JP3900756B2 - Image stabilization device - Google Patents
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Description
【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】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した像安定化のための装置は、防振手段を駆動するために電力を必要とし、一般に電力は双眼鏡等に組み込まれた電池により供給される。このため、防振手段を常に稼働させていたのでは電池が消耗し、頻繁な電池交換を余儀なくされる。
【0011】
そこで、簡単な操作により像安定化装置を待機状態である待機モードと稼働状態である動作モードとの間で切り替えることにより電池の消耗を最小限に抑えることができる像安定化装置の開発が望まれている。
また、電池が消耗する等して電源電圧が低下した場合には、正常な像安定化制御を行うことができない。
さらに、電源のオンオフを使用者の操作に任せると、使用者が電源を切り忘れるおそれがあり、この場合にも電池を消耗してしまう。
【0012】
本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、簡単な操作により像安定化装置を待機状態である待機モードと、稼働状態である動作モードとの間で切り替え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。
また、本発明は、電源電圧の状態を表示して正常な像安定化制御を行うことができるとともに、電源の切り忘れを防止することにより電池の消耗を最小限に抑え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。
【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、
該フィードバック制御手段の制御モードを選択するために使用者が操作可能なモード選択スイッチと、
該モード選択スイッチの操作に応じて、前記フィードバック制御手段を、像安定化を行う動作モードとこの動作モードに対する待機モードとの間で択一的に切り替えるモード切替手段とを備え、
前記モード切替手段は、
前記モード選択スイッチの初回の操作をした後、予め設定された第1の監視時間が経過するまでの間において、前記フィードバック制御手段を待機モードとし、
前記第1の監視時間が経過するまでの間に前記モード選択スイッチの第2回目の操作がなされると、前記フィードバック制御手段を動作モードとし、
以後、前記モード選択スイッチの操作がなされる度に、前記待機モードと前記動作モードとの切り替えを行い、かつ
前記待機モードにおいて前記第1の監視時間が経過するまでの間に、前記モード選択スイッチの第2回目の操作がなされない場合に電源をオフとし、
前記待機モードから前記動作モードに移行した後、予め設定された第2の監視時間が経過するまでの間に、前記角速度検出手段からの所定の入力がない場合に電源をオフとするように構成されていることを特徴とするものである。
【0016】
また、前記像安定化装置において、前記待機モードと前記動作モードに対応して、各々の該モード毎に異なる色で発光する識別表示手段を設けることもできる。
また、前記像安定化装置において、前記フィードバック制御手段には、電源電圧の状態を監視する電圧監視手段を含み、
該電圧監視手段は、前記電源電圧が所定値以下であると判断した場合に警告を行うように構成することもできる。
【0017】
また、前記像安定化装置において、前記識別表示手段は、前記電圧監視手段において前記電源電圧が所定値以下であると判断された場合に、前記電源電圧の低下を警告するために発光するように構成することもできる。
さらに、前記像安定化装置において、前記フィードバック制御手段を駆動するための電源を強制的にオフにする電源オフスイッチを設けることもできる。
【0018】
【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1a、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。
【0019】
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,1b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。
【0020】
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替えを外部操作可能とする、利得切替指示用の利得切替スイッチ40が配設されている。また、このメインスイッチ50は、後述するモード選択スイッチ220が操作されて電源がオンとなっている場合に、電源を強制的にオフとするためにも使用される。
【0021】
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。
【0022】
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30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。
【0023】
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。
【0024】
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107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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
図2および3に示すように、ケース30におけるジンバル懸架部材7,107の一端部には、後述する像安定化制御が行われないとき、ジンバル懸架部材7,107の回動を規制してその破損防止を図るためのケージング手段200が設けられている。このケージング手段200は、両ジンバル懸架部材7,107を同時に挟んでその回動を規制する1対の押さえレバー213と、この押さえレバー213を駆動するケージングアクチュエータ211とを備えている。そして、このケージング手段200においては、ケージングアクチュエータ211が駆動されることにより押さえレバー213が両ジンバル懸架部材7,107を同時に挟んでその回動を規制したり、両ジンバル懸架部材7,107から離れてその回動を許可する。
【0028】
また、ケース30には、上方外部に突出するモード選択スイッチ220が設けられており、このモード選択スイッチ220を操作することにより、後述する像安定化制御を待機モードと動作モードに切り替えることができる。なお、ケース30は、モード選択スイッチ220の押圧操作を行いやすくするため、モード選択スイッチ220の周辺部が上方へ膨出形成されるとともに、その頂部の近傍部位が凹陥状に形成されている。
【0029】
また、ケース30には、モード選択スイッチ220の近傍に現在の動作モード及び電池電圧の状態を表示するためのモード/電圧表示LED212が設けられている。このモード/電圧表示LED212は、緑、オレンジ、赤の3色で発光可能な3色発光LEDからなり、現在の像安定化制御のモード及び電池電圧の状態により発光色及び発光態様(点灯あるいは点滅)が変更される。なお、モード/電圧表示LED212は3色発光LEDに限られず、それぞれ緑、オレンジ、赤の3色で発光する3個のLEDにより構成することもできる。
