、特許文献１，２の例に比べて補正可能なブレ量は小さく限界があり、特許文献１，２の方式は実用的に利用される範囲が広い。

特公昭５７−３７８５２号公報 特開平６−２５０１００号公報 特開平７−４３６４５号公報 特開平１０−２０２１３号公報

この発明の課題は、正立プリズムを対物レンズと接眼レンズとの間に配置した単眼鏡光学系又は双眼鏡光学系に適用可能であり、前記正立プリズムを、単眼鏡光学系又は双眼鏡光学系の光軸に直交し、且つ互いに直交する２軸の回りに回動させることで、手振れによって生じる観察像の劣化を補償するために像安定化装置を構成する主要要素のジンバル懸架装置を駆動する、小型で軽量で低コストの駆動手段を提供することにある。
更に言うと、この発明の課題は、単眼鏡及び双眼鏡等の光学装置が振動等を受けることで生じる手振れによって、光学装置の光軸に対する観察物体から射出される光束の射出角度が変動することによって生じる観察像の劣化を補償する単眼鏡及び双眼鏡の像安定化装置を提供することである。

前記課題を解決するための手段は、
（１）正立プリズムを対物レンズと接眼レンズとの間に配置した単眼鏡光学系又は双眼鏡光学系に適用可能な、手振れによって生じる観察像の劣化を補償する像安定化装置であって、
対物レンズと接眼レンズとを固設した筺体に、前記対物レンズと接眼レンズとを通る光軸に対して左右方向に延びる回動軸を持つように装着されたジンバル懸架装置を備え、
前記回動軸は前記光軸に直交する、互いに共通の回動軸線を有し、
前記ジンバル懸架装置は、前記回動軸により回動可能に支持され、且つ正立プリズムを固設する正立プリズム支持枠と、正立プリズムまたは正立プリズム支持枠に装着され、且つ手振れで生じる正立プリズムの角度変位を検出する角速度検出素子と、正立プリズム支持枠を回動させるボイスコイルモータとを備え、
前記ボイスコイルモータは、中空コイルの中心部に位置検出素子を装着した中空コイル部材を装着した第１のヨーク部と、この第１のヨーク部の中空コイルが装着された面に垂直方向に磁界を生成する永久磁石を装着した第２のヨーク部とを備え、第１のヨーク部と第２のヨーク部とが所定間隔のギャップを以って相対向するように、かつ相対的に可動可能に配置されることを特徴とする像安定化装置であり、
（２）正立プリズムを対物レンズと接眼レンズとの間に配置した単眼鏡光学系又は双眼鏡光学系に適用可能な、手振れによって生じる観察像の劣化を補償する像安定化装置であって、
対物レンズと接眼レンズとを固設した筺体に、前記対物レンズと接眼レンズとを通る光軸に対して左右方向に延びると共に該光軸に直交し、互いに共通する第一の共通回動軸線を有する第一の回動軸と、上下方向に延びると共に該光軸に直交し、互いに共通する第二の共通回動軸線を有する第二の回動軸とを持つように装着されたジンバル懸架装置を備え、
前記ジンバル懸架装置は、２本の回動軸のうちの第１の回動軸を持った外枠と、外枠の内側に装着された２本の回動軸のうちの第２の回動軸を持った正立プリズムを固設する正立プリズム支持枠とを有し、正立プリズムまたは正立プリズム支持枠には手振れで生じる正立プリズムの角度変位を検出する角速度検出素子と、外枠および正立プリズム支持枠をそれぞれ回動させる２基のボイスコイルモータとを備え、
前記ボイスコイルモータそれぞれは、中空コイルの中心部に位置検出素子を装着した中空コイル部材を装着した第１のヨーク部と、この第１のヨーク部の中空コイルが装着された面に垂直方向に磁界を生成する永久磁石を装着した第２のヨーク部とを備え、第１のヨーク部と第２のヨーク部とが所定間隔のギャップを以って相対向するように、かつ相対的に可動可能に配置されることを特徴とする像安定化装置であり、
（３）ボイスコイルモータを構成する第２のヨーク部に対面する第１のヨーク部の面の形状が、第２のヨーク部に装着した永久磁石の、第１のヨーク部に対向する面の形状と同じであることを特徴とする前記（１）、又は（２）に記載の像安定化装置であり、
（４）前記第１のヨーク部と第２のヨーク部とが分離して成ることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の像安定化装置であり、
（５）ジンバル懸架装置の外枠に中空コイルの中心部に位置検出素子を備えた中空コイル部材を装着した第１のヨーク部を固設し、前記第１のヨーク部に対向して、永久磁石を装着した第２のヨーク部を筐体側に固設し、またジンバル懸架装置の正立プリズム支持枠に永久磁石を装着した第２のヨーク部を固設し、この第２のヨーク部に対向して配置され、かつ中空コイルの中心部に位置検出素子を備えた中空コイル部材を装着した第１のヨーク部をジンバル懸架装置の外枠に固設したことを特徴とする前記（２）記載の像安定化装置である。

