JP2016099856A - ジンバル装置及びジンバル装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像装置が大きく傾斜した姿勢においても、撮像装置の回転振れを高精度に補正して姿勢制御を行うことが可能なジンバル装置を提供する。【解決手段】ジンバル装置は撮像装置が固定されたジンバル機構を制御する制御部５０を備える。制御部５０は角速度信号取得部５３と相対角度取得部５４と角速度信号合成部５５を備える。角速度信号取得部５３は、検出軸Ｘ，Ｙ，Ｚの各軸成分の角速度信号Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１を取得する。相対角度取得部５４は補正軸Ｙ’に直交する２次元平面における検出軸Ｘと補正軸Ｘ’との相対角度θと、補正軸Ｘ’に直交する２次元平面における検出軸Ｚと補正軸Ｚ’との相対角度φを取得する。角速度信号合成部５５は角速度信号Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１及び相対角度θ，φから、補正軸Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’にそれぞれ平行な軸成分の振れ角速度信号Ｘｂ，Ｙｂ，Ｚｂを生成する。【選択図】図３

Description

本発明は、ジンバル装置及びジンバル装置の制御方法に関する。

ビデオカメラ等の撮像装置を移動させながら行う撮影や、撮像装置を無人のヘリコプタや飛行機に搭載して行う空中撮影では、視軸振れを抑制するために、撮像装置を高精度に姿勢制御する必要がある。
一般的に、撮像装置の姿勢制御を必要とする撮影には、撮像装置を取り付け可能なジンバル装置が用いられている。
特許文献１には、撮像装置の姿勢制御を行うジンバル装置の一例が記載されている。

特開２０１０−１２８８１４号公報

特許文献１に記載されているようなジンバル装置では、一般的に、互いに直交する検出軸Ｘ、検出軸Ｙ、及び検出軸Ｚに基づいて撮像装置の回転振れを検出し、検出した撮像装置の回転振れを、互いに直交する補正軸Ｘ’、補正軸Ｙ’、及び補正軸Ｚ’で補正する。

撮像装置が基本姿勢の状態では、検出軸Ｘと補正軸Ｘ’とは平行であり、検出軸Ｙと補正軸Ｙ’とは平行であり、検出軸Ｚと補正軸Ｚ’とは平行である。従って、撮像装置が基本姿勢の状態では、検出軸Ｘ，Ｙ，Ｚと補正軸Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’との対応が取れている。
そのため、例えば検出軸Ｘを中心とした時計まわりの回転振れが検出された場合には補正軸Ｘ’を中心とした反時計まわりの回転動作をさせることで、回転振れを打ち消すことができる。

それに対して、例えば撮像装置が基本姿勢に対して検出軸Ｙを中心として所定の角度だけ傾斜した姿勢では、補正軸Ｙ’は検出軸Ｙに平行であり、検出軸Ｙと補正軸Ｙ’との対応は取れている。しかしながら、検出軸Ｘと補正軸Ｘ’とは平行ではなく、対応がとれなくなってしまう。同様に、検出軸Ｚと補正軸Ｚ’とは平行ではなく、対応が取れなくなってしまう。

従って、特許文献１に開示されているような従来のジンバル装置では、撮像装置が傾斜した姿勢、特に大きく傾斜した姿勢では、検出軸と補正軸との対応が取れなくなる。そのため、例えば検出軸Ｘで検出した回転振れを補正軸Ｘ’で補正しても回転振れを打ち消すことができず、撮像装置を高精度に姿勢制御することは難しい。

本発明はこのような問題点に鑑み、撮像装置が大きく傾斜した姿勢においても、撮像装置の回転振れを高精度に補正して姿勢制御を行うことができるジンバル装置及びジンバル装置の制御方法を提供することを目的とする。

本発明は、撮像装置が固定されているジンバル機構を制御する制御部を備え、前記撮像装置の回転振れを検出するための検出軸を、互いに直交する第１の検出軸、第２の検出軸、及び第３の検出軸とし、前記撮像装置の回転振れを補正するための補正軸を、互いに直交する第１の補正軸、第２の補正軸、及び第３の補正軸とすると、前記制御部は、前記第１の検出軸に平行な軸成分の第１の角速度信号、前記第２の検出軸に平行な軸成分の第２の角速度信号、及び、前記第３の検出軸に平行な軸成分の第３の角速度信号を取得する角速度信号取得部と、前記第１の補正軸に直交する２次元平面における前記第２の検出軸と前記第２の補正軸との第１の相対角度、及び、前記第２の補正軸に直交する２次元平面における前記第３の検出軸と前記第３の補正軸との第２の相対角度を取得する相対角度取得部と、前記第１の角速度信号、前記第２の角速度信号、前記第３の角速度信号、前記第１の相対角度、及び、前記第２の相対角度から、前記第１の補正軸に平行な軸成分の第１の振れ角速度信号、前記第２の補正軸に平行な軸成分の第２の振れ角速度信号、及び、前記第３の補正軸に平行な軸成分の第３の振れ角速度信号を生成する角速度信号合成部とを備えていることを特徴とするジンバル装置を提供する。

