JP5853730B2 - 視軸制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、撮像対象に対して撮像装置の視軸の指向機能および安定化機能を担う視軸制御装置に関する。
従来、たとえば航空機や艦船などのプラットフォーム(Platform)に搭載して利用する撮像装置がある。このような撮像装置は、撮像装置自体の向きを容易に変えることができないため、たとえば目標対象物の移動またはプラットフォーム方向転換などに対し、撮像装置の視軸を目標対象物に指向させる手段が必要になる。また、撮像装置はプラットフォームから印加される振動などにより生じる視軸角度の外乱に対して視軸を安定化させることが必要になる。視軸の指向制御や安定化制御を行うために、たとえば撮像装置の視軸上に置いたレンズの変位による結像位置の移動などを利用することが知られている。さらに、視軸の偏向にプリズムを利用するものが知られている。
このような指向制御の手段に関し、赤外線などをプリズムやレンズによって指向させることが知られている(たとえば、特許文献1)。また、基準光路や受信光路、測距光路において、パルス光を反射させる膜やミラーを利用することが知られている(たとえば、特許文献2)。また、レーザ光を反射させる構成やプリズム、レーザ光を反射させて対象物に照射させるためのミラーなどについて、回転可能に構成することが知られている(たとえば、特許文献3)。固定部に回転可能に支持された回転体に対して角速度や角加速度を検出するセンサを備え、この検出結果をフィードバックして回転体に設置された撮像装置の視軸を安定させるものが知られている(たとえば、特許文献4)。さらに、複数のプリズムを組み合わせて視軸を偏向させるものが知られている(たとえば、特許文献5)。
特表2001−505647号公報 特開2000−65527号公報 特開平9−21872号公報 特開平6−225201号公報 特開2009−236580号公報
ところで、プラットフォームの揺動をキャンセルして撮像装置の視軸を制御する手法として、プラットフォームに固定されたレートジャイロの検出結果を利用するストラップダウン方式がある。ストラップダウン方式を利用して撮像装置の視軸を広い覆域に亘り制御する視軸制御装置では、空間安定化の精度を向上させるために、たとえばFSM(Fine Steering Mirror)とよばれる反射鏡を利用するものがある。
このFSMは、たとえば撮像装置と、この撮像装置の視軸を対象物に指向させる視軸制御機構との間に設置されている。FSMは、プラットフォームの揺動に対して微小走査することで、この揺動をキャンセルし、撮像装置の視軸を視軸制御機構に向けて常に安定化させている。FSMはたとえばミラー面に対し、平行な2軸で走査される構成であり、水平方向に回動する視軸制御機構と一体に構成することができない。
さらにFSMは、視軸を反射する構造であることから視軸制御機構からの光路が曲げられ、撮像装置を視軸制御機構と直線上に配置できない。
そのためFSMは、たとえば視軸制御機構を回動させる筐体内部などに収納させることができず、撮像装置の直近に配置することになる。以上の点から、視軸制御機構の回転駆動系およびFSMの回転駆動系を独立して配置させることになり、視軸制御装置の小型化が困難となるという課題がある。
また、視軸を指向させる視軸制御機構には、たとえば複数枚のミラーによる反射を利用する、所謂クーデ式とよばれるものがある。このクーデ式視軸制御機構は、これらのミラーを指向させたい方向に直交した軸回りに回動させ、撮像対象に視軸を合わせている。従来の視軸制御では、たとえば一部のミラーを回動軸上に設けたものがある。
しかし、たとえば視軸制御手段の回動中心にミラーを配置して回動させると、この回動軸上に視軸制御機構の重心が配置されないため、ミラーの回動がアンバランスとなる。
これに対し、たとえば回動軸に対し回動軸外にあるミラーとの相対位置に重りなどを付けてバランスをとる構成では、慣性モーメントが増大するほか、その重りを設置する分だけ視軸制御装置が大型化してしまうという課題がある。
また、視軸の制御にプリズムなどの偏向手段を用いる場合、この偏向手段には、所定速度で動作させるのが困難な方向が存在する。2つのウェッジプリズムを視軸回りに回転させて視軸方向を変える視軸制御装置では、たとえば、二つのプリズムを軸回りに180度回転させると視軸が正面に指向される。このような方向で配置された2つのプリズムは、所謂特異点となり、プリズムの回転速度と視軸方向の偏向速度の比が0となるため、プリズムを回転させても視軸はほとんど動かない。従って、視軸を正面方向に向けて使用するには、たとえば2つのプリズムの状態が特異点とならないように、視軸上にウェッジプリズムを追加するものがある。しかし、視軸上に3つのプリズムを配置すれば、視軸制御装置の大型化を招くという課題がある。
そこで、本開示の視軸制御装置は、上記課題に鑑み、視軸制御装置の小型化の実現にある。