この発明に係る像安定化装置は、単眼鏡や双眼鏡の光学装置に加わる手振れによって生じる観察像の劣化を補償することが出来、しかも像安定化装置の設計自由度の制約が少なく、ジンバル駆動機構が簡単でコストの削減及び小型化を図ることが出来るので、レーザー測距装置などにも適用可能で、広い分野での利用が可能になる。

また、この発明の他の効果として、双眼鏡に適用した場合には双眼鏡光学系の正立プリズムを個別のジンバル懸架装置に装着しているので、特許文献１，２の技術的な問題点、すなわち双眼鏡の像安定化装置で左右方向の振動を補償する場合は、右光学系を構成する複数の光学部品相互の位置関係と左光学系を構成する複数の光学部品相互の位置関係との同一性が失われて、右光学系での見え方と左光学系での見え方とが異なるという問題点も解決した像安定化装置を提供することが出来る。

なお、この発明に係る像安定化装置は、振動や動揺による観察像の劣化を補償する機能を有する、正立プリズムを装着したジンバル懸架装置を、簡単な構成である小型のボイスコイルモータで駆動するので、上下方向のみの振動成分による観察像の劣化を補償する簡易型の望遠鏡及び双眼鏡にも適用可能である。
この発明に係る像安定化装置は、ジンバル懸架装置の外枠に中空コイルの中心部に位置検出素子を備えた中空コイル部材を装着した第１のヨーク部を固設し、前記第１のヨーク部に対向して、永久磁石を装着した第２のヨーク部を筐体側に固設し、またジンバル懸架装置の正立プリズム支持枠に永久磁石を装着した第２のヨーク部を固設し、この第２のヨーク部に対向して配置され、かつコイルの中心部に位置検出素子を備えた中空コイル部材を装着した第１のヨーク部をジンバル懸架装置の外枠に固設することによって、駆動信号系のケーブルの配線を簡略化することができる。

図１は、この発明に係る像安定化装置が単眼鏡である場合の像安定化装置を示す概略説明図である。 図２は、この発明に係る像安定化装置が双眼鏡である場合の像安定化装置を示す概略説明図である。 図３は、この発明に係る像安定化装置に組み込むボイスコイルモータの駆動原理を示す概略説明図であり、図３（ａ）はボイスコイルモータを示す断面図であり、図３（ｂ）はボイスコイルモータを示す平面図であり、図３（ｃ）はボイスコイルモータに組み込まれる永久磁石の平面図であり、図３（ｄ）は前記永久磁石の側面図である。 図４は、この発明に係る像安定化装置に組み込むのに好適なヨーク分離型のボイスコイルモータの構造及び駆動原理を示す概略説明図であり、図４（ａ）はボイスコイルモータを示す断面図であり、図４（ｂ）はボイスコイルモータにおける中空コイル部材が永久磁石に対する距離を保って平行移動した状態を示す断面図である。 図５は、この発明に係る像安定化装置の一例で図１の主構成部の概略斜視図である。 図６は、図５に示す斜視図のジンバル懸架装置を対物レンズ側より見た端面図である。 図７は、角速度検出素子（角速度センサ）及び位置検出素子（位置センサ）から出力される情報に基づいてボイスコイルモータを駆動する駆動回路を示すブロック図である。 図８は、図５、図６で示したジンバル懸架装置に装着するボイスコイルモータの装着方法の他の１例を示す端面図である。 図９は、図５に示す像安定化装置のジンバル懸架装置を１軸のみとした簡易型の像安定化装置を示す概略斜視図である。 図１０は、図９に示す斜視図のジンバル懸架装置を対物レンズ側より見た端面図である。