また、本発明は、撮像装置が固定されているジンバル機構を有するジンバル装置の制御方法であって、前記撮像装置の回転振れを検出するための検出軸を、互いに直交する第１の検出軸、第２の検出軸、及び第３の検出軸とし、前記撮像装置の回転振れを補正するための補正軸を、互いに直交する第１の補正軸、第２の補正軸、及び第３の補正軸とすると、前記第１の補正軸に平行な軸成分の第１の目標角速度信号、前記第２の補正軸に平行な軸成分の第２の目標角速度信号、及び、前記第３の補正軸に平行な軸成分の第３の目標角速度信号を生成し、前記第１の検出軸に平行な軸成分の第１の角速度信号、前記第２の検出軸に平行な軸成分の第２の角速度信号、及び、前記第３の検出軸に平行な軸成分の第３の角速度信号を取得し、前記第１の補正軸に直交する２次元平面における前記第２の検出軸と前記第２の補正軸との第１の相対角度、及び、前記第２の補正軸に直交する２次元平面における前記第３の検出軸と前記第３の補正軸との第２の相対角度を取得し、前記第１の角速度信号、前記第２の角速度信号、前記第３の角速度信号、前記第１の相対角度、及び、前記第２の相対角度から、前記第１の補正軸に平行な軸成分の第１の振れ角速度信号、前記第２の補正軸に平行な軸成分の第２の振れ角速度信号、及び、前記第３の補正軸に平行な軸成分の第３の振れ角速度信号を生成し、前記第１の目標角速度信号と前記第１の振れ角速度信号とから第１の補正角速度信号を生成し、前記第２の目標角速度信号と前記第２の振れ角速度信号とから第２の補正角速度信号を生成し、前記第３の目標角速度信号と前記第３の振れ角速度信号とから第３の補正角速度信号を生成し、前記第１の補正角速度信号、前記第２の補正角速度信号、及び前記第３の補正角速度信号に基づいて前記ジンバル機構の駆動を制御することを特徴とするジンバル装置の制御方法を提供する。

本発明のジンバル装置及びジンバル装置の制御方法によれば、撮像装置が大きく傾斜した姿勢においても、撮像装置の回転振れを高精度に補正して姿勢制御を行うことができる。

実施形態のジンバル装置におけるジンバル機構の斜視図である。 撮像装置の基本姿勢における検出軸と補正軸の関係を説明するための模式図である。 実施形態のジンバル装置における制御部のブロック図である。 撮像装置が基本姿勢の状態からチルト方向に相対角度θだけ傾斜した状態のジンバル機構の側面図である。 補正軸Ｙ’と直交する２次元平面における検出軸Ｘと補正軸Ｘ’との相対角度θを説明するための模式図である。 撮像装置が基本姿勢の状態からロール方向に相対角度φだけ傾斜した状態のジンバル機構の側面図である。 補正軸Ｘ’と直交する２次元平面における検出軸Ｚと補正軸Ｚ’との相対角度φを説明するための模式図である。 撮像装置の回転振れを補正して姿勢制御を行うためのジンバル装置の制御方法を説明するためのフローチャートである。 θ＝９０°の姿勢におけるジンバル機構の側面図である。 θ＝９０°の姿勢の状態を示す模式図である。 φ＝９０°の姿勢におけるジンバル機構の側面図である。 φ＝９０°の姿勢の状態を示す模式図である。 相対角度θだけ傾斜した状態のジンバル機構の側面図である。

実施形態のジンバル装置は、ジンバル機構とこれを制御する制御部とを備えている。

まず、図１を用いて、実施形態のジンバル装置におけるジンバル機構を説明する。図１はジンバル機構に取り付けられた撮像装置の基本姿勢を示す斜視図である。

図１に示すように、実施形態のジンバル装置におけるジンバル機構１は、撮像装置２が固定されている撮像装置固定部１０と、撮像装置２をチルト方向に駆動させるチルト駆動部（第１の駆動部）２０と、撮像装置２をロール方向に駆動させるロール駆動部（第２の駆動部）３０と、撮像装置２をパン方向に駆動させるパン駆動部（第３の駆動部）４０と、を備えている。