上記目的を達成するため、本開示の構成は、第1のミラー、第2のミラー、第1のミラーおよび第2のミラーを支持する筐体部、偏向手段を有する。第1のミラーは、撮像対象に対して撮像装置の視軸を指向させる。第2のミラーは、第1のミラーに対して平行軸上に対向して配置され、撮像装置の視軸を第1のミラーに向けて反射させる。筐体部は、回動軸を中心に水平方向に回動する。偏向手段は、筐体部の内側に配置され、回動軸上に配置された撮像装置の前面側から第2のミラーに向けて撮像装置の視軸を偏向させる。そして、第2のミラーは、第1のミラーとの対向方向に回動軸から離間して配置される。
本開示の視軸制御装置によれば、次のいずれかの効果が得られる。
(1) 空間安定化手段である偏向手段を装置内部に配置し、視軸のオフセットに利用することで、視軸の指向手段と空間安定化手段を1つの筐体内に配置でき、視軸制御装置の小型化を図ることができる。
(2) 回動軸に対して視軸を制御する2枚のミラーの配置位置を設定することで、ミラー同士のバランスが維持でき、バランス部品の設置が不要となり、視軸制御装置をコンパクト化することができる。
(3) ダブルウェッジプリズムの偏向先にクーデ式光学系を配置することで、ダブルウェッジプリズムが特異点となるのを防止するために別途、プリズムの配置が不要となり、視軸制御装置全体をコンパクト化することができる。
そして、本発明の他の目的、特徴及び利点は、添付図面及び各実施の形態を参照することにより、一層明確になるであろう。
第1の実施の形態に係る視軸制御装置の構成例を示す図である。 偏向手段の構成例を示す図である。 クーデ式光学系の配置構成例を示す図である。 視軸制御装置の設定工程の一例を示すフローチャートである。 第2の実施の形態に係る視軸制御装置の構成例を示す図である。 ダブルウェッジプリズムのハードウェア構成例を示す図である。 視軸制御装置の制御構成例を示すブロック図である。 クーデ式ジンバル走査機構側の制御構成例を示すブロック図である。 ダブルウェッジプリズム走査機構側の制御構成例を示すブロック図である。 コンピュータの構成例を示す図である。 撮像装置の視軸の一例を示す図である。 第3の実施の形態に係る視軸制御装置の構成例を示す図である。 空間安定化機能を含む視軸制御機能を示すブロック図である。
〔第1の実施の形態〕
図1は、第1の実施の形態に係る視軸制御装置の構成例を示している。図1に示す構成は一例であって、斯かる構成に本発明が限定されるものではない。
図1に示す視軸制御装置2は、本開示の視軸制御装置の一例であり、撮像装置4の視軸を撮像対象6に指向させる手段である。さらに視軸制御装置2は、撮像装置4が設置される機器などの揺動に対して視軸の空間安定化を行う。この視軸制御装置2には、たとえば撮像装置4の撮像方向前面側に第1のミラー8、第2のミラー10、偏向手段12を備えている。これにより視軸制御装置2は、撮像装置4側に向けて撮像対象6を映す光を入射させる入射光路を形成する。
撮像装置4は、撮像対象6の静止画像や動画像を撮影する手段の一例である。この撮像装置4は、たとえば図示しない船舶や航空機などの機器の筐体部に固定設置されている。そして撮像装置4には、視軸制御装置2によって視軸が指向され、常に撮像対象6の画像が取り込まれる。
第1のミラー8は、撮像対象6に対して撮像装置4の視軸を指向させる手段である。この第1のミラー8は、第2のミラー10や偏向手段12を介して入射してきた撮像装置4の視軸を反射して、撮像対象6に向けて指向させる。第1のミラー8は、筐体18に設置されたミラー指向手段21によりたとえば図1に示すNOD軸回りに回動可能に支持されている。このミラー指向手段21は、たとえば図示しない回動手段を備えている。そして第1のミラー8は、たとえば撮像対象6の方向と第2のミラー10との向きや方向に応じて、NOD軸を中心に向きが制御される。このNOD軸は、たとえば視軸制御装置2が設置される機器などの水平面に対する平行軸を構成する。
第1のミラー8は、表面が平板状に構成されており、外形をたとえば円盤状や四角形状などに構成される。また、第1のミラー8は、たとえばNOD軸に対して所定の角度に傾斜して支持されている。そして視軸制御装置2では、たとえば第1のミラー8が設置された傾斜角度などに基づき、撮像対象6に対する第1のミラー8の向きや方向制御が行われる。
第2のミラー10は、偏向手段12を通過した撮像装置4の視軸を第1のミラー8に向けて反射させて指向する手段である。この第2のミラー10は、たとえば筐体18上に、平行軸であるNOD軸上において第1のミラー8に鏡面側を対向させて配置されている。第2のミラー10には、たとえば第1のミラー8に投影された像が写し出される。第2のミラー10は、たとえば第1のミラー8と同様に鏡面が平板状であり、外形が円盤状や四角形状などに形成されればよい。
第2のミラー10は、たとえば撮像装置4の前面側に対し、筐体18の回動軸であるAZ軸外に配置している。第2のミラー10は、たとえばNOD軸上において第1のミラー8との対向方向に対し、AZ軸から所定距離L1だけ離間して配置されている。
なお、第1のミラーおよび/または第2のミラーの表面は平板形状に限られず、たとえば凸または凹などの曲面形状にしてもよい。
偏向手段12は、撮像装置4の前面側から第2のミラー10に向けて視軸を偏向させる手段の一例であり、たとえば第1のプリズム14および第2のプリズム16を視軸方向に並べて近接させたダブルプリズムで構成される。この偏向手段12は、たとえば筐体18の内部に形成された収納部19に配置され、撮像装置4の撮像方向前面側において所定の間隔で設置される。この視軸制御装置2では、撮像装置4の視軸が必ず偏向手段12を通過させるように設置している。