図１は、この発明に係る単眼鏡としての像安定化装置の例を示し、図２は、この発明に係る双眼鏡としての像安定化装置の例を示す。

この発明に係る像安定化装置は、例えば図１に示されるように、筐体８に対して回動自在に装着したジンバル懸架装置１０に装着した正立プリズム１を筐体８に固設した光軸６を持った対物レンズ２と接眼レンズ３との間に配置した単眼鏡光学系４を有するので、筐体８に手振れが加わった場合でも、正立プリズムは手振れが加わる前の初期位置を維持することができる。
この発明に係る像安定化装置が、双眼鏡に適用される場合には、例えば図２に示されるように、図１で示した一対の単眼鏡の像安定化装置４、４´が、それぞれの光軸６、６´が平行になるように、連結部材Ｒで連結して成る双眼鏡５に組み込まれる。

なお、この発明に係る像安定化装置は、単眼鏡及び双眼鏡に適用されるが、図１で示されるように、単眼鏡に適用された像安定化装置における光学系と、図２で示されるように、双眼鏡に適用された像安定化装置における光学系とは同一であるから、以下における像安定化装置の詳細な説明は、単眼鏡を例として行う。

この発明に係る像安定化装置は、筐体に与えられた振動又は搖動により生じる観察像の劣化を補償すべく正立プリズムを装着したジンバル懸架装置を回動させる駆動手段としてのボイスコイルモータを備え、前記ボイスコイルモータは後述のように、分離して対向配置される第１のヨーク部と第２のヨーク部を持ち、第１のヨーク部には中空コイルの中心部に位置検出用の位置検出素子、例えば磁気感応素子を装着した中空コイル部材を装着し、第２のヨーク部には永久磁石を装着し、第１のヨーク部と第２のヨーク部とを所定間隔のギャップを持つよう対向配置し、第１のヨーク部と第２のヨーク部とが相対的に可動可能な構造を有している。
この発明においては、直線運動を実現するために採用されるボイスコイルモータをジンバル懸架装置に組み込むことにより、ジンバル懸架装置における回動運動乃至搖動運動を実現する。

前記正立プリズム１としては、シュミット(Schmidt)の正立プリズム、アッベ(Abbe)の正立プリズム等を挙げることができる。図１においてはシュミットの正立プリズムが示されている。シュミットの正立プリズム１は、プリズム１ａとプリズム１ｂとを有し、プリズム１ｂにダハ面が形成されているので、入射光軸と出射光軸とが同一直線上に位置することになる。以下の説明は、シュミットの正立プリズムを用いた場合に関する。

図１に示すジンバル懸架装置１０は、図５に示すように光軸６に直交する左右方向の回動軸５２と、上下方向の回動軸５１を持つが、前記２つの回動軸５１，５２と光軸６との交点が対物レンズと接眼レンズとの間の中央点にある。換言すれば、対物レンズ２から正立プリズム１の入射面までの光学距離Ｌと、正立プリズム１の入射面から出射面までの機械的距離Ｍと、前記正立プリズム１の出射面から接眼レンズ３までの光学距離Ｎとの和Ｓ（Ｓ＝Ｌ＋Ｍ＋Ｎ）の1/2だけ対物レンズ２又は接眼レンズ３から変位した点に前記交点が位置するように設定されている。実際には、対物レンズ系及び接眼レンズ系のいずれも肉厚を有する複数枚のレンズによって構成されているので、前記ジンバル懸架装置の２つの回動軸５１，５２の位置は厳密には、対物レンズ系の後側主点から前記正立プリズムの入射面までの光学距離と、前記正立プリズムの入射面から出射面までの間の機械的距離と、前記正立プリズムの出射面から接眼レンズ系の前側主点までの光学距離との和の1/2だけ対物レンズ２の後側主点又は接眼レンズ３の前側主点から変位した点にあることになる。正立プリズムを用いた像安定化装置の原理については、特許文献１に詳述されているので省略する。