【0030】
図9および10に示すように、ジンバル懸架部材107(内ジンバル)とジンバル懸架部材7(外ジンバル)との間には、捩りコイルバネ240が設けられている。この捩りコイルバネ240は回動軸106に巻き付けられるようにして設けられ、その両端部が両ジンバル懸架部材7,107に係止されている。そして、この捩りコイルバネ240の弾性力により、ジンバル懸架部材107をジンバル懸架部材7に対して一方向に回動付勢するようになっている。この捩りコイルバネ240は、像安定化制御の際におけるジンバル懸架部材107の最大回動角度(全幅で約10°)範囲内で回動付勢力がジンバル懸架部材107に作用するように取り付けられている。ただし、像安定化制御の際に回転駆動モータ105に余分な負荷がかかってしまわないようにするため、この捩りコイルバネ240のバネ定数は十分小さい値に設定されている。
【0031】
なお、ジンバル懸架部材7(外ジンバル)とケース30との間にも、捩りコイルバネ240と同様の捩りコイルバネ(図示せず)が設けられており、この捩りコイルバネの弾性力によりジンバル懸架部材7をケース30に対して一方向に回動付勢するようになっている。
【0032】
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,11b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幅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。このCPU12による回転駆動モータ5の駆動制御は、応答性に優れ、かつ電力の利用効率が良いPWM(Pulse Width Modulation)制御で行われるようになっている。
【0033】
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替を指示する利得切替スイッチ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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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からの出力値と、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とを減算処理し、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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。そして、このようなパン/チルト操作は観察者の必要に応じて随時行われるものであるから、観察者の操作によって例えばパンニングモードと防振モードの切替えが行われることが望ましい。
【0044】
そこで本実施例装置では、前述したようにケース30の背面部に利得切替スイッチ40を配設し、この利得切替スイッチ40の切替えに応じて上述した制御ループの利得を変化せしめ、上記制御ループの利得が小となる防振モードと上記制御ループの利得が大となるパンニングモードのモード切替えが可能となるようにしている。
【0045】
すなわち、上記速度フィードバックループは、防振機能を主目的としたものであり、一方上記位置フィードバックループはケース30に対する追従機能であるパン/チルト機能を主目的としたものである。
【0046】
したがって、位置フィードバックループの帰還割合を相対的に大とすれば、パン/チルト機能を主とした系となり、一方、位置フィードバックループの帰還割合を相対的に小とすれば防振機能を主とした系となる。
【0047】
そこで、上記実施形態のものでは、図1に示す如く、増幅率が小さい第1増幅器83と増幅率が大きい第2増幅器84を位置フィードバックループ内に配設し、前述した利得切替スイッチ40の操作者による切替操作に応じ、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低利得モードと、該検出信号が第2増幅器84を介して帰還される高利得モードの切り替えがなされるようにしている。なお、制御ループ内における該モードの切り替えは、操作者による利得切替スイッチ40の切替操作に応じた利得切替信号に基づいてループ接続の切り替えを行うソフトスイッチ部85によりなされる。
【0048】
すなわち、ソフトスイッチ部85が第1増幅器83に接続されると、減算器63に入力される位置フィードバックループからの値は小さくなり、相対的に速度フィードバックループからの入力値が大となって防振モード(低利得モード)となり、手ブレ等の振動に抗し、ジンバル懸架装置70を地球(慣性系)に対して良好に固定することができるようになる。
【0049】
一方、ソフトスイッチ部85が第2増幅器84に接続されると、減算器63に入力される位置フィードバックループからの値は大きくなり、相対的に速度フィードバックループからの入力値が小となってパン/チルトモード(高利得モード)となり、パンニングあるいはチルティングに対する追従性が良好となる。
【0050】
上述したように、本実施形態においては、CPU12による回転駆動モータ5,105の駆動制御がPWM制御で行われるようになっている。このPWM制御においては一般に、コンデンサの充放電により駆動制御が行われるが、ジンバル懸架手段7,107の角度位置が変化しなければコンデンサの充放電は行われないので、一般に像安定化制御の開始直後は回転駆動モータ5,105の駆動の方向性が定まらず、このためPWM制御の応答性を高めることができない。
【0051】
この点、本実施形態においては、ジンバル懸架部材107とジンバル懸架部材7との間に、ジンバル懸架部材107をジンバル懸架部材7に対して一方向に回動付勢する片寄せ付勢手段として捩りコイルバネ240が設けられており、ジンバル懸架部材7とケース30との間にも同様の捩りコイルバネが設けられているので、像安定化制御が開始されると、捩りコイルバネ240等の弾性付勢力によりジンバル懸架手段7,107の角度位置が即座に変化してコンデンサの充電が早期に行われ、これによりPWM制御の応答性が高められる。
【0052】
しかも、本実施形態においては、像安定化制御が行われないとき、ケージング手段200により両ジンバル懸架部材7,107の回動を規制するようになっているので、像安定化制御の際におけるジンバル懸架部材107の回動角度範囲内で回動付勢力がジンバル懸架部材107に作用するように捩りコイルバネ240等を取り付ければ足りるので、捩りコイルバネ240等のバネ定数を十分小さい値に設定することができ、これにより像安定化制御の際に回転駆動モータ105に余分な負荷がかかってしまうのを防止することができる。
【0053】
また、本実施形態装置は電池を電源として使用しており、常に像安定化制御を行うと電池が消耗して早期の電池交換を余儀なくされる。さらに、電源のオンオフを使用者の操作に任せると、使用者が電源を切り忘れるおそれがあり、この場合にも電池を消耗してしまう。
【0054】