偏向手段12は、たとえば支持手段22によってAZ軸を中心に回動可能に支持されている。この第1のプリズム14および第2のプリズム16は、たとえばそれぞれ図示しない回動手段が備えられ、視軸を指向させたい角度に関して連動させて回動する。また偏向手段12は、たとえば視軸制御装置2や撮像装置4が設置される機器の揺動などに対して、ブレなどを解消させる空間安定化手段を構成する。すなわち偏向手段12は、たとえば揺動角度などの情報に応じてAZ軸回りに微小走査することで、撮像装置4の視軸を空間座標上に配置された撮像対象6に対して安定化させる。
偏向手段12を構成するプリズム14、16は、図2Aに示すようにたとえば入射面または出射面のいずれか一面を微小に傾斜させた、いわゆるウェッジプリズム(Wedge Prism)を利用している。このプリズム14、16は、たとえば中心軸に垂直な第1の面24を基準にして、他方の第2の面26側は傾斜角θwで形成されている。このプリズム14、16により、たとえば第1の面24から入射した光F1は、第2の面26から角度θdだけ偏向して出射する。このプリズム14、16は、たとえば厚みが大きい方向に光や視軸を偏向させる性質を持つ。このプリズム14、16による偏向角度θdは、たとえば第1の面24と第2の面26との傾斜角θwや第1の面24または第2の面26への入射角度によって決まる。二つのプリズム14、16を近づけて配置する場合、この第1の面24は、たとえば視軸方向に対して垂直に形成されればよい。しかし、この第1の面24は、光または視軸を偏向するためには必ずしも垂直である場合に限られない。
図2Bに示す偏向手段12では、たとえば2つのプリズム14、16の第1の面24をそれぞれ対向させて近接配置している。そして、互いに向き合ったプリズム14、16について、たとえばAZ軸回りにそれぞれ回転させることで、視軸を任意の方向に偏向させることができる。
図1に示す筐体18は、第1のミラー8および第2のミラー10を支持し、回動軸であるAZ軸を中心に水平方向に回動して第1のミラー8および第2のミラー10の向きを転換させる手段である。そして第1のミラー8は、筐体18の回動およびNOD軸回りに回動することで、たとえば視軸制御装置2の上半球方向の広覆域に対して撮像装置4の視軸を指向させる。これにより第1のミラー8および第2のミラー10は、筐体18およびミラー指向手段21によって撮像対象6に向けて視軸が固定されるクーデ式光学系を構成する。すなわち、この視軸制御装置2には、上部側に配置された広覆域に対する視軸指向手段と、下部側に配置された視軸の揺動などに対する空間安定化手段とを一体化して構成している。
筐体18は、たとえば中空の円筒状または角柱状に形成され、撮像装置4が固定される図示しない機器の筐体に対して回動可能に設置されている。筐体18の内部に形成された収納部19には、AZ軸上に配置された偏向手段12や偏向手段12の回転手段、支持手段22などが収納される。また筐体18の天井側には、たとえばAZ軸を中心に所定の直径または辺長で形成した開口部20が形成されている。この開口部20により撮像装置4の視軸を通過させて偏向手段12と第2のミラー10との間に光路が形成される。
また、筐体18の外部の一部には、第1のミラー8をNOD軸回りに回動可能に支持するミラー指向手段21が設置されている。このミラー指向手段21は、たとえば筐体18と一体に形成してもよい。
この筐体18およびミラー指向手段21は、視軸制御装置2の視軸指向または空間安定化に利用するジンバル(Gimbal)のうちの2軸方向の機能を構成する。このジンバルや偏向手段12に対する回動制御は、たとえば撮像装置4などに連動して機能する図示しない制御装置によって実行される。
図3は、クーデ式光学系の配置構成例を示している。
図3に示すクーデ式光学系を構成する第1のミラー8および第2のミラー10は、撮像装置4の視軸を任意の方向に指向させるため、筐体18によりAZ軸回りに回動させる。第1のミラー8は、AZ軸からNOD軸上に所定の距離L2に離間させて配置される。また、第2のミラー10は、筐体18の回動軸であるAZ軸から第1のミラー8との対向方向に所定の距離L1に離間させて配置される。
第1のミラー8は、たとえば筐体18に対するミラー指向手段21の大きさなどに基づいて設置位置が設定されればよく、これによりAZ軸に対する距離L2が決まる。また、第2のミラー10は、たとえば第1のミラー8およびミラー指向手段21の重量W2および距離L2に基づいて距離L1が設定される。この視軸制御装置2では、クーデ式光学系を支持する筐体18に対し、たとえば回動中心を通るAZ軸上を基準に重量平衡が図られる。そこで、距離L1および距離L2は、たとえば筐体18上に配置される第1のミラー8およびミラー指向手段21と、第2のミラー10との間の質量中心(重心)がAZ軸上またはその近傍にくるように設定される。
そして、第2のミラー10の設置位置は、たとえば第1のミラー8およびミラー指向手段21の重量W2と、距離L2と、第2のミラー10の重量W1とから算出される距離L2によって設定される。この距離L1は、たとえばAZ軸上に重心を設定する最も簡単な例として以下の式で算出してもよい。