従来の技術では、ジンバル懸架装置を駆動する手段としては、ジンバル懸架装置を懸架する軸を駆動する回転型のモータと、ポテンションメータのような位置検出装置とを用いていたが、軸を駆動する回転型モータとしてはジンバルを構成する枠に比べて比較的大きな形状のものが必要であり、取付位置やモータの直径、厚み等の形状の制約もあり、像安定化装置の小型軽量化には限界があった。この発明では、ジンバル懸架装置を駆動する手段として、図４に示すような比較的薄い一対の板状の第１のヨーク部４１及び第２のヨーク部４２を備え、位置検出素子３６を組み込んだ構造を持つボイスコイルモータを用いる。この発明では、このような構造を有するボイスコイルモータを採用することにより、ボイスコイルモータの装着位置が自由に選べることができるようになる。その結果として、この発明の像安定化装置を採用することにより、この像安定化装置を組み込んで光学装置は、設計上の自由度が増え、小型軽量化を達成することができる。

図３は一般的なボイスコイルモータの一例を示すもので、図３（ａ）は該ボイスコイルモータの断面図、図３（ｂ）は平面図、図３（ｃ）は該ボイスコイルモータに使用される永久磁石の構成を示す平面図、図３（ｄ）はその側面図を示す。
図３に示されるように、一般的なボイスコイルモータは、Ｕ字型の鉄心からなる固定ヨーク３１と、該固定ヨークの内側の対向する１面に装着された永久磁石３２と固定ヨーク３１の内側の他の１面で構成されるギャップ３４内で移動可能な中空コイル３３と、中空コイル３３の中央部に設置した位置検出素子３６で構成される。なお３５は中空コイルを支持するプリント基板等の支持板を示す。

永久磁石３２は図３（ｃ），（ｄ）に示されるように板状の強力な磁石で構成される。永久磁石は、厚み方向に着磁され、着磁の方向は板状領域の中央部を境としてＮ、Ｓで示すように逆方向に着磁されている。

このような永久磁石３２を固定ヨーク３１の内側の一面に図３（ａ）に示されるように装着することにより固定ヨーク３１内の磁界は、中空コイル３３の移動工程の中間部分を境として互いに逆方向に、かつ固定ヨーク３１のギャップ３４を持った対向面に垂直な方向に生成される。

したがって、このような磁界を有する固定ヨーク３１内に、中空コイル３３を図３に示す如く配置し、この中空コイル３３に電流を流すと、中空コイル３３は電流の方向に応じて図３（ｂ）の矢印で示す方向に移動することが出来る。

したがって、前記中空コイル３３を支持する支持板３５に、図示されていない被移動部材を連結することで被移動部材をリニア駆動することが出来る。

また、前記中空コイル３３の中心部に位置検出素子３６としてホール素子や磁気抵抗素子のような磁気感応素子を配置することで、可動する中空コイル３３の位置を検出する位置検出信号を出力することが出来る。

本発明に適用する好適なボイスコイルモータは、図４（ａ）で示されるように、前記Ｕ字型の固定ヨークに代わって、板状の形状を持つ２つに分離して対向配置される分離型の第１のヨーク部４１と第２のヨーク部４２とを持ち、第１のヨーク部４１は、中空コイル３３の中心部に位置検出用の位置検出素子３６、例えば磁気感応素子を装着した中空コイル３３を装着し、第２のヨーク部４２には板状の永久磁石３２を装着し、第１のヨーク部と第２のヨーク部とを所定間隔のギャップ４４を持つよう対向配置し、第１のヨーク部４１と第２のヨーク部４２とが相対的に可動可能な構造を特徴としている。なお、図４に示される永久磁石３２は、図３に示される永久磁石３２と同様である。