そこで本実施形態装置では、モード選択スイッチ220を設けており、このモード選択スイッチ220を操作することにより、像安定化制御を待機状態とする待機モードと動作状態とする動作モードに切り替えることができる。また、電源がオンとなった後、所定時間が経過するまでにモード選択スイッチ220の操作が行われなかったり、角速度センサからの所定の入力が行われなかった場合には、電源をオフとするようになっている。
【0055】
すなわち、図1に示すように、マイコンソフト処理によって実現されるモード切替手段86には、モード選択スイッチ220からのモード選択信号と、増幅器62により増幅された後の角速度センサ61(8,108)からの出力が入力されており、モード切替手段86からモータ駆動系68に対してモード切替信号が出力されて、像安定化制御を待機状態とする待機モードと像安定化制御を動作状態とする動作モードとの間の切り替えを行なう。なお、モード切替手段86では、角速度センサ61からの信号入力が所定値の範囲内であるか否かを判断するコンパレータがソフト的に実現されるが、増幅器62の後段にハード的なコンパレータを介在させてもよい。
【0056】
また、モード切替手段86からは、現在のモードを表示するため、モード/電圧表示LED212に対してLED制御信号が出力されており、モード/電圧表示LED212の表示態様により現在のモードを確認することができる。
【0057】
また、本実施形態装置では、電源電池の電圧が所定値以下になると正常な像安定化制御を行うことができなくなる。そこで、図1に示すように、マイコンソフト処理によって実現される電圧監視手段87により電池電圧を監視し、電池電圧が所定値以下になっている場合には、モード/電圧表示LED212を所定の発光色で点灯あるいは点滅して警告を行う。
【0058】
図12、13を用いて、モード選択スイッチ220によるモード切替処理および電池電圧の監視処理について説明する。
図12、13に示すように、電源がオフの状態からモード選択スイッチ220が操作されると(S1)、電源がオンとなり(S2)、像安定化制御を待機状態とする待機モードとなる(S3)。この状態では、ケージング手段200の押さえレバー213により両ジンバル懸架部材7,107の回動が規制されている。そして、処理で使用する各値等を初期化するとともに第1の監視時間を計測するタイマT1を始動し(S4)、ジャイロの安定化処理が行われる(S5)。ここで、ジャイロの安定化処理(S5)とは、電源がオンとなった直後の所定期間だけ、ポジションセンサ81からの入力信号の増幅度を変更することによりジンバルを適正に制御する処理である。この待機モードでは、モード/電圧表示LED212がオレンジ色で点灯する。
【0059】
この待機モードにおいて、さらにモード選択スイッチ220が操作されたか否かを判断し(S6)、タイマT1で設定された所定時間内にモード選択スイッチ220が操作されなかった場合には(S7)、電源をオフとする(S8)。すなわち、待機モード中に何らアクションが起こされなかった場合には、本実施形態装置が使用されていないと考えられるので、電源をオフとして電池の消耗を防止する。
【0060】
また、タイマT1で設定された所定時間内に電池電圧値VBATをA/D変換して取り込み(S9)、現在の電池電圧値VBATを使用許容範囲の下限値である電圧値V1、および使用許容範囲外の上限値である電圧値V2と比較する(S10)。
【0061】
ここで、電池電圧値VBATが使用許容範囲の下限値であるV1以上の場合には、モード選択スイッチ220の操作判断処理(S6)以降の処理を繰り返す。この場合、モード/電圧表示LED212はオレンジ色で点灯したままである。
【0062】
また、電池電圧値VBATが使用許容範囲外ではないが、使用許容範囲の下限値であるV1よりも低く、使用許容範囲外の上限値であるV2よりも高い場合には、使用者に電池交換あるいは充電を促す必要があるため、モード/電圧表示LED212をオレンジ色で点滅させる(S11)。さらに、電池電圧値VBATが使用許容範囲外の上限値であるV2以下である場合には、モード/電圧表示LED212を赤色で点灯して警告を行い(S12)、電源をオフとする(S13)。
【0063】
また、タイマT1で設定された所定時間内に、さらにモード選択スイッチ220が操作された場合には、像安定化制御を行う動作モードに移行する(S14)。この動作モードでは、モード/電圧表示LED212が緑色で点灯する。
【0064】
この動作モードでは、まずケージング手段200のケージングアクチュエータ211を駆動して、押さえレバー213で回動を規制していた両ジンバル懸架部材7,107の回動を許可するアンケージ処理を行う(S15)。
【0065】
次に、第2の監視時間の時間計測を行なうタイマT2を始動し(S16)、角速度センサ108およびポジションセンサ109からの検出信号を読み取り(S17)、上述したパン/チルトモード(高利得モード)として、パンニングあるいはチルティングに対する追従性が良好となるようにし、上述した制御ループにおける演算及び積分処理を開始する(S18)。
【0066】
そして、角速度センサ61からの有効入力があるか否かを判断し(S19)、タイマT2で設定された所定時間内に角速度センサ61からの有効入力がない場合には(S20)、ケージング手段200のケージングアクチュエータ211を駆動して、押さえレバー213で両ジンバル懸架部材7,107の回動を規制するケージ処理を行って電源をオフとする(S21)。すなわち、動作モード中に何らアクションが起こされなかった場合には、本実施形態装置が使用されていないと考えられるので、電源をオフとして電池の消耗を防止する。なお、ステップ21において、ジンバルのケージ処理を行った後に電源をオフとしているが、タイマT2で設定された所定時間内に角速度センサ61からの有効入力がないと判断された場合に(S20)、タイマT1で使用するt1をクリアした後、待機モードにおけるモード選択スイッチ220の操作判断処理(S6)に移行してもよい。
【0067】
一方、タイマT2で設定された所定時間内に角速度センサ61からの有効入力がなされた場合には、タイマT2の計測値t2をクリアして初期値に戻す(S22)。
さらに、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する等して、積分値が飽和していないかどうかを判断し(S23)、積分値が飽和している場合には、システムを停止して、モード/電圧表示LED212を赤色で点滅させる等してシステムエラーであることの警告を行う(S24)。このような処理を行うことにより、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する等した場合に、モータが焼き切れる等の故障を防止することができる。
【0068】
また、積分値が飽和していない場合には、モータ駆動系68に対してモータ駆動信号を出力して(S25)、像安定化制御を行う。
この動作モードにおいても、上述したような電池電圧のチェックが行われる(S26)。すなわち、図示しないが、上述したステップ9〜ステップ13と同様の処理を行い、電池電圧の状態をモード/電圧表示LED212により表示する。
【0069】
ここで、電池電圧値VBATが使用許容範囲の下限値であるV1以上の場合には、モード/電圧表示LED212は緑色で点灯したままである。また、電池電圧値VBATが使用許容範囲外ではないが、使用許容範囲の下限値であるV1よりも低く、使用許容範囲外の上限値であるV2よりも高い場合には、使用者に電池交換あるいは充電を促す必要があるため、モード/電圧表示LED212を緑色で点滅させる。さらに、電池電圧値VBATが使用許容範囲外の上限値であるV2以下である場合には、モード/電圧表示LED212を赤色で点灯して警告を行い、ケージ処理を行った後、電源をオフとする。