(距離L1)×(重量W1)=(距離L2)×(重量W2) ・・・(式1)
このように第2のミラー10をAZ軸から離間させ、クーデ式光学系の質量中心を回動軸であるAZ軸上またはその近傍に設定することで、筐体18に対する重量バランスを取ることができる。これにより筐体18は、クーデ式光学系の指向処理におけるAZ軸回りの慣性モーメントを小さくでき、駆動ロスを抑えることができる。また、重心位置の調整のために、たとえば第1のミラー8との対向位置に重りなどを設置する必要がなく、小型化、軽量化を図ることができる。
そして、図1および図2に示す偏向手段12の偏向角度θdは、たとえば第2のミラー10を離間させた距離L1に基づいて決まる。
図4は、視軸制御装置の設定工程の一例を示している。図4に示す設定手順、設定内容等は一例であって、本発明が斯かる工程に限定されるものではない。
図4に示す設定工程は、視軸制御装置2の組立方法の一例である。この処理工程では、たとえば撮像装置4に対する視軸制御装置2の設置・組立て、クーデ式光学系の設定、偏向手段12の設定などが含まれる。
視軸制御装置2の設置処理では、たとえば撮像装置4の撮像軸と回動軸AZ軸とが一致するように筐体18が設置される(S1)。この筐体18は、たとえば機器などの外装部に対して回動可能にする回動部品などを介して設置される。
筐体18上には、クーデ式光学系を構成する第1のミラー8および第2のミラー10がNOD軸上で対向させて配置される(S2)。第1のミラー8と第2のミラー10は、上記のようにAZ軸上に重心がくるように距離L1、L2が設定される。そして第2のミラー10は、AZ軸から離間して配置される。
筐体18の内部には、撮像装置4の前面側に偏向手段12を構成する2つのプリズム14、16が、第2のミラー10に向けて視軸を偏向可能な角度で設置される(S3)。プリズム14、16では、それぞれAZ軸回りに微小回動させて、撮像装置4の視軸の偏向角度θdが調整される。そして、プリズム14、16は、AZ軸から距離L1に離間した第2のミラー10に対して視軸をオフセットさせることで、撮像装置4には、撮像対象6の像が取り込まれる。
斯かる構成によれば、視軸制御装置内部に配置した偏向手段により、視軸の空間安定化と、視軸のオフセットとを行えるので、視軸制御装置の小型化を図ることができる。また、クーデ式光学系の2枚のミラーについて回動軸であるAZ軸上において重量バランスをとることで、別途バランス部品などの設置が不要となり、視軸制御装置をコンパクト化することができる。
また、この視軸制御装置では、ダブルウェッジプリズムとクーデ式光学系との組み合わせでダブルウェッジプリズムの特異点を常に回避することができ、新たな構成を付加することがないので、視軸制御装置のコンパクト化を図ることができる。
〔第2の実施の形態〕
図5は、第2の実施の形態に係る視軸制御装置の構成例を示している。図5に示す構成は一例であって、本発明が斯かる構成に限定されるものではない。図5において、図1ないし図3と同一の構成には同一符号を付し、説明を省略している。
図5に示す視軸制御装置2は、撮像装置4の視軸上に視軸制御装置の回動中心であるAZ軸が設定されている。この視軸制御装置2には、AZ軸回りに回動する筐体18の上部側にクーデ式光学系による視軸の指向手段が設置され、筐体18の内部側に空間安定化およびクーデ式光学系に視軸を偏向させる偏向手段12が設置される。この視軸制御装置2には、たとえばAZ軸回りに視軸指向手段や空間安定化手段を固定するベース部材30を備えている。
ベース部材30は、撮像装置4を回動軸であるAZ軸上に配置させるとともに、筐体18や偏向手段12をAZ軸を中心に回動可能に保持する手段の一例である。ベース部材30は、筐体18との間の周囲にミラー回動手段としてたとえばベアリング32やモータ34が設置されている。このベアリング32やモータ34は、筐体18をAZ軸上で回動させて、第1のミラー8および第2のミラー10をAZ軸に直交する水平面上で指向させる。
ベアリング32は、筐体18の回動からベース部材30を独立させ、筐体18を介してクーデ式光学系をAZ軸回りに回動させるジンバル回動機構の一例である。このベアリング32は、たとえば筐体18の外周側に複数個が設置されている。
モータ34は、たとえば視軸制御指示に基づいて動作し、筐体18を回動させる駆動手段の一例である。このモータ34は、たとえばDCブラシモータなどで構成されており、要求される回動角度に応じてフィードバック制御が行われてもよい。
またベース部材30には、たとえば底部側において筐体18の回動位置を検出する角度センサ36が設置されている。
さらに、ベース部材30には、筐体18の内部側の周囲に沿って立壁部40が形成されている。この立壁部40は、たとえば撮像装置4のレンズ径よりも径が大きな円筒状に形成され、撮像装置4の視軸経路上において、偏向手段12の支持手段22を構成する。
立壁部40の内壁側には、偏向手段12との間に第2の回動手段としてベアリング42、46やモータ44、48が設置されている。ベアリング42、46およびモータ44、48は、各プリズム14、16の個数に応じて設置される。ベアリング42、46は、各プリズム14、16の回転機構を構成する。