撮像装置２または撮像装置固定部１０には、検出軸Ｘ（第２の検出軸）成分の角速度（第２の角速度）、検出軸Ｙ（第１の検出軸）成分の角速度（第１の角速度）、及び、検出軸Ｚ（第３の検出軸）成分の角速度（第３の角速度）を検出する角速度センサ１１が設置されている。
角速度センサ１１によって撮像装置２の回転振れを検出することができる。

角速度センサ１１として、撮像装置２に内蔵されている角速度センサを用いることもできる。通常、撮像装置には角速度センサが内蔵されている。内蔵の角速度センサを用いることで、角速度センサを撮像装置２や撮像装置固定部１０に外付けする際の取り付け位置調整が不要である。また、部品点数の削減が図れる。
なお、図１では、角速度センサ１１が撮像装置２に内蔵されている形態を示している。

チルト駆動部２０は撮像装置固定部１０を保持している。
チルト駆動部２０は、撮像装置固定部１０を回動軸Ｃｙまわりに回動させることで撮像装置２をチルト方向に駆動させるチルトモータ２１を備えている。

ロール駆動部３０はチルト駆動部２０を保持している。
ロール駆動部３０は、チルト駆動部２０を回動軸Ｃｘまわりに回動させることで撮像装置２をロール方向に駆動させるロールモータ３１を備えている。

パン駆動部４０はロール駆動部３０を保持している。
パン駆動部４０は、ロール駆動部３０を回動軸Ｃｚまわりに回動させることで、撮像装置２をパン方向に駆動させるパンモータ４１を備えている。

ここで、図１及び図２を用いて、ジンバル機構１において、撮像装置２の回転振れを検出するための検出軸と、撮像装置２の回転振れを補正するための補正軸との関係を説明する。

図２は、撮像装置２の基本姿勢における検出軸と補正軸の関係を説明するための模式図である。
図２（ａ）は撮像装置２の回転振れを検出するための検出軸を示す。検出軸Ｘと検出軸Ｙと検出軸Ｚとは互いに直交する。図２（ａ）の検出軸Ｘ，Ｙ，Ｚは、図１の検出軸Ｘ，Ｙ，Ｚにそれぞれ対応する。
図２（ｂ）は撮像装置２の回転振れを補正するための補正軸を示す。補正軸Ｚ’（第３の補正軸）の先に補正軸Ｘ’（第２の補正軸）の回転中心が位置し、補正軸Ｘ’の先に補正軸Ｙ’（第１の補正軸）の回転中心が位置する。

補正軸Ｘ’と補正軸Ｙ’と補正軸Ｚ’とは、互いに直交する相対関係にある。
補正軸Ｘ’は図１の回動軸Ｃｘに対応する。補正軸Ｙ’は図１の回動軸Ｃｙに対応する。補正軸Ｚ’は図１の回動軸Ｃｚに対応する。

図１及び図２に示すように、撮像装置２が基本姿勢の状態では、補正軸Ｘ’は検出軸Ｘに平行であり、補正軸Ｙ’は検出軸Ｙに平行であり、補正軸Ｚ’は検出軸Ｚに平行である。即ち、撮像装置２が基本姿勢の状態では、検出軸Ｘ，Ｙ，Ｚと補正軸Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’とはそれぞれ対応が取れている。

次に、図３を用いて、実施形態のジンバル装置における制御部を説明する。図３は、図１のジンバル機構の駆動を制御するための制御部を示すブロック図である。

図３に示すように、実施形態のジンバル装置における制御部５０は、コマンド入力部５１と、目標角速度生成部５２と、角速度信号取得部５３と、相対角度取得部５４と、角速度信号合成部５５と、加減算部５６と、サーボ演算部５７と、モータドライバ５８と、を備えている。

目標角速度生成部５２には、コマンド入力部５１を介して、操作者の遠隔操作により出力されたパンコマンド信号ＰＣ、チルトコマンド信号ＴＣ、及びロールコマンド信号ＲＣが入力される。即ち、パンコマンド信号ＰＣ、チルトコマンド信号ＴＣ、及びロールコマンド信号ＲＣは、コマンド入力部５１を介して目標角速度生成部５２に入力される入力信号である。