【0070】
次に、モード選択スイッチ220が操作されたか否かを判断し(S27)、モード選択スイッチ220が操作された場合には、ケージ処理を行って(S28)、第1の監視時間を計測するタイマT1の計測値t1を初期化し(S29)、待機モードに移行してステップ6以下の処理を行う。
【0071】
一方、モード選択スイッチ220が操作されない場合には、ステップ17以降の処理を行って動作モードを維持する。すなわち、動作モードにおいてモード選択スイッチ220が操作された場合には、待機モードに移行するとともに、上述したように、待機モードにおいてモード選択スイッチ220が操作された場合には、動作モードに移行するように構成することにより、モード選択スイッチ220が操作される度に、待機モードと動作モードとを択一的に切り替えることができる。
【0072】
上述した本実施形態においては、回動軸6,106に取り付けられた捩りコイルバネ240により片寄せ付勢手段が構成されているが、これ以外の片寄せ付勢手段を用いることももちろん可能である。
例えば、図11に示すように、捩りコイルバネ240に代えて引張コイルバネ242を採用することが可能である。
【0073】
同図(a)に示す片寄せ付勢手段は、ジンバル懸架部材107の一端部にタブ107aを形成して該タブ107aにピン107bを立設するとともにジンバル懸架部材7の一端部にピン7aを立設し、両ピン7a,107aの間に引張コイルバネ242を架け渡すことにより、ジンバル懸架部材107をジンバル懸架部材7に対して一方向に回動付勢するように構成したものである。
【0074】
また、同図(b)に示す片寄せ付勢手段は、ジンバル懸架部材107の一端部にL字形のピン107cを立設するとともにジンバル懸架部材7の一端部にピン7aを立設し、両ピン7a,107cの間に引張コイルバネ242を架け渡すことにより、ジンバル懸架部材107をジンバル懸架部材7に対して一方向に回動付勢するように構成したものである。
【0075】
なお、本実施形態において、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。なお、正立プリズムであれば、入射光軸と射出光軸が同一直線上となるものに限らず他のプリズムも使用可能である。
【0076】
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。
【0077】
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。
【0078】
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。
【0079】
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、角速度情報検出手段としては、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。
【0080】
また、角速度センサに代えてポジションセンサから所定の入力が行なわれなかった場合に電源オフとすることも可能である。
また、上記実施形態においては回転駆動モータの駆動制御がPWM制御で行われるようになっているが、本発明はオペアンプを用いた回転駆動モータの駆動制御にも適用することが可能である。
【0081】
なお、角度位置情報検出手段としては、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。
【0082】
【発明の効果】
本発明の像安定化装置によれば、フィードバック制御手段の制御モードを選択するモード選択手段を備えるとともに、モード選択手段にはフィードバック制御手段を、待機状態である待機モードと、像安定化を行う動作モードとの間で択一的に切り替えるモード切替手段を備え、使用者が操作可能なモード選択スイッチの操作に基づいて、待機モードと動作モードとを切り替えている。
【0083】
したがって、使用者の要求に応じて、像安定化装置を待機状態である待機モードと、稼働状態である動作モードとの間で簡単に切り替えることができ、電池の消耗を抑えることができる。
【0084】
また、待機モードにおいて所定時間が経過した場合に、自動的に電源をオフとしているので、使用者が電源を切り忘れた場合であっても、電池の消耗を最小限とすることができる。
また、待機モードと動作モードに対応して、互いに異なる色で発光する識別表示手段を設けているので、現在のモードを容易に認識することができる。
【0085】
また、電源電圧が所定値以下であると判断した場合に警告を行う電圧監視手段を設けているので、電源電圧の低下を予め認識することができ、電源電圧が低下している場合には電池を交換する等して、常に正常な像安定化制御を行うことができる。
【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を内蔵した双眼鏡の要部を示す斜視図
【図10】図9の側断面図
【図11】本発明の実施形態の変形例を示す要部斜視図
【図12】本発明の実施形態に係る像安定化装置のモード切替処理および電圧監視処理を説明するためのフローチャート
【図13】本発明の実施形態に係る像安定化装置のモード切替処理および電圧監視処理を説明するためのフローチャート
【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 ジンバル懸架部材(外ジンバル)
7a ピン
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 利得切替スイッチ
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 ソフトスイッチ部
86 モード切替手段
87 電圧監視手段
107 ジンバル懸架部材(内ジンバル)
107a タブ
107b,107c ピン
200 ケージング手段
213 押さえレバー
210 回動規制機構
220 モード選択スイッチ
211 ケージングアクチュエータ
212 モード/電圧表示LED
240 捩りコイルバネ(片寄せ付勢手段)
242 引張コイルバネ(片寄せ付勢手段)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
In the present invention, when an optical device such as a monocular, binoculars, or even a video camera is subjected to vibration, an emission angle of a light beam from an observation object with respect to an optical axis of the optical device varies, and an optical image is blurred and observed. The present invention relates to an image stabilizing device disposed in the optical device.