筐体部18の上部には、第1のミラー8をNOD軸で回動可能に支持し、撮像対象に向けて指向させるミラー指向手段21として、たとえば支持軸50および支持筐体部52を備えている。支持軸50は、第1のミラー8を所定の角度で傾斜させて支持しており、第1のミラー8とともにNOD軸を中心に回動する。支持筐体部52は、たとえば支持軸50の周囲を包囲し、ベアリング60およびモータ62を介して支持軸50を支持する。ベアリング60は、NOD軸回りに第1のミラー8を回動させるジンバル回動機構の一例である。ベアリング60およびモータ62は、ミラー指向手段21を回動させる第1の回動手段を構成する。
さらに筐体18の上部には、たとえば第2のミラー10の一端側に接触させ、第2のミラー10を所定角度に傾斜させて固定支持する支持片64が形成されている。第2のミラー10は、たとえば第1のミラー8で反射した光像を受け、その光像を偏向手段12側に反射可能な角度に設定される。この角度は、たとえばAZ軸までの距離L1、第2のミラー10から偏向手段12に対する角度や距離などに基づいて算出し、設定すればよい。
図6は、ダブルウェッジプリズムを利用する偏向手段のハードウェア構成例を示している。
視軸制御装置2の偏向手段12に対する駆動制御は、たとえば撮像装置4側の制御手段による制御指示に基づいて行われる。図6に示す撮像装置4は、撮像対象6(図1)の追跡指示や画像の取り込みなどのコントロール信号を送受信する制御部70が設置されている。この制御部70は、たとえば視軸制御装置2の回動制御などを行う制御部72に構成されたダブルウェッジプリズム走査制御部74に接続され、コントロール信号などの送受信を行っている。このコントロール信号は、たとえば撮像装置4の視軸を撮像対象6に対して追跡させるためにプリズム14、16による視軸の偏向を変更させる情報などが含まれる。
ダブルウェッジプリズム走査制御部74は、たとえば制御部70から受信した視軸制御指示に応じて、各プリズム14、16に対する回動制御指示を生成する。ダブルウェッジプリズム走査制御部74は、たとえば各プリズム14、16のモータ44、48に対する電圧や電流を制御するためのモータアンプ80、82に対して制御情報を送信し、モータ44、48毎に回動させて視軸の偏向を制御する。また、ダブルウェッジプリズム走査制御部74は、回動したプリズム14、16の方向を把握するために、プリズム14、16にそれぞれ設置した角度センサ84、86から検出角度情報を取り込む。
このように検出した角度情報や制御部70からの指示情報に基づいてプリズム14、16が回動制御されることで、撮像装置4は、偏向させない場合の視軸Aに対し、必要な角度に偏向された視軸Bを得ることができる。
図7、図8、図9は、視軸制御装置の制御構成と視軸制御機構部との間の制御構成例を示している。
図7に示す視軸制御装置2には、たとえばコンピュータで構成された制御部72と、既述のようにクーデ式光学系や偏向手段12などを動作させる機構部100などで構成される。
この制御部72は、たとえば視軸角を生成する視軸角指令発生器90、クーデ式ジンバル走査制御部92、ダブルウェッジプリズム走査制御部74、微調視軸角指令発生器94などから構成される。この制御部72では、第1の回動手段、ミラー回動手段、および第2のミラー回動手段の少なくとも1つを制御して、撮像装置4の視軸制御を行う。
また、機構部100は、たとえばクーデ式ジンバル走査機構部102、ダブルウェッジプリズム走査機構部104、広覆域視軸制御機構106を備える。
視軸角指令発生器90は、たとえば外部入力情報や撮像装置4の制御部70またはその他の機能部からの視軸制御指示を受け、視軸制御装置2に対するNOD軸およびAZ軸の視軸角指令を生成する機能部の一例である。この視軸角指令発生器90で生成された視軸角指令は、たとえば撮像装置4と撮像対象6との方向をAZ軸とNOD軸で表した指示情報であり、クーデ式ジンバル走査制御部92に入力される。
クーデ式ジンバル走査制御部92は、クーデ式光学系に対する駆動指示情報の生成および制御を行う機能部の一例である。図8に示すクーデ式ジンバル走査制御部92は、たとえばジンバル角指令を生成する視軸角−ジンバル角変換器110、ジンバルAZ制御器112、ジンバルNOD制御器114から構成される。視軸角−ジンバル角変換器110は、たとえば受信した視軸角指令について、ジンバルを構成する筐体18、ミラー指向手段21などに対する制御情報に変換する機能部の一例である。この視軸角−ジンバル角変換器110では、たとえば筐体18をAZ軸回りに回動させるジンバルAZ角指令や、第1のミラー8をNOD軸回りに回動させるジンバルNOD角指令が生成される。そして、ジンバルAZ角指令は、たとえばジンバルAZ制御器112に通知され、ジンバルNOD角指令は、たとえばジンバルNOD角指令制御器114に通知される。
ジンバルAZ制御器112は、AZ軸回りの筐体18の回動を制御する機能部の一例である。ジンバルAZ制御器112は、たとえばクーデ式ジンバル走査機構部102のモータアンプ120に対してON/OFF指示を行う。そしてモータ34の駆動により、ジンバルAZ回動機構を構成するベアリング32を介して筐体18を所定の角度に回動させる。この筐体18の回動によりAZ軸回りについてジンバルAZ角応答が発生する。このAZ軸回りのジンバルAZ角応答情報は、角度センサ36によって検出され、ジンバルAZ制御器112側に通知される。