中空コイル３３は、支持板４３を介して第１のヨーク部４１に固着しており、支持板４３には位置検出用素子３６も装着しており、中空コイル３３に電流を流すと電流の方向によって、第２のヨーク部４２を固定子とすれば、第１のヨーク部４１は中空コイル３３と一体となって移動子となり、例えば図４（ｂ）の矢印方向に移動する。

また、前述の第１のヨーク部４１を固定子とすれば、相対的に第２のヨーク部４２が可動子として永久磁石と共に移動し、第２のヨーク部４２を固定子とすれば、相対的に第１のヨーク部４１が可動子して移動する。

図４に於いて、第１のヨーク部４１の、第２のヨーク部４２に相対向する面の平面形状を永久磁石３２の、第１のヨーク部４１に相対向する面の平面形状と同じ形状にすると、中空コイルに通電しない状態では、図４（ａ）に示すように第１のヨーク部４１と第２のヨーク部４２とがそれぞれの対向面における中心を一致させて対向配置した状態（正対状態）となる。したがって、正対状態を実現することにより第１のヨーク部４１及び第２のヨーク部４２の初期位置の安定化が図られる。この場合、第１のヨーク部４１の前記平面形状は永久磁石３２における第１のヨーク部４１に対向する面と同形状が望ましいが、前記正対状態を実現することができる限り厳密に同じ形状でなくともよい。

図５に、図１で示した単眼鏡の主要構成部の斜視図を示し、図６に図５で示したジンバル懸架装置の対物レンズ側から見た端面図を示す。この端面図は正面図でもある。なお、図面が煩雑になるのを避けるため、図５では図１で示した筐体８は省略して図示していない。

図５、及び図６に於いて、ジンバル懸架装置１０は、図６の正面視で略方形の枠体に形成され、且つ左右方向に延びた回動軸５２を持つ外枠５３と、前記外枠５３の枠内に収容可能な大きさとなるように略方形の枠体に形成され、且つ上下方向に延びた回動軸５１を持つ正立プリズム支持枠５４とを備え、正立プリズム支持枠５４は、その内側に正立プリズム１を取り付け、外枠５３の内側に装着されている。正立プリズム支持枠５４の持つ回動軸５１は外枠５３に設けられた軸受５５に連結しており、正立プリズム支持枠５４は回動軸５１を中心として回動する。また、図に於いて左右方向に延びた回動軸５２を持つ外枠５３は筐体８に固設された軸受５６に連結しており、外枠は水平な回動軸５２を中心として回動する。

図５、及び図６では、ジンバル懸架装置１０の外枠５３には左右方向に延びた回動軸５２が取付けられ、正立プリズム支持枠５４には上下方向に延びた回動軸５１が取付けられているが、上下方向に延びた回動軸を取付けた外枠と、左右方向に延びた回動軸を取り付けた正立プリズム支持枠とを有する構造を持つジンバル懸架装置を用いても本発明が奏する同様な効果が得られるので、このようなジンバル懸架装置も本発明の技術的範囲に属する。

上記ジンバル懸架装置１０の正立プリズム支持枠５４、外枠５３を回動させるために、駆動装置として、図４で説明した分離型のヨークを持ったボイスコイルモータを２基使用する。外枠５３を駆動する第１のボイスコイルモータ５７は、図６に示すように外枠５３における右側の縦桟の外側側面に中空コイル３３ａを装着した第１のヨーク部４１ａを固設し、第１のヨーク部４１ａに対面して、永久磁石３２ａを持った第２のヨーク部４２ａを筐体側８に固設する。

正立プリズム支持枠５４を駆動する第２のボイスコイルモータ５８は、図６に示すように正立プリズム支持枠５４の下側横桟の下面に中空コイル３３ｂを装着した第１のヨーク部４１ｂを固設し、この第１のヨーク部４１ｂに対面して、永久磁石３２ｂを持った第２のヨーク部４２ｂを外枠５３の下側横桟の上面に固設する。

また、このジンバル懸架装置の正立プリズム支持枠５４、または正立プリズム支持枠５４に装着される正立プリズム１には、プリズムの水平、垂直軸回りの回転を検出する２軸角速度検出素子５９（図５参照）が装着されており、正立プリズムの軸回り回転角速度を出力する。