[0002]
[Prior art]
When holding and operating optical devices such as monoculars or binoculars that are intended for optical observation, especially when bringing the optical device into an aircraft or vehicle for use, The oscillation is transmitted to the optical device, and the emission angle of the light beam from the observation object with respect to the optical axis fluctuates, often degrading the observed optical image. Even if the amplitude of the vibration transmitted to such an optical device is small, the viewing angle of monoculars or binoculars is narrow and the observation object is magnified, so the fluctuation angle with respect to the optical axis is also magnified. The Therefore, even when the angle fluctuation speed is relatively small, there is a problem that the observation object moves rapidly in the field of view, or when the angle of fluctuation is large, the object is out of the field of view. In addition, when swinging with a relatively high angle fluctuation speed, the angle fluctuation speed of the image of the observation object is increased by the magnification of the optical device even if the fluctuation angle is relatively small, and this causes image blurring. There is a disadvantage that the image is deteriorated.
[0003]
Until now, various devices for image stabilization have been proposed in order to prevent the observed image from deteriorating due to fluctuations in the emission angle of the light beam with respect to the optical axis due to vibrations and oscillations transmitted to the optical device. .
[0004]
For example, Japanese Examined Patent Publication No. 57-37852 discloses a technique in which a vibration isolating means using a rotating inertial body (gyro motor) is provided in the binoculars in order to correct blurring of an observation image in the binoculars.
[0005]
That is, in this technique, an erecting prism is arranged on the optical axis between the objective lens and the eyepiece of the binoculars, and the erecting prism is fixed on the gimbal suspension means to which the rotating inertial body is attached. Even if it vibrates due to camera shake or the like, the erecting prism is held in substantially the same posture to prevent the observation image of the binoculars from blurring.
[0006]
The conventional technology using the rotary inertia body and the gimbal suspension means can stabilize the image with high accuracy, but requires a high-speed rotary body to obtain a large inertia force in a small space. Since it is necessary to reduce the generated vibration, it is necessary to have high accuracy. The problem with this demand for small size, high speed, and high accuracy is that the price and life, and the time from when the power is turned on until the required inertial force is obtained are disadvantageous. In addition, if the effective diameter of the objective lens is increased as the magnification and resolution of the binoculars are increased, the erecting prism becomes larger, which requires a larger inertial force and further increases the above problem. In addition, the power consumption increases accordingly.
[0007]
Therefore, the applicant of the present invention mounts an angular velocity sensor instead of the rotary inertia body on the gimbal suspension means, and controls the rotation of the gimbal suspension means based on the output value from the angular velocity sensor, thereby Has proposed an image stabilization device that fixes the image to the earth (inertial system) (Japanese Patent Laid-Open No. 6-250100). According to this apparatus, basically, the upright prism held by the gimbal suspension means has an inertial force, and in particular, a vibration with a high vibration frequency and a vibration frequency with a relatively high amplitude. The ability to maintain posture is high. Therefore, the rotational position control force based on the output from the angular velocity sensor may be small. However, vari-angle prisms and other image stabilization devices that drive lenses require an aggressive drive, and the drive needs to be moved at high speed to correct large amplitudes in high frequency vibrations. Therefore, it is difficult to correct in a large angle range.
[0008]
By the way, when using binoculars and video cameras, panning and tilting are often performed at high speed. For example, when observing a flying object such as a bird or an airplane, a quick pan / tilt operation is required.
[0009]
Therefore, if not only the angular velocity of the gimbal suspension means but also its angular position is detected, and feedback control for image stabilization is performed based on both detection values, the optical system in the apparatus is used during pan / tilt. Can smoothly follow the moving direction of the observation object.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the above-described apparatus for image stabilization requires electric power for driving the image stabilizing means, and the electric power is generally supplied by a battery incorporated in binoculars or the like. For this reason, if the anti-vibration means is always operated, the battery is consumed, and frequent battery replacement is required.
[0011]
Therefore, it is desirable to develop an image stabilization device that can minimize battery consumption by switching the image stabilization device between a standby mode that is in a standby state and an operation mode that is in an active state by a simple operation. It is rare.
In addition, when the power supply voltage decreases due to battery exhaustion or the like, normal image stabilization control cannot be performed.
Furthermore, if the power on / off is left to the user's operation, the user may forget to turn off the power, and in this case, the battery is consumed.
[0012]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an image stabilization device capable of switching an image stabilization device between a standby mode in a standby state and an operation mode in an operating state by a simple operation. It is intended to provide.