また、ジンバルNOD制御器114は、NOD軸回りの第1のミラー8の回動を制御する機能部の一例である。ジンバルNOD制御器114は、たとえばモータアンプ122に対してON/OFF指示を行う。そしてモータ62を駆動させ、ジンバルNOD回動機構を構成するベアリング60を介して支持軸50を所定の角度に回動させる。支持軸50の回動によりNOD軸回りについてジンバルNOD応答角が発生する。このジンバルNOD角応答情報は、角度センサ124に検出され、ジンバルNOD制御器114に通知される。
ジンバルAZ制御器112は、たとえば取り込んだジンバルAZ角応答情報に基づいて、モータアンプ120、モータ34、ベアリング32などに対するフィードバック制御を行ってもよい。また、ジンバルNOD制御器114は、たとえば取り込んだジンバルNOD角応答角情報に基づいて、モータアンプ122、モータ62、ベアリング60などに対するフィードバック制御を行ってもよい。
クーデ式ジンバル走査機構部102では、たとえば筐体18や支持軸50の回動により生じたジンバルAZ角応答およびジンバルNOD角応答が組み合わさることで、クーデ式ジンバル機構系126による視軸角応答が設定される。
また、制御部72に構成された微調視軸角指令発生器94は、撮像装置4の視軸を偏向させてクーデ式光学系に指向させるための制御情報を生成する機能部の一例である。この微調視軸角指令発生器94には、たとえば視軸角指令発生器90から通知された視軸角指令情報や検出したジンバルAZ角応答情報、ジンバルNOD角応答情報が取り込まれる。
そして微調視軸角指令発生器94は、取り込んだ角度指示情報などに基づいて、プリズム14、16によって視軸を偏向させる視軸角指令を生成する。ここで生成された視軸角指令は、たとえばプリズム14およびプリズム16で構成されるダブルウェッジプリズムによって視軸を偏向させる偏向角度情報で構成されており、ダブルウェッジプリズム走査制御部74に取り込まれる。
図9に示すダブルウェッジプリズム走査制御部74は、たとえば視軸角−プリズム角変換器130、プリズム角1制御器132、プリズム角2制御器134から構成される。視軸角−プリズム角変換器130は、たとえばダブルウェッジプリズムで偏向させる視軸の偏向角度をプリズム14、16毎の制御情報に変換する機能部の一例である。この視軸角−プリズム角変換器130では、たとえば微調視軸角指令発生器94から受けた視軸角指令について、各プリズム14、16を回動させるためのプリズム角情報に変換する。プリズム角1制御器132は、たとえばダブルウェッジプリズムのうち、プリズム14に対する制御機能部である。そして、プリズム角1制御器132には、変換されたプリズム角1指令が取り込まれる。また、プリズム角2制御器134は、たとえばプリズム16に対する制御機能部であり、変換されたプリズム角2指令が取り込まれる。
プリズム角1制御器132は、たとえばダブルウェッジプリズム走査機構部104のモータアンプ80に対してON/OFF指示を行う。そしてモータ44の駆動により、たとえばプリズム1回動機構を構成するベアリング42を介してプリズム14を回動させる。このプリズム14の回動によりAZ軸回りについてプリズム角1応答が発生する。このプリズム角1の応答情報は、角度センサ84によって検出され、プリズム角1制御器132側に通知される。
また、プリズム角2制御器134は、たとえばモータアンプ82に対してON/OFFを指示してモータ48を駆動させ、たとえばプリズム2回動機構を構成するベアリング46を介してプリズム16を回動させる。このプリズム16の回動によりAZ軸回りについてプリズム角2応答が発生する。このプリズム角2の応答情報は、角度センサ86によって検出され、プリズム角2制御器134側に通知される。
プリズム角1制御器132は、たとえば取り込んだプリズム角1応答情報に基づいて、モータアンプ80、モータ44やベアリング42などに対するフィードバック制御を行ってもよい。また、プリズム角2制御器134は、たとえば取り込んだ各プリズム角2応答情報に基づいて、モータアンプ82、モータ48、ベアリング46などに対するフィードバック制御を行ってもよい。
ダブルウェッジプリズム走査機構部104では、たとえばプリズム14、16の回動により生じたプリズム角1応答およびプリズム角2応答が組み合わさることで、偏向手段12で構成されるプリズム光学系139による視軸角応答が設定される。
そして図7に示す広覆域視軸制御機構106では、クーデ式ジンバル走査機構部102で設定されたAZ軸およびNOD軸に関する視軸角応答と、ダブルウェッジプリズム走査機構部104で設定された視軸角応答とにより、要求された視軸角に対する応答が生成される。
図10は、制御部72を構成するコンピュータの構成例を示している。
図10に示すコンピュータ140は、たとえば視軸制御装置2の制御部72の一例であり、プロセッサ142、メモリ144、RAM(Random Access Memory)146、入出力部148などを備えている。