この発明に係る像安定化装置におけるボイスコイルモータは、２軸角速度検出素子５９により検出される角速度情報と、ボイスコイルモータの中空コイルに内蔵された回転位置検出素子３６（図４）の水平軸方向及び垂直軸方向の角度位置情報に基づいて、たとえば図７に示される上下、左右のボイスコイルモータ駆動回路により駆動される。

さらに詳しくジンバル懸架装置によって像安定化装置を操作する手段を説明すると、ジンバル懸架装置に装着された正立プリズムは、手振れによって初期の光軸上の位置から回動して移動するが、正立プリズム又は正立プリズムを保持する支持枠に装着された角速度検出素子によって検出された角速度情報と、ボイスコイルモータの中空コイルに装着した位置検出素子例えば回転位置検出素子で検出した正立プリズムの角度移動量とから、正立プリズムの移動量情報を演算してボイスコイルモータを駆動することで、正立プリズム移動量を補償し、正立プリズムの初期位置の姿勢を保持する。

図７におけるＧａｉｎ比率調整回路は、２軸角速度検出素子からの角速度情報に基づく角速度帰還ループのＧａｉｎと、ジンバル懸架装置を水平及び垂直軸方向に駆動するボイスコイルモータ内の位置検出素子からの角度位置情報に基づく位置決め帰還ループのＧａｉｎとの比率によって、像安定化装置としての単眼鏡に適した特性となるように角速度帰還ループのＧａｉｎと位置決め帰還ループのＧａｉｎとの比率が調整されるように構成される。位相補償フィルターとＧａｉｎ調整回路とは、全体のＧａｉｎを上げすぎると発振して音または熱となってエネルギーを無駄に消費してしまうことを防止するために、発振しない程度で閉ループＧａｉｎを調整するとともに、フィルターの特性を調整して応答性、残存誤差及び位相余裕等を改善する。ボイスコイルモータドライブ回路は、BTL(Bridged Transformer Less)回路や、H-bridge回路の出力段を飽和電圧の小さなMOS-FETとしたり、PWM駆動したりすることにより、電源利用効率を改善したMotor-Drive-ICで構成することが出来る。

上記の駆動回路は、２軸角速度センサーを用いているが単軸角速度センサーを正立プリズム支持枠と外枠に１基ずつ計２基用いても良い。

図１に於いて説明した対物レンズと接眼レンズとの間に回動可能な正立プリズムを配置した像安定化装置では、正立プリズムの回動範囲は５度程度と小さいので上述のようなボイスコイルモータをジンバル懸架装置の駆動装置として効果的に適用可能である。

図４で説明した、ヨーク分離型のボイスコイルモータをジンバル懸架装置の駆動装置として使用した場合は、中空コイルを装着した第１のヨーク部と永久磁石を装着した第２のヨーク部は、どちらを固定子として使用し、どちらを可動子として使用しても同様な効果が得られるので、取付場所に関しても複数の構造態様を取ることが出来、設計上の自由度が大きく利用価値が高い。特に、ボイスコイルモータにおけるヨークを分離型にすることにより、つまりヨーク分離型のボイスコイルモータを採用すると、小さな空間にこのボイスコイルモータを設置することができ、ジンバル懸架装置の回動運動を実現することができ、像安定化装置及びこの像安定化装置を組み込んだ光学装置の小型化を実現することができる。さらに、このボイスコイルモータに位置検出素子を組み込むことにより、ボイスコイルモータ自体を小型化することができる。

図８に２基のボイスコイルモータでジンバル懸架装置を駆動する他の実施例を示す。
図８に示されるように、ジンバル懸架装置１０の外枠５３を駆動するボイスコイルモータ５７は、筐体８側に永久磁石３２ａを装着した第２のヨーク部４２ａを固定子として固着し、永久磁石３２ａに対向して中空コイル３３ａを装着した第１のヨーク部４１ａを所定間隔のギャップをもって外枠５３に移動子として固着し、ジンバル懸架装置１０の正立プリズム支持枠５４を駆動するボイスコイルモータ５８は、永久磁石３２ｂを装着した第２のヨーク部４２ｂを移動子として正立プリズム支持枠５４に固着し、永久磁石３２ｂに対向して中空コイル３３ｂを装着した第１のヨーク部４１ｂを所定間隔のギャップをもって外枠５３に固定子として固着している。