パンコマンド信号ＰＣは撮像装置２（図１参照）をパン方向に駆動させる手動制御コマンド信号である。チルトコマンド信号ＴＣは撮像装置２をチルト方向に駆動させる手動制御コマンド信号である。ロールコマンド信号ＲＣは撮像装置２をロールさせる手動制御コマンド信号である。

目標角速度生成部５２は、パンコマンド信号ＰＣに基づいて、補正軸Ｚ’に平行な軸成分の目標角速度信号Ｚａ（第３の目標角速度信号）を生成する。
目標角速度生成部５２は、チルトコマンド信号ＴＣに基づいて、補正軸Ｙ’に平行な軸成分の目標角速度信号Ｙａ（第１の目標角速度信号）を生成する。
目標角速度生成部５２は、ロールコマンド信号ＲＣに基づいて、補正軸Ｘ’に平行な軸成分の目標角速度信号Ｘａ（第２の目標角速度信号）を生成する。

角速度信号取得部５３は、角速度センサ１１（図１参照）が検出した回転振れから、検出軸Ｘ（第２の検出軸）に平行な軸成分の角速度信号Ｘ１（第２の角速度信号）、検出軸Ｙ（第１の検出軸）に平行な軸成分の角速度信号Ｙ１（第１の角速度信号）、及び、検出軸Ｚ（第３の検出軸）に平行な軸成分の角速度信号Ｚ１（第３の角速度信号）を取得する。

相対角度取得部５４は相対角度θ（第１の相対角度）及び相対角度φ（第２の相対角度）を取得する。

ここで、図４及び図５を用いて、相対角度θを説明する。
図４は、図１のジンバル機構１を回動軸Ｃｙ側から見た側面図である。
図５（ａ）は図２（ａ）に対応し、図５（ｂ）は図２（ｂ）に対応する。

図４に示すように、相対角度θは、撮像装置２が基本姿勢（図１参照）の状態からチルト方向に傾斜した角度である。
図５に示すように、相対角度θは、補正軸Ｙ’と直交する２次元平面における検出軸Ｘと補正軸Ｘ’との相対角度である。

次に、図６及び図７を用いて、相対角度φを説明する。
図６は、図１のジンバル機構１を回動軸Ｃｘ側から見た側面図である。
図７（ａ）は図２（ａ）に対応し、図７（ｂ）は図２（ｂ）に対応する。

図６に示すように、相対角度φは、撮像装置２が基本姿勢の状態からロール方向に傾斜した角度である。
図７に示すように、相対角度φは、補正軸Ｘ’と直交する２次元平面における検出軸Ｚと補正軸Ｚ’との相対角度である。

相対角度取得部５４は、例えば、撮像装置２または撮像装置固定部１０に設置された加速度センサが検出した水平角に基づいて相対角度θ及び相対角度φを取得することができる。

他の形態として、相対角度取得部５４は、上記の加速度センサ（第１の加速度センサ）が検出した水平角と、撮像装置２及び撮像装置固定部１０とは異なる場所に設置された第２の加速度センサが検出した水平角との差分を算出し、この差分から相対角度θ及び相対角度φを取得することができる。

さらに他の形態として、相対角度取得部５４は、チルトモータ２１、ロールモータ３１、及び、パンモータ４１の回転角をカウントし、それぞれカウントした回転角から相対角度θ及び相対角度φを取得することができる。

角速度信号合成部５５は、角速度信号取得部５３で取得された角速度信号Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１と、相対角度取得部５４で取得された相対角度θ，φとに基づいて、補正軸Ｘ’に平行な軸成分の振れ角速度信号Ｘｂ、及び、補正軸Ｚ’に平行な軸成分の振れ角速度信号Ｚｂを算出する。

振れ角速度信号Ｘｂは式（１）を用いて算出される。
Ｘｂ＝Ｘ１×cosθ−Ｚ１×sinθ …（１）
式（１）に示すように、補正軸Ｘ’成分の振れ角速度信号Ｘｂは、検出軸Ｘ成分の角速度信号Ｘ１と検出軸Ｚ成分の角速度信号Ｚ１が合成された信号である。

補正軸Ｙ’に平行な軸成分の振れ角速度信号Ｙｂは式（２）で表される。
Ｙｂ＝Ｙ１ …（２）
式（２）に基づき、振れ角速度信号Ｙｂとして角速度信号Ｙ１が用いられる。

振れ角速度信号Ｚｂは式（３）を用いて算出される。
Ｚｂ＝Ｘ１×sinθ×cosφ−Ｙ１×sinφ＋Ｚ１×cosθ×cosφ …（３）
式（３）に示すように、補正軸Ｚ’成分の振れ角速度信号Ｚｂは、検出軸Ｘ成分の角速度信号Ｘ１と検出軸Ｙ成分の角速度信号Ｙ１と検出軸Ｚ成分の角速度信号Ｚ１が合成された信号である。

