JP5853730B2 - 視軸制御装置 - Google Patents

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、
   請求項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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