The present invention also provides an image stabilization apparatus that can display the state of the power supply voltage to perform normal image stabilization control and minimize battery consumption by preventing forgetting to turn off the power supply. The purpose is to provide.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The image stabilization apparatus of the present invention has a monocular optical system or a binocular optical system in which an erecting prism is disposed between an objective lens and an eyepiece, and the objective lens and eyepiece of the optical system are fixed in a case. An image stabilization device mounted on an optical device comprising:
Gimbal suspension means having two rotation shafts extending in the left-right direction and the up-down direction of the optical device, and rotatably mounting the upright prism to the case;
An actuator for rotating the gimbal suspension means around the two rotation axes;
Two angular position detecting means for detecting the angular position of the gimbal suspension means around the two rotation axes,
Two angular velocity detecting means fixed to the gimbal suspension means for detecting angular velocities of the gimbal suspension means around the two rotation axes;
Based on the angular position and angular velocity detected by the angular position detecting means and the angular velocity detecting means, the actuator is driven to fix the erecting prism with respect to the inertial system, and the rotation of the gimbal suspension means is controlled. Feedback control means;
Select the control mode of the feedback control meansforA mode selection switch that can be operated by the user;
Mode switching means for selectively switching the feedback control means between an operation mode for image stabilization and a standby mode for this operation mode in response to an operation of the mode selection switch.And
The mode switching means is
After the first operation of the mode selection switch, until the first monitoring time set in advance, the feedback control means is set to a standby mode,
When the second operation of the mode selection switch is performed before the first monitoring time elapses, the feedback control means is set to the operation mode,
Thereafter, each time the mode selection switch is operated, the standby mode and the operation mode are switched, and
When the second operation of the mode selection switch is not performed before the first monitoring time elapses in the standby mode, the power is turned off.
The power supply is turned off when there is no predetermined input from the angular velocity detection means after the transition from the standby mode to the operation mode and before a preset second monitoring time elapses. Has beenIt is characterized by this.
[0016]
In the image stabilization device, identification display means for emitting light in a different color for each mode may be provided corresponding to the standby mode and the operation mode.
In the image stabilization device, the feedback control means includes a voltage monitoring means for monitoring a power supply voltage state,
The voltage monitoring means may be configured to issue a warning when it is determined that the power supply voltage is not more than a predetermined value.
[0017]
In the image stabilization apparatus, the identification display unit warns that the power supply voltage has decreased when the voltage monitoring unit determines that the power supply voltage is equal to or lower than a predetermined value.forIt can also be configured to emit light.
Furthermore, in the image stabilization device, a power off switch for forcibly turning off a power source for driving the feedback control means may be provided.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
2, 3, 4, and 5 are a cross-sectional plan view, a front cross-sectional view, a side cross-sectional view, and a perspective view, respectively, showing a state in which the image stabilization device according to the embodiment of the present invention is incorporated in binoculars. As shown in the figure, the binoculars incorporating the
[0019]
The pair of
[0020]
In addition, on the back surface of the
[0021]
Hereinafter, basic functions which are the premise of the apparatus of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 6 and 7. In the present specification, the vertical direction of the apparatus indicates the direction of arrow A in the figure, and the horizontal direction of the apparatus indicates the direction of arrow C in the figure.
[0022]
In FIG. 6, the erecting
[0023]
The appropriate arrangement positions of the
[0024]
As shown in FIG. 6, in the present embodiment, the inner
[0025]
In addition, an
[0026]
In addition, at one end of the
[0027]
As shown in FIGS. 2 and 3, at one end of the
[0028]
Further, the
[0029]
In addition, the
[0030]
As shown in FIGS. 9 and 10, a
[0031]
A torsion coil spring (not shown) similar to the
[0032]
Next, the basic concept of the control loop of the apparatus of this embodiment will be described with reference to FIG.
As shown in the figure, this apparatus amplifies the angular velocity signal from the
[0033]
Connected to the
[0034]
Therefore, in this embodiment, two sets of control loops are required to return the two outer and inner
[0035]
Next, a detailed configuration of the control loop will be described with reference to FIG.
This control loop is composed of a double feedback loop of a speed (angular velocity) feedback loop and a position (angle) feedback loop, and this control loop is a software loop and a hardware loop by a microcomputer program of the
[0036]
First, the velocity feedback loop detects the angular velocity ω around the
[0037]
In this speed feedback loop, the detected value detected by the
[0038]
The
[0039]
On the other hand, the position feedback loop detects the angular position θ around the
[0040]
In an optical apparatus such as binoculars, panning or tilting may be performed largely. In such a case, if the control is performed using only the speed feedback loop, the response to panning or tilting is poor. Therefore, there is a possibility that the
[0041]
Therefore, in this position feedback loop, when it is detected that the
[0042]
This prevents unforeseen situations where the
[0043]
By the way, when actually using binoculars, it is often observed while following a flying object such as a bird or an airplane. In such a case, quick pan / tilt operation, particularly quick panning is required. Such panning operation requires the optical system in the apparatus to smoothly follow the direction of movement of the observation object, so that the above-mentioned prevention of fixing the optical system to its original position against vibration is required. A function contrary to the vibration function is required, and when performing such a pan / tilt operation, it is rather necessary to disable the image stabilization function. Since such a pan / tilt operation is performed as needed according to the needs of the observer, it is desirable to switch between, for example, the panning mode and the image stabilization mode by the observer's operation.
[0044]
Therefore, in the present embodiment device, as described above, the
[0045]
In other words, the speed feedback loop is mainly intended for the anti-vibration function, while the position feedback loop is mainly intended for the pan / tilt function that is a follow-up function for the
[0046]
Therefore, if the feedback ratio of the position feedback loop is relatively large, the system is mainly a pan / tilt function. On the other hand, if the feedback ratio of the position feedback loop is relatively small, the anti-vibration function is mainly used. It becomes the system.