加減算部５６には、目標角速度生成部５２から目標角速度信号Ｘａ，Ｙａ，Ｚａが入力され、角速度信号合成部５５から振れ角速度信号Ｘｂ，Ｙｂ，Ｚｂが入力される。

加減算部５６は、目標角速度信号Ｘａと振れ角速度信号Ｘｂとの差分を算出し、補正角速度信号Ｘｃとして出力する。
加減算部５６は、目標角速度信号Ｙａと振れ角速度信号Ｙｂとの差分を算出し、補正角速度信号Ｙｃとして出力する。
加減算部５６は、目標角速度信号Ｚａと振れ角速度信号Ｚｂとの差分を算出し、補正角速度信号Ｚｃとして出力する。

サーボ演算部５７は、加減算部５６から出力された補正角速度信号Ｘｃに基づいて、ロールモータ３１の駆動を制御するためのサーボ信号Ｘｄを生成する。
サーボ演算部５７は、加減算部５６から出力された補正角速度信号Ｙｃに基づいて、チルトモータ２１の駆動を制御するためのサーボ信号Ｙｄを生成する。
サーボ演算部５７は、加減算部５６から出力された補正角速度信号Ｚｃに基づいて、パンモータ４１の駆動を制御するためのサーボ信号Ｚｄを生成する。

モータドライバ５８は、サーボ演算部５７で生成されたサーボ信号Ｘｄに基づいて、撮像装置２のロール方向の回転振れを打ち消すように、ロールモータ３１の駆動を制御する。
モータドライバ５８は、サーボ演算部５７で生成されたサーボ信号Ｙｄに基づいて、撮像装置２のチルト方向の回転振れを打ち消すように、チルトモータ２１の駆動を制御する。
モータドライバ５８は、サーボ演算部５７で生成されたサーボ信号Ｚｄに基づいて、撮像装置２のパン方向の回転振れを打ち消すように、パンモータ４１の駆動を制御する。

サーボ演算部５７及びモータドライバ５８は、チルトモータ２１、ロールモータ３１、及びパンモータ４１の駆動を制御する駆動制御部である。

次に、図８を用いて、撮像装置の回転振れを補正して姿勢制御を行うためのジンバル装置の制御方法を説明する。

ステップＳ１において、目標角速度生成部５２は、コマンド入力部５１を介して、操作者の遠隔操作により出力されたパンコマンド信号ＰＣ、チルトコマンド信号ＴＣ、及びロールコマンド信号ＲＣを取得する。

ステップＳ２において、目標角速度生成部５２は、パンコマンド信号ＰＣに基づいて目標角速度信号Ｚａを生成する。
ステップＳ２において、目標角速度生成部５２は、チルトコマンド信号ＴＣに基づいて目標角速度信号Ｙａを生成する。
ステップＳ２において、目標角速度生成部５２は、ロールコマンド信号ＲＣに基づいて目標角速度信号Ｘａを生成する。

ステップＳ３において、角速度信号取得部５３は、角速度センサ１１で検出された回転振れから角速度信号Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１を取得する。

ステップＳ４において、相対角度取得部５４は相対角度θ，φを取得する。

補正軸Ｘ’における回転振れを補正する場合について説明する。

ステップＳ５において、角速度信号合成部５５は、角速度信号取得部５３で取得された角速度信号Ｘ１，Ｚ１、及び、相対角度取得部５４で取得された相対角度θから、式（１）に基づいて、振れ角速度信号Ｘｂを算出する。

ステップＳ６において、加減算部５６は、目標角速度生成部５２で生成された目標角速度信号Ｘａと、角速度信号合成部５５で算出された振れ角速度信号Ｘｂとの差分を算出し、補正角速度信号Ｘｃとして出力する。

ステップＳ７において、サーボ演算部５７は、加減算部５６から出力された補正角速度信号Ｘｃからサーボ信号Ｘｄを生成する。

ステップＳ８において、モータドライバ５８は、サーボ演算部５７で生成されたサーボ信号Ｘｄに基づいて、撮像装置２のロール方向の回転振れを打ち消すように、ロールモータ３１の駆動を制御する。