図８に示されるボイスコイルモータを装架する像安定化装置にあっては、ボイスコイルモータドライブ回路から中空コイル部材３３ａ、３３ｂに通電する電源線６１ａと、中空コイル部材３３ａ、３３ｂの中央部に配置される位置検出素子（図示してない）の位置信号線６１ｂとを外枠５３にまとめて配設することができ、配線をジンバル懸架装置の外枠のみに集中できるので、図８に示すようにジンバル懸架装置の外枠５３と正立プリズム支持枠５４に配線が交差することなく簡単かつコンパクトにまとめることが出来、組立も容易になると同時に信頼性を向上させることが出来るという大きな利点がある。

特許文献１にも記載されているように、単眼鏡や双眼鏡に加わる振動や、搖動は上下方向の成分が圧倒的に多い。したがって、手振れの上下方向の成分に起因する観察像の劣化を補償するだけでも実用に耐える簡易型の像安定化装置を得ることが出来る。

この発明に係る簡易型の像安定化装置の他の実施例の斜視図を図９に、図９の対物レンズ側より見た端面図を正面図として図１０示す。図１０に示される簡易型の像安定化装置は、像安定化の上下方向の手振れ成分に対する観察像の劣化を補償する。図５に示される、水平方向と垂直方向とに回動軸を持った２軸のジンバル懸架装置を備えた像安定化装置に対して、図１０に示される像安定化装置は、水平方向の回動軸のみを持った１軸ジンバル懸架装置を有する。理解を容易にするため、図における符号は、図５と同じものを用いる。

図９、１０に示すように、対物レンズ２と接眼レンズ３とは筐体８（図１及び図２参照、図９では図示してない）に固設し、筐体８に対して上下方向に回動自在に装着された左右方向に延びる水平軸５２を持つ正立プリズム支持枠５４ａに前記正立プリズム１を固設する。

前記正立プリズム支持枠５４ａは、図５に示す内枠５４に相当するもので、正立プリズム１は、取付補助部材６２を介して正立プリズム支持枠５４ａに固着されている。

像安定化装置は、正立プリズム１、または正立プリズム１を固設する正立プリズム支持枠５４ａに、筐体８に与えられた上下方向の手振れ成分を検出する角速度検出素子５９ａを装着し、正立プリズム支持枠５４ａを回動させる手段としてのボイスコイルモータ５７ａを備え、前記ボイスコイルモータ５７ａはコイルの中心部に位置検出用の位置検出素子（図示せず。）を装着した中空コイル部３３ａを装着した第１のヨーク部４１ａと、永久磁石３２ａを装着した第２のヨーク部４２ａを所定間隔のギャップを持つよう対向配置し、第１のヨーク部４１ａと第２のヨーク部４２ａとが相対的に可動可能な構造を有するボイスコイルモータ５７でジンバル懸架装置１０を回動させる構造を有する。

前記角度検出素子５９ａは手振れの上下方向の成分を検出する１軸角速度検出素子でよく、図７に示すボイスコイルモータの駆動回路の上部のみの１回路だけを用いれば良い。

１ 正立プリズム
１ａ、１ｂ プリズム
２ 対物レンズ
３ 接眼レンズ
４、４‘ 単眼鏡
５ 双眼鏡
６ 光軸
１０ ジンバル懸架装置
３１ 固定ヨーク
３２、３２ａ、３２ｂ 永久磁石
３３、３３ａ、３３ｂ 中空コイル
３４、４４ ギャップ
３５、４３ 支持板
３６ 位置検出素子
４１、４１ａ、４１ｂ 第１のヨーク部
４２、４２ａ、４２ｂ 第２のヨーク部
５１ 垂直軸
５２ 水平軸
５３ 外枠
５４、５４ａ 正立プリズム支持枠
５５、５６ 軸受
５７、５８、５７ａ ボイスコイルモータ
５９ ２軸角速度検出素子
５９ａ １軸角速度検出素子
６１ａ 電源線
６１ｂ 位置信号線
６２ 取付補助部材