[0047]
Therefore, in the above embodiment, as shown in FIG. 1, the
[0048]
That is, when the
[0049]
On the other hand, when the
[0050]
As described above, in the present embodiment, the drive control of the
[0051]
In this respect, in the present embodiment, the
[0052]
In addition, in the present embodiment, when the image stabilization control is not performed, the caging means 200 regulates the rotation of both the
[0053]
In addition, the apparatus of this embodiment uses a battery as a power source. If image stabilization control is always performed, the battery is consumed and the battery needs to be replaced at an early stage. Furthermore, if the power on / off is left to the user's operation, the user may forget to turn off the power, and in this case, the battery is consumed.
[0054]
Therefore, in the present embodiment, a
[0055]
That is, as shown in FIG. 1, the mode switching means 86 realized by microcomputer software processing includes a mode selection signal from the
[0056]
The mode switching means 86 outputs an LED control signal to the mode /
[0057]
Also, in the apparatus of the present embodiment, normal image stabilization control cannot be performed when the voltage of the power supply battery falls below a predetermined value. Therefore, as shown in FIG. 1, the battery voltage is monitored by the voltage monitoring means 87 realized by the microcomputer software processing, and when the battery voltage is not more than a predetermined value, the mode /
[0058]
A mode switching process and a battery voltage monitoring process performed by the
As shown in FIGS. 12 and 13, when the
[0059]
In this standby mode, it is determined whether or not the
[0060]
Timer T1Battery voltage value V within the predetermined time set inBATA / D converted and captured (S9), current battery voltage value VBATThe voltage value V, which is the lower limit of the allowable use range1, And voltage value V which is an upper limit value outside the allowable use range2(S10).
[0061]
Where the battery voltage value VBATV is the lower limit of the allowable use range1In the above case, the process after the operation determination process (S6) of the
[0062]
The battery voltage value VBATIs not outside the allowable operating range, but V is the lower limit of the allowable operating range.1V, which is an upper limit value that is lower than the allowable use range.2If it is higher, the mode /
[0063]
Timer T1If the
[0064]
In this operation mode, first, the
[0065]
Next, a timer T for measuring the second monitoring time2Is started (S16), and detection signals from the
[0066]
Then, it is determined whether there is a valid input from the angular velocity sensor 61 (S19), and the timer T2If there is no valid input from the
[0067]
On the other hand, timer T2When a valid input is made from the
Further, it is determined whether or not the integrated value is saturated, for example, when the
[0068]
If the integrated value is not saturated, a motor drive signal is output to the motor drive system 68 (S25), and image stabilization control is performed.
Also in this operation mode, the battery voltage as described above is checked (S26). That is, although not shown in the drawing, the same processing as in
[0069]
Where the battery voltage value VBATV is the lower limit of the allowable use range1In the above case, the mode /
[0070]
Next, it is determined whether or not the
[0071]
On the other hand, when the
[0072]
In the present embodiment described above, the biasing biasing means is constituted by the
For example, as shown in FIG. 11, it is possible to employ a
[0073]
The urging biasing means shown in FIG. 5 (a) has a tab 107a formed at one end of the
[0074]
In addition, the one-side biasing means shown in FIG. 2B has an L-shaped
[0075]
In the present embodiment, the above-mentioned erecting
[0076]
Further, the
[0077]
Each detection piezoelectric ceramic outputs a detection signal having a different value in accordance with vibration, and an angular velocity is obtained by calculating a difference between them.
The feedback piezoelectric ceramic is used for phase correction of the detection signal.
[0078]
Since the
[0079]
The image stabilizing device of the present invention is not limited to the above embodiment, and various other modes can be changed. For example, as the angular velocity information detecting means, a cylindrical vibrator type piezoelectric device can be used. In addition to the vibration gyro sensor, it is possible to use a piezoelectric vibration gyro sensor using various types of vibrators such as a triangular prism vibrator type, a quadrangular prism vibrator type and a tuning fork vibrator type. Various angular velocity sensors can be used.
[0080]
Further, it is possible to turn off the power when a predetermined input is not made from the position sensor instead of the angular velocity sensor.
In the above embodiment, the drive control of the rotary drive motor is performed by PWM control, but the present invention can also be applied to the drive control of the rotary drive motor using an operational amplifier.
[0081]
As the angle position information detecting means, various angle sensors such as a resolver, a synchro, and a rotary encoder can be used instead of the position sensor.
In addition, although the above-described embodiment device is configured to be applied to binoculars, the image stabilization device of the present invention may be configured to be applicable to monoculars. Further, the same effect can be obtained even when mounted on a camera such as a video camera.
[0082]
【The invention's effect】
According to the image stabilization apparatus of the present invention, the mode selection unit that selects the control mode of the feedback control unit is provided, and the mode selection unit performs the image stabilization by using the feedback control unit as the standby mode in the standby state. Mode switching means for selectively switching between the operation modes is provided, and the standby mode and the operation mode are switched based on the operation of a mode selection switch that can be operated by the user.
[0083]
Therefore, according to a user's request, the image stabilization apparatus can be easily switched between a standby mode that is a standby state and an operation mode that is an active state, and battery consumption can be suppressed.
[0084]
Further, since the power is automatically turned off when a predetermined time has elapsed in the standby mode, battery consumption can be minimized even if the user forgets to turn off the power.
In addition, since the identification display means for emitting light in different colors is provided corresponding to the standby mode and the operation mode, the current mode can be easily recognized.
