JP5955273B2 - ブレ補正装置及び観察装置 - Google Patents

Description

本発明は、光学像のブレを補正するブレ補正装置と、ブレ補正装置を備える観察装置とに関するものである。

遠方の被観察物の像を拡大して観察するために用いられる観察装置として、単眼鏡や双眼鏡などが知られている。観察装置による観察では、手ブレなどによって観察装置が振動し、像にブレが生じて観察がしにくくなることがある。そのため、像のブレを補正する機能を備える観察装置も各種発明されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１記載の観察装置は、筐体に固定された対物レンズ及び接眼レンズと、この対物レンズ及び接眼レンズにより結ばれる像のブレを補正するブレ補正装置とを備える。ブレ補正装置は、対物レンズと接眼レンズとの間に変位自在に配置された補正光学素子と、補正光学素子を変位するアクチュエータと、筐体と補正光学素子との間の相対変位を測定する変位センサとを備える。ブレ補正装置の制御部は、変位センサから出力される変位信号に基づいてアクチュエータを駆動し、補正光学素子を変位させ、対物レンズ及び接眼レンズにより結ばれる像のブレを補正する。変位センサには、筐体に対する補正光学素子の回転位置を測定するために、例えば角速度センサが用いられている。

特許第３４１７４４７号公報

観察装置には、手ブレなどの１種類の振動だけでなく、複数種類の振動が同時に加えられる場合がある。例えば、船の上などの乗物上で観察装置を把持して被観察物を観察する際には、観察装置には手ブレによる高周波振動と、船の揺れによる低周波振動とが同時に加わる。しかしながら、変位センサとして角速度センサを使用する従来のブレ補正装置では、周波数帯域が異なる複数種類の振動が同時に加えられた場合に、低周波領域の振動に起因する像のブレを適切に補正することができなかった。

角速度センサは、周波数帯域が異なる複数種類の振動を測定した場合に、その複数種類の振動の測定結果が混合された角速度信号を出力する。また、図１６に示すように、角速度センサは、測定した振動の周波数に比例して角速度信号の出力値が変化するという出力特性を有する。そのため、例えば、手ブレによる１０Ｈｚの高周波振動と、船の揺れによる１Ｈｚの低周波振動とを角速度センサで測定した場合には、その角速度信号は、図１７に示すように、１０Ｈｚの高周波振動と１Ｈｚの低周波振動とが混合されたものとなり、１Ｈｚの振動の振幅から求められる出力値は、１０Ｈｚの振動の１０分１となる。この角速度信号に基づいてブレ補正装置のアクチュエータを駆動した場合、１Ｈｚの振動に対応する補正光学素子の変位量は僅かなものとなるため、船の揺れに基づく像のブレは適切に補正できない。なお、船の揺れによる像のブレは緩やかであるため、被観察物を観察する上で大きな問題とはならないが、長時間観察するような場合には、像のブレにより乗り物酔いのような不快感が生じることがある。

本発明は、周波数帯域が異なる複数種類の振動が同時に加えられた場合に、像のブレを適切に補正することができるブレ補正装置及び観察装置を提供することを目的とする。

本発明のブレ補正装置は、筐体に固定された対物レンズと接眼レンズとの間に変位自在に設けられた補正光学素子と、補正光学素子を変位させるアクチュエータと、筐体と補正光学素子との相対変位を検出して変位信号を出力する変位センサと、変位信号をその周波数帯域に応じて複数の変位信号に分離し、分離された各々の変位信号を個別の増幅率で増幅して周波数帯域ごとに複数の補正信号を出力する補正信号出力部と、複数の補正信号を合成した合成補正信号に基づいてアクチュエータを駆動し、筐体と補正光学素子との相対的な変位に伴う像のブレを補正する制御部とを備えている。

補正信号出力部は、変位センサである角速度センサの信号出力特性に基づいて複数の変位信号をそれぞれ増幅することが好ましい。

制御部は、複数の補正信号の各々に係数を乗算してから加算して、合成補正信号を作成することが好ましい。また、係数は、選択された補正モードに応じて変更されることが好ましい。

補正信号出力部は、変位信号をその周波数帯域に応じて少なくとも第１及び第２の変位信号に分離するフィルタと、第１及び第２の変位信号を個別の増幅率で増幅し、少なくとも第１及び第２の補正信号を出力する増幅部とを有することが好ましい。

補正信号出力部は、第１及び第２の補正信号を加算した第３の補正信号を出力する信号加算部を有し、制御部は、第１、第２及び第３の補正信号を合成した合成補正信号に基づきアクチュエータを駆動することが好ましい。また、補正光学素子として、正立プリズムを用いることが好ましい。