プロセッサ142は、たとえばメモリ144に記憶されているOS(Operating System)や入力された視軸角情報に基づくジンバルの駆動制御またはダブルウェッジプリズムの回動制御を行うアプリケーションプログラムを実行する演算手段である。
メモリ144は、たとえばハードディスク装置などの記憶媒体で構成され、既述の視軸角をジンバル角やプリズム角情報に変換するプログラムやジンバル制御プログラム、プリズム制御プログラムなどを記憶する。このジンバル制御プログラムは、筐体18や支持軸50などに対する回動制御を行うためのプログラムの一例である。プリズム制御プログラムは、たとえば偏向手段12に対する回動制御を行うためのプログラムの一例である。また、角度センサ36、124で検出した各ジンバル角の応答情報、角度センサ84、86で検出した各プリズム角の応答情報などを記憶する。RAM146は、メモリ144に記憶されたプログラムを展開し、演算処理を行うなどのワークエリアを構成する。これによりRAM146は、既述の視軸角指令発生器90やクーデ式ジンバル走査制御部92、微調視軸角指令発生器94、ダブルウェッジプリズム走査制御部74などとして機能する。
入出力部148は、たとえばプロセッサ142により制御され、生成されたジンバル角指令をクーデ式ジンバル走査機構部102側に出力し、プリズム角指令をダブルウェッジプリズム走査機構部104側に出力する。また、入出力部148は、たとえば角度センサ36、84、86、124から検出角度情報を取り込む。これにより、出力した指示角と検出角度とを比較しフィードバック制御などに利用する。
その他、コンピュータ140には、たとえば図示しない表示機能や入力操作機能、外部機器やネットワークと接続可能にする通信機能などを備えてもよい。
図11は、視軸制御装置により撮像装置の視軸が指向された状態例を示す。
図11に示す撮像装置4では、上記のようにクーデ式光学系を回動させるジンバル角制御および偏向手段12を回動させるプリズム角制御に基づき、任意の方向に視軸を指向させる視軸経路が形成される。具体的には、たとえば撮像装置4から発する視軸の一部を示す視軸Sa1、Sb1は、プリズム角1、プリズム角2で設定された偏向手段12を透過し、第2のミラー10側に偏向した視軸Sa2、Sb2となる。第2のミラー10に入射した視軸Sa2、Sb2は、第2のミラー10に対向させた第1のミラー8側に向けて反射され、視軸Sa3、Sb3となる。第1のミラー8では、入射した視軸Sa3、Sb3を入射角度に応じて反射させ、設定した方向に指向させた視軸Sa4、Sb4を得る。
視軸制御装置2では、制御部72に指定された視軸角によりジンバル角AZ、ジンバル角NOD、プリズム角1、プリズム角2が設定され、視軸Sa4、Sb4を撮像対象6(図1)に向けて指向させる。そして、撮像装置4では、撮像対象6の光像を視軸Sa1〜Sa4、Sb1〜Sb4の経路を通じて取り込む。
斯かる構成によれば、クーデ式光学系とダブルプリズム光学系を組み合わせて視軸制御を行うことで、より精密な視軸制御を行うことができる。また、ジンバルの回動軸に対して重量バランスを取って設置したクーデ式光学系に対し、高速に走査が可能なウェッジプリズムによって視軸を偏向させる構造およびダブルウェッジプリズムの特異点をクーデ式光学系により回避させる構造により、コンパクトな構成でより高速で広覆域の走査を行うことができる。
〔第3の実施の形態〕
図12は、第3の実施の形態に係る視軸制御装置の構成例を示している。図12に示す構成は一例であり、斯かる構成に本発明が限定されるものではない。図12において、図1、図5に示す構成と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略している。
図12に示す視軸制御装置2には、たとえばベース部材30の一部に3軸ジャイロ(Gyroscope)160を備えている。この3軸ジャイロ160は、たとえば撮像装置4および視軸制御装置2が設置された図示しないプラットフォームの傾斜を検出する角度検出手段の一例である。この3軸ジャイロ160は、たとえば視軸制御装置2に対しプラットフォームの水平面に対する傾斜の2成分であるピッチ角とロール角およびこれらに直交する軸回りの回転であるヨー角検出する。この視軸制御装置2では、既述の視軸制御とともに、たとえば視軸制御装置2が設置されたプラットフォーム揺動に対する空間安定化制御を行う。
図13に示すように、視軸制御装置2の制御部72には、3軸ジャイロ160の検出結果に基づいて第2の回動手段によって偏向手段12を回動させ、撮像装置4の視軸を安定化させる。この視軸制御装置2には、たとえば撮像対象6(図1)に対する視軸制御情報として指令値170が入力される。これに対し、機体の動揺により、プラットフォームに角度172が生じると、3軸ジャイロ160によりジャイロ検出情報174が得られる。視軸制御装置2の制御部72(図7)では、入力された視軸角の指令値170に対しジャイロの検出情報174を利用し、フィードフォワードによる視軸制御176の設定を行う。この視軸制御176では、たとえば既述の視軸角指令発生器90において視軸角の指令値170からジャイロ160による検出情報174の減算を行えばよい。そして、制御部72では、クーデ式ジンバル走査制御部92や微調視軸角指令発生器94、ダブルウェッジプリズム走査制御部74により制御情報を生成する。