補正軸Ｙ’における回転振れを補正する場合について説明する。

ステップＳ９において、角速度信号合成部５５は、角速度信号取得部５３で取得された角速度信号Ｙ１を、式（２）に基づいて、振れ角速度信号Ｙｂとして出力する。

ステップＳ１０において、加減算部５６は、目標角速度生成部５２で生成された目標角速度信号Ｙａと、角速度信号合成部５５で算出された振れ角速度信号Ｙｂとの差分を算出し、補正角速度信号Ｙｃとして出力する。

ステップＳ１１において、サーボ演算部５７は、加減算部５６から出力された補正角速度信号Ｙｃからサーボ信号Ｙｄを生成する。

ステップＳ１２において、モータドライバ５８は、サーボ演算部５７で生成されたサーボ信号Ｙｄに基づいて、撮像装置２のチルト方向の回転振れを打ち消すように、チルトモータ２１の駆動を制御する。

補正軸Ｚ’における回転振れを補正する場合について説明する。

ステップＳ１３において、角速度信号合成部５５は、角速度信号取得部５３で取得された角速度信号Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１、及び、相対角度取得部５４で取得された相対角度θ，φから、式（３）に基づいて、振れ角速度信号Ｚｂを算出する。

ステップＳ１４において、加減算部５６は、目標角速度生成部５２で生成された目標角速度信号Ｚａと、角速度信号合成部５５で算出された振れ角速度信号Ｚｂとの差分を算出し、補正角速度信号Ｚｃとして出力する。

ステップＳ１５において、サーボ演算部５７は、加減算部５６から出力された補正角速度信号Ｚｃからサーボ信号Ｚｄを生成する。

ステップＳ１６において、モータドライバ５８は、サーボ演算部５７で生成されたサーボ信号Ｚｄに基づいて、撮像装置２のパン方向の回転振れを打ち消すように、パンモータ４１の駆動を制御する。

図１、図２、図４〜図７、図９〜図１２、及び、式（１）〜式（３）を用いて、撮像装置２の回転振れ補正に対する、検出軸Ｘ，Ｙ，Ｚと補正軸Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’と関係、及び、検出軸Ｘにおける角速度信号Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１と補正軸Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’における振れ角速度信号Ｘｂ、Ｙｂ，Ｚｂとの関係を説明する。

まず、図１及び図２を用いて、撮像装置２の基本姿勢での回転振れ補正を説明する。

図１及び図２に示すように、撮像装置２が基本姿勢の状態では、検出軸Ｘ，Ｙ，Ｚと補正軸Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’とがそれぞれ平行であり、対応が取れている。即ち、検出軸Ｘと補正軸Ｘ’との相対角度θはゼロ（θ＝０）であり、検出軸Ｚと補正軸Ｚ’との相対角度φもゼロ（φ＝０）である。
式（１）〜式（３）から、Ｘｂ＝Ｘ１，Ｙｂ＝Ｙ１，Ｚｂ＝Ｚ１となる。

撮像装置２の基本姿勢における回転振れ補正では、角速度信号Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１は振れ角速度信号Ｘｂ、Ｙｂ，Ｚｂとして処理される。

図４及び図５を用いて、撮像装置２が基本姿勢からチルト方向に相対角度θだけ傾斜した姿勢での回転振れ補正を説明する。この姿勢における相対角度φはゼロ（φ＝０°）である。
式（１）〜式（３）から、Ｘｂ＝Ｘ１×cosθ−Ｚ１×sinθ，Ｙｂ＝Ｙ１，Ｚｂ＝Ｘ１×sinθ＋Ｚ１×cosθとなる。

撮像装置２が基本姿勢からチルト方向に相対角度θだけ傾斜した姿勢（φ＝０°）における回転振れ補正では、補正軸Ｘ’成分の振れ角速度信号Ｘｂは、検出軸Ｘ成分の角速度信号Ｘ１と検出軸Ｚ成分の角速度信号Ｚ１が合成された信号として処理される。角速度信号Ｙ１は振れ角速度信号Ｙｂとして処理される。補正軸Ｚ’成分の振れ角速度信号Ｚｂは、検出軸Ｘ成分の角速度信号Ｘ１と検出軸Ｚ成分の角速度信号Ｚ１が合成された信号として処理される。

図９及び図１０は、相対角度θ＝９０°の姿勢（φ＝０°）の状態を示している。
式（１）〜式（３）から、Ｘｂ＝−Ｚ１，Ｙｂ＝Ｙ１，Ｚｂ＝Ｘ１となる。

即ち、相対角度θ＝９０°での姿勢（φ＝０°）における回転振れ補正では、角速度信号Ｚ１は、基本姿勢とは異なる補正軸Ｘ’成分の振れ角速度信号Ｘｂとして処理される。角速度信号Ｘ１は、基本姿勢とは異なる補正軸Ｚ’成分の振れ角速度信号Ｚｂとして処理される。