[0085]
In addition, since voltage monitoring means for providing a warning when it is determined that the power supply voltage is less than or equal to a predetermined value is provided, it is possible to recognize in advance that the power supply voltage has fallen. Normal image stabilization control can always be performed by exchanging for example.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a control loop of an image stabilization apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan sectional view showing binoculars incorporating an image stabilization device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a front sectional view showing binoculars incorporating an image stabilizing device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a side sectional view showing binoculars incorporating an image stabilization device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view showing binoculars incorporating an image stabilizing device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic perspective view of an apparatus for explaining functions of an image stabilization apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a block diagram for explaining the functions of the image stabilization apparatus according to the embodiment of the invention.
8 is a side view for explaining the erecting prism shown in FIG. 2. FIG.
FIG. 9 is a perspective view showing a main part of binoculars incorporating an image stabilization device according to an embodiment of the present invention.
10 is a side sectional view of FIG. 9;
FIG. 11 is a perspective view of main parts showing a modification of the embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a flowchart for explaining mode switching processing and voltage monitoring processing of the image stabilization device according to the embodiment of the present invention;
FIG. 13 is a flowchart for explaining mode switching processing and voltage monitoring processing of the image stabilization device according to the embodiment of the present invention;
[Explanation of symbols]
1a, 1b Objective lens (objective lens system)
2a, 2b Eyepiece (eyepiece system)
3a, 3b Upright prism
4a, 4b Optical axis
5,105 Rotation drive motor
6,106 Rotating shaft
7 Gimbal suspension member (outside gimbal)
7a pin
8, 61, 108 Angular velocity sensor
9, 81, 109 Position sensor
10a, 10b Telescope optics
12 CPU
12a ROM
30 cases
40Gain switchingswitch
68 Motor drive system
70 Gimbal suspension
83 First amplifier
84 Second amplifier
85 Soft switch
86 Mode switching means
87 Voltage monitoring means
107 Gimbal suspension member (inner gimbal)
107a tab
107b, 107c pins
200 Caging means
213 Holding lever
210 Rotation restriction mechanism
220 Mode selection switch
211 Caging actuator
212 Mode / Voltage Display LED
240 torsion coil spring (one-side biasing means)
242 Tensile coil spring
Claims (5)
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、
該フィードバック制御手段の制御モードを選択するために使用者が操作可能なモード選択スイッチと、
該モード選択スイッチの操作に応じて、前記フィードバック制御手段を、像安定化を行う動作モードとこの動作モードに対する待機モードとの間で択一的に切り替えるモード切替手段とを備え、
前記モード切替手段は、
前記モード選択スイッチの初回の操作をした後、予め設定された第1の監視時間が経過するまでの間において、前記フィードバック制御手段を待機モードとし、
前記第1の監視時間が経過するまでの間に前記モード選択スイッチの第2回目の操作がなされると、前記フィードバック制御手段を動作モードとし、
以後、前記モード選択スイッチの操作がなされる度に、前記待機モードと前記動作モードとの切り替えを行い、
前記待機モードにおいて前記第1の監視時間が経過するまでの間に、前記モード選択スイッチの第2回目の操作がなされない場合に電源をオフとし、
前記待機モードから前記動作モードに移行した後、予め設定された第2の監視時間が経過するまでの間に、前記角速度検出手段からの所定の入力がない場合に電源をオフとするように構成されていることを特徴とする像安定化装置。A monocular optical system or binocular optical system in which an erecting prism is disposed between an objective lens and an eyepiece lens, and the objective lens and eyepiece lens of these optical systems are mounted in an optical device that is fixed in a case. An image stabilization device,
Gimbal suspension means having two rotation shafts extending in the left-right direction and the up-down direction of the optical device, and rotatably mounting the upright prism to the case;
An actuator for rotating the gimbal suspension means around the two rotation axes;
Two angular position detecting means for detecting the angular position of the gimbal suspension means around the two rotation axes,
Two angular velocity detecting means fixed to the gimbal suspension means for detecting angular velocities of the gimbal suspension means around the two rotation axes;
Based on the angular position and angular velocity detected by the angular position detecting means and the angular velocity detecting means, the actuator is driven to fix the erecting prism with respect to the inertial system, and the rotation of the gimbal suspension means is controlled. Feedback control means;
A mode selection switch which the user operable to select a control mode of the feedback control means,
In response to an operation of the mode selection switch, the feedback control means comprises mode switching means for selectively switching between an operation mode for image stabilization and a standby mode for this operation mode ,
The mode switching means is
After the first operation of the mode selection switch, until the first monitoring time set in advance, the feedback control means is set to a standby mode,
When the second operation of the mode selection switch is performed before the first monitoring time elapses, the feedback control means is set to the operation mode,
Thereafter, each time the mode selection switch is operated, the standby mode and the operation mode are switched.
When the second operation of the mode selection switch is not performed before the first monitoring time elapses in the standby mode, the power is turned off.
The power supply is turned off when there is no predetermined input from the angular velocity detection means after the transition from the standby mode to the operation mode and before a preset second monitoring time elapses. An image stabilization apparatus characterized by being made.
該電圧監視手段は、前記電源電圧が所定値以下であると判断した場合に警告を行う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。The feedback control means includes voltage monitoring means for monitoring the state of the power supply voltage,
3. The image stabilizing apparatus according to claim 1, wherein the voltage monitoring unit issues a warning when it is determined that the power supply voltage is equal to or lower than a predetermined value.
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