そして、視軸制御装置2の制御部72は、機構部100に対して機体動揺角度172をキャンセルした視軸制御176を出力する。これにより機構部100では、機体動揺角度172に対し、視軸制御176の情報に基づいて制御することで、対空間に応じた視軸角度178が得られる。これにより視軸制御装置2では、たとえば機体動揺に応じてクーデ式光学系のジンバルやプリズムの角度を制御し、撮像対象6がある空間座標に対して撮像装置4の空間安定化を行うことができる。
斯かる構成によれば、クーデ式光学系とダブルプリズム光学系を組み合わせて視軸制御を行うことで、より精密な視軸制御を行うことができる。また、この視軸の指向制御とともに機体の動揺に対する検出情報を考慮して視軸角制御を行えるので、撮像対象に対する空間安定化ができ、撮像装置に対して画ブレなどを防止することができ、視軸制御の利便性が高められる。
〔他の実施の形態〕
上記実施の形態では、視軸制御装置2による視軸の指向を行う機器として撮像装置4を示したがこれに限定されない。たとえば、発光手段などを設置して光軸を指向させてもよく、または誘導光などを取り込む手段を設置してもよい。
以上説明したように、本開示の視軸制御装置の最も好ましい実施形態等について説明したが、本発明は、上記記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載され、又は明細書に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能であることは勿論であり、斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
2 視軸制御装置
4 撮像装置
6 撮像対象
8 第1のミラー
10 第2のミラー
12 偏向手段
14 第1のプリズム
16 第2のプリズム
18 筐体
19 収納部
21 ミラー指向手段
22 支持手段
30 ベース部材
32、42、46、60 ベアリング
34、44、48、62 モータ
36、84、86、124 角度センサ
50 支持軸
52 支持筐体部
70、72 制御部
74 ダブルウェッジプリズム走査制御部
80、82、120、122 モータアンプ
90 視軸角指令発生器
92 クーデ式ジンバル走査制御部
94 微調視軸角指令発生器
100 機構部
102 クーデ式ジンバル走査機構部
104 ダブルウェッジプリズム走査機構部
106 広覆域視軸制御機構
110 視軸角−ジンバル角変換器
112 ジンバルAZ制御器
114 ジンバルNOD制御器
130 視軸角−プリズム角変換器
132 プリズム角1制御器
134 プリズム角2制御器
140 コンピュータ
160 3軸ジャイロ
174 ジャイロ検出情報
176 視軸制御

Claims (6)

  1. 撮像対象に対して撮像装置の視軸を指向させる第1のミラーと、
    前記第1のミラーに対して平行軸上に対向して配置され、前記撮像装置の視軸を前記第1のミラーに向けて反射させる第2のミラーと、
    前記第1のミラーおよび前記第2のミラーを支持し、回動軸を中心に水平方向に回動する筐体部と、
    前記筐体部の内側に配置され、前記回動軸上に配置された前記撮像装置の前面側から前記第2のミラーに向けて前記撮像装置の視軸を偏向させる偏向手段と、
    を備え、
    前記第2のミラーは、前記第1のミラーとの対向方向に前記回動軸から離間して配置された、視軸制御装置。
  2. 前記撮像装置を前記回動軸上に配置させ、前記筐体部および前記偏向手段を前記回動軸上に回転可能に保持するベース部材と、
    を備え、
    前記筐体部は、前記第1のミラーを前記平行軸上で回動可能に支持し、前記撮像対象に向けて前記第1のミラーを指向させるミラー指向手段と、
    を備える、請求項1に記載の視軸制御装置。
  3. 前記偏向手段は、複数のウェッジプリズムを前記視軸方向に並べて構成される
    求項2に記載の視軸制御装置。
  4. さらに、前記ミラー指向手段を前記平行軸上に回動させる第1の回動手段と、
    前記筐体部を前記回動軸上で回動させて前記第1のミラーおよび前記第2のミラーを水平面上で指向させるミラー回動手段と、
    前記偏向手段を前記回動軸上に回動させる第2の回動手段と、
    入力された視軸角指令に応じて前記第1の回動手段、前記ミラー回動手段または前記第2の回動手段の少なくとも1つを制御する制御部と、
    を備える、請求項2または請求項3に記載の視軸制御装置。
  5. さらに、前記ベース部材の傾き角度を検出する角度検出手段を備え、
    前記制御部は、前記角度検出手段の検出結果に基づいて前記第2の回動手段によって前記偏向手段の向きを変えて前記撮像装置の前記視軸を安定化させる、請求項4に記載の視軸制御装置。
  6. 前記第2のミラーは、前記第1のミラーに対して質量中心が前記回動軸上にあるように、前記回動軸から離間して配置された、
    請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の視軸制御装置。
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