Claims (5)

1. 正立プリズムを対物レンズと接眼レンズとの間に配置した単眼鏡光学系又は双眼鏡光学系に適用可能な、手振れによって生じる観察像の劣化を補償する像安定化装置であって、
   対物レンズと接眼レンズとを固設した筺体に、前記対物レンズと接眼レンズとを通る光軸に対して左右方向に延びる回動軸を持つように装着されたジンバル懸架装置を備え、
   前記回動軸は前記光軸に直交する、互いに共通の回動軸線を有し、
   前記ジンバル懸架装置は、前記回動軸により回動可能に支持され、且つ正立プリズムを固設する正立プリズム支持枠と、正立プリズムまたは正立プリズム支持枠に装着され、且つ手振れで生じる正立プリズムの角度変位を検出する角速度検出素子と、正立プリズム支持枠を回動させるボイスコイルモータとを備え、
   前記ボイスコイルモータは、中空コイルの中心部に位置検出素子を装着した中空コイル部材を装着した第１のヨーク部と、この第１のヨーク部の中空コイルが装着された面に垂直方向に磁界を生成する永久磁石を装着した第２のヨーク部とを備え、第１のヨーク部と第２のヨーク部とが所定間隔のギャップを以って相対向するように、かつ相対的に可動可能に配置されることを特徴とする像安定化装置。
2. 正立プリズムを対物レンズと接眼レンズとの間に配置した単眼鏡光学系又は双眼鏡光学系に適用可能な、手振れによって生じる観察像の劣化を補償する像安定化装置であって、
   対物レンズと接眼レンズとを固設した筺体に、前記対物レンズと接眼レンズとを通る光軸に対して左右方向に延びると共に該光軸に直交し、互いに共通する第一の共通回動軸線を有する第一の回動軸と、上下方向に延びると共に該光軸に直交し、互いに共通する第二の共通回動軸線を有する第二の回動軸とを持つように装着されたジンバル懸架装置を備え、
   前記ジンバル懸架装置は、２本の回動軸のうちの第1の回動軸を持った外枠と、外枠の内側に装着された２本の回動軸のうちの第２の回動軸を持った正立プリズムを固設する正立プリズム支持枠とを有し、正立プリズムまたは正立プリズム支持枠には手振れで生じる正立プリズムの角度変位を検出する角速度検出素子と、外枠および正立プリズム支持枠をそれぞれ回動させる２基のボイスコイルモータとを備え、
   前記ボイスコイルモータそれぞれは、中空コイルの中心部に位置検出素子を装着した中空コイル部材を装着した第１のヨーク部と、この第１のヨーク部の中空コイルが装着された面に垂直方向に磁界を生成する永久磁石を装着した第２のヨーク部とを備え、第１のヨーク部と第２のヨーク部とが所定間隔のギャップを以って相対向するように、かつ相対的に可動可能に配置されることを特徴とする像安定化装置。
3. ボイスコイルモータを構成する第２のヨーク部に対面する第１のヨーク部の面の形状が、第２のヨーク部に装着した永久磁石の、第１のヨーク部に対向する面の形状と同じであることを特徴とする請求項１、又は請求項２記載の像安定化装置。
4. 前記第１のヨーク部と第２のヨーク部とが分離して成ることを特徴とする前記請求項１又は請求項２に記載の像安定化装置。
5. ジンバル懸架装置の外枠に中空コイルの中心部に位置検出素子を備えた中空コイル部材を装着した第１のヨーク部を固設し、前記第１のヨーク部に対向して、永久磁石を装着した第２のヨーク部を筐体側に固設し、またジンバル懸架装置の正立プリズム支持枠に永久磁石を装着した第２のヨーク部を固設し、この第２のヨーク部に対向して配置され、かつ中空コイルの中心部に位置検出素子を備えた中空コイル部材を装着した第１のヨーク部をジンバル懸架装置の外枠に固設したことを特徴とする請求項２記載の像安定化装置。

Images