図６及び図７を用いて、撮像装置２が基本姿勢からロール方向に相対角度φだけ傾斜した姿勢での回転振れ補正を説明する。この姿勢における相対角度θはゼロ（θ＝０°）である。
式（１）〜式（３）から、Ｘｂ＝Ｘ１，Ｙｂ＝Ｙ１，Ｚｂ＝Ｚ１×cosφ−Ｙ１×sinφとなる。

撮像装置２が基本姿勢からロール方向に相対角度φだけ傾斜した姿勢（θ＝０°）における回転振れ補正では、角速度信号Ｘ１は振れ角速度信号Ｘｂとして処理される。角速度信号Ｙ１は振れ角速度信号Ｙｂとして処理される。補正軸Ｚ’成分の振れ角速度信号Ｚｂは、検出軸Ｚ成分の角速度信号Ｚ１と検出軸Ｙ成分の角速度信号Ｙ１が合成された信号として処理される。

図１１及び図１２は、相対角度φ＝９０°の姿勢（θ＝０°）の状態を示している。なお、図１１では、回動軸Ｃｙ及び補正軸Ｙ’と回動軸Ｃｚ及び補正軸Ｚ’とが重なって見にくくなるため、軸の位置をずらして表示している。

式（１）〜式（３）から、Ｘｂ＝Ｘ１，Ｙｂ＝Ｙ１，Ｚｂ＝−Ｙ１となる。
即ち、相対角度φ＝９０°での姿勢（θ＝０°）における回転振れ補正では、角速度信号Ｙ１は、基本姿勢とは異なる補正軸Ｚ’成分の振れ角速度信号Ｚｂとしても処理される。

以上、相対角度θのみ傾斜した姿勢（φ＝０°）、及び、相対角度φのみ傾斜した姿勢（θ＝０°）について説明したが、式（１）〜式（３）を用いることにより、相対角度θだけ傾斜した姿勢と相対角度φだけ傾斜した姿勢とが組み合わされた姿勢に対しても各補正軸Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’成分の振れ角速度信号Ｘｂ，Ｙｂ，Ｚｂを算出することで回転振れを補正することができる。

図１３はジンバル機構１が相対角度θだけ傾斜した状態のジンバル機構の側面図である。
例えば、撮像装置を無人のヘリコプタや飛行機に搭載して行う空中撮影では、ジンバル機構１自体が傾斜する場合がある。
図１３に示すような、ジンバル機構１自体が傾斜する場合においても、式（１）〜式（３）を用いることにより、撮像装置２の回転振れを補正することができる。

従って、本実施形態のジンバル装置及びその制御方法によれば、撮像装置またはジンバル機構が任意の姿勢に対して、撮像装置の回転振れを高精度に補正して姿勢制御を行うことができる。

なお、本発明に係る実施形態は、上述した構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。

１ ジンバル機構
２ 撮像装置
５０ 制御部
５３ 角速度信号取得部
５４ 相対角度取得部
５５ 角速度信号合成部
Ｘ，Ｙ，Ｚ 検出軸
Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’ 補正軸
Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１ 角速度信号
θ，φ 相対角度
Ｘｂ，Ｙｂ，Ｚｂ 振れ角速度信号

Claims (4)

1. 撮像装置が固定されているジンバル機構を制御する制御部を備え、
   前記撮像装置の回転振れを検出するための検出軸を、互いに直交する第１の検出軸、第２の検出軸、及び第３の検出軸とし、
   前記撮像装置の回転振れを補正するための補正軸を、互いに直交する第１の補正軸、第２の補正軸、及び第３の補正軸とすると、
   前記制御部は、
   前記第１の検出軸に平行な軸成分の第１の角速度信号、前記第２の検出軸に平行な軸成分の第２の角速度信号、及び、前記第３の検出軸に平行な軸成分の第３の角速度信号を取得する角速度信号取得部と、
   前記第１の補正軸に直交する２次元平面における前記第２の検出軸と前記第２の補正軸との第１の相対角度、及び、前記第２の補正軸に直交する２次元平面における前記第３の検出軸と前記第３の補正軸との第２の相対角度を取得する相対角度取得部と、
   前記第１の角速度信号、前記第２の角速度信号、前記第３の角速度信号、前記第１の相対角度、及び、前記第２の相対角度から、前記第１の補正軸に平行な軸成分の第１の振れ角速度信号、前記第２の補正軸に平行な軸成分の第２の振れ角速度信号、及び、前記第３の補正軸に平行な軸成分の第３の振れ角速度信号を生成する角速度信号合成部と、
   を備えていることを特徴とするジンバル装置。
2. 前記ジンバル機構は、
   前記撮像装置が固定されている撮像装置固定部と、
   前記撮像装置を前記第１の補正軸まわりに回動させる第１の駆動部と、
   前記撮像装置を前記第２の補正軸まわりに回動させる第２の駆動部と、
   前記撮像装置を前記第３の補正軸まわりに回動させる第３の駆動部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記第１の補正軸に平行な軸成分の第１の目標角速度信号、前記第２の補正軸に平行な軸成分の第２の目標角速度信号、及び、前記第３の補正軸に平行な軸成分の第３の目標角速度信号を生成する目標角速度生成部と、
   前記第１の目標角速度信号と前記第１の振れ角速度信号とから第１の補正角速度信号を生成し、前記第２の目標角速度信号と前記第２の振れ角速度信号とから第２の補正角速度信号を生成し、前記第３の目標角速度信号と前記第３の振れ角速度信号とから第３の補正角速度信号を生成する加減算部と、
   前記第１の補正角速度信号に基づいて前記第１の駆動部を制御し、前記第２の補正角速度信号に基づいて前記第２の駆動部を制御し、前記第３の補正角速度信号に基づいて前記第３の駆動部を制御する駆動制御部と、
   をさらに備えていることを特徴とする請求項１記載のジンバル装置。
3. 前記第１の角速度信号をＹ１、前記第２の角速度信号をＸ１、前記第３の角速度信号をＺ１、前記第１の振れ角速度信号をＹｂ、前記第２の振れ角速度信号をＸｂ、前記第３の振れ角速度信号をＺｂ、前記第１の相対角度をθ、前記第２の相対角度をφとすると、
   前記角速度信号合成部は、第１の関係式Ｘｂ＝Ｘ１×cosθ−Ｚ１×sinθ、第２の関係式Ｙｂ＝Ｙ１、及び第３の関係式Ｚｂ＝Ｘ１×sinθ×cosφ−Ｙ１×sinφ＋Ｚ１×cosθ×cosφに基づいて、前記第１の振れ角速度信号、前記第２の振れ角速度信号、及び前記第３の振れ角速度信号を取得することを特徴とする請求項１または２に記載のジンバル装置。
4. 撮像装置が固定されているジンバル機構を有するジンバル装置の制御方法であって、
   前記撮像装置の回転振れを検出するための検出軸を、互いに直交する第１の検出軸、第２の検出軸、及び第３の検出軸とし、
   前記撮像装置の回転振れを補正するための補正軸を、互いに直交する第１の補正軸、第２の補正軸、及び第３の補正軸とすると、
   前記第１の補正軸に平行な軸成分の第１の目標角速度信号、前記第２の補正軸に平行な軸成分の第２の目標角速度信号、及び、前記第３の補正軸に平行な軸成分の第３の目標角速度信号を生成し、
   前記第１の検出軸に平行な軸成分の第１の角速度信号、前記第２の検出軸に平行な軸成分の第２の角速度信号、及び、前記第３の検出軸に平行な軸成分の第３の角速度信号を取得し、
   前記第１の補正軸に直交する２次元平面における前記第２の検出軸と前記第２の補正軸との第１の相対角度、及び、前記第２の補正軸に直交する２次元平面における前記第３の検出軸と前記第３の補正軸との第２の相対角度を取得し、
   前記第１の角速度信号、前記第２の角速度信号、前記第３の角速度信号、前記第１の相対角度、及び、前記第２の相対角度から、前記第１の補正軸に平行な軸成分の第１の振れ角速度信号、前記第２の補正軸に平行な軸成分の第２の振れ角速度信号、及び、前記第３の補正軸に平行な軸成分の第３の振れ角速度信号を生成し、
   前記第１の目標角速度信号と前記第１の振れ角速度信号とから第１の補正角速度信号を生成し、前記第２の目標角速度信号と前記第２の振れ角速度信号とから第２の補正角速度信号を生成し、前記第３の目標角速度信号と前記第３の振れ角速度信号とから第３の補正角速度信号を生成し、
   前記第１の補正角速度信号、前記第２の補正角速度信号、及び前記第３の補正角速度信号に基づいて前記ジンバル機構の駆動を制御する、
   ことを特徴とするジンバル装置の制御方法。

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