本発明の観察装置は、上述したブレ補正装置を備えることが好ましい。

本発明によれば、筐体と補正光学素子との相対変位を変位センサで測定し、変位センサから出力された変位信号を、補正信号出力部でその周波数帯域に応じて複数の変位信号に分離し、分離された各々の変位信号を個別の増幅率で増幅して周波数帯域ごとの複数の補正信号を出力し、複数の補正信号を合成した合成補正信号に基づいてアクチュエータを駆動して、筐体と補正光学素子との相対的な変位に伴う像のブレを補正するので、手振れと船の揺れなど、周波数帯域が異なる複数種類の振動が同時に加えられた場合でも、像のブレを適切に補正することができる。

双眼鏡の外観形状を示す斜視図である。 双眼鏡の水平方向断面図である。 双眼鏡の左眼用光軸に沿った垂直方向断面図である。 ブレ補正装置の構成を示す斜視図である。 ロック機構の構成を示す斜視図である。 ロック機構のロック状態を示す斜視図である。 双眼鏡の電気的構成を示すブロック図である。 補正信号出力部及び制御部の構成を示すブロック図である。 第１及び第２の補正信号の周波数帯域を示すグラフである。 補正信号出力部による角速度信号の分離及び増幅を示す説明図である。 ブレ補正モードと係数の対応を示すテーブルの説明図である。 ブレ補正の手順を示すフローチャートである。 第２実施形態の補正信号出力部及びＣＰＵの機能を示すブロック図である。 第３の補正信号の周波数帯域を示すグラフである。 第２実施形態のブレ補正モードと係数の対応を示すテーブルの説明図である。 角速度センサの信号出力特性を示すグラフである。 １Ｈｚ及び１０Ｈｚの振動を測定した角速度センサの角速度信号を示すグラフである。

［第１実施形態］
図１において、本発明の観察装置の一例である双眼鏡１０は、略直方体形状の筐体１１と、筐体１１の前面及び背面に設けられた１対の対物レンズ部１２Ｒ、１２Ｌと、一対の接眼レンズ部１３Ｒ、１３Ｌとを備える。対物レンズ部１２Ｒ、１２Ｌ及び接眼レンズ部１３Ｒ、１３Ｌは、双眼鏡１０の前後方向（Ｙ方向）に沿って設定された右眼用光軸ＢＲ及び左眼用光軸ＢＬに沿ってそれぞれ配置されており、被観察物の像を拡大する観察光学系を構成する。双眼鏡１０は、筐体１１を把持して対物レンズ部１２Ｒ、１２Ｌを被観察物に向け、接眼レンズ部１３Ｒ、１３Ｌを覗くことにより、被観察物の拡大された像を観察することができる。

筐体１１は、手ブレなどの振動によって生じる像のブレを補正するブレ補正装置３０（図４参照）を内蔵している。筐体１１の背面側から見た左側上面には、ブレ補正装置３０を動作または停止させる押しボタン式の電源スイッチ１６が設けられている。電源スイッチ１６は、その操作に応じてオン信号及びオフ信号を出力する。筐体１１の背面左側には、ブレ補正装置３０の補正光学素子３１Ｒ、３１Ｌ（図４参照）を筐体１１に対してロックまたは解除する際に回動操作される操作部材１７が設けられている。なお、図１は、操作部材１７が補正光学素子３１Ｒ、３１Ｌをロックするロック位置にある状態を表しており、このロック位置から時計方向に回動された位置がロックを解除する解除位置となる。

筐体１１の背面側の上面には、ブレ補正装置３０の動作モードを切り換えるスライド式のモードスイッチ１８が設けられている。モードスイッチ１８で切り換え可能な動作モードは、例えば「モードＡ：陸上手持ちモード」、「モードＢ：船上手持ちモード」及び「モードＣ：船上固定モード」の３種類である。モードＡは、陸上で双眼鏡１０を把持して観察を行う際に使用され、主に手ブレによる像のブレが補正される。モードＢは、船の上で双眼鏡１０を把持して観察を行う際に使用され、手ブレと船の揺れによる像のブレが補正される。モードＣは、船の上で双眼鏡１０を三脚などに固定して観察を行う際に使用され、主に船の揺れによる像のブレが補正される。

双眼鏡１０の水平方向断面、及び左眼用光軸ＢＬに沿った垂直方向断面を表す図２及び図３に示すように、接眼レンズ部１３Ｒ、１３Ｌは、それぞれ、接眼レンズ２０と、この接眼レンズ２０を保持する接眼筒２１と、この接眼筒２１に連結されたプリズムホルダ２２とを含んでいる。プリズムホルダ２２は、入射光を屈曲して光軸を平行移動させるための屈曲用プリズム２３を保持すると共に、回転軸部２２ａを有する。回転軸部２２ａは、筐体１１に設けられた開口に光軸ＢＲ，ＢＬを軸として回転可能に嵌め込まれている。プリズムホルダ２２の回転軸部２２ａを利用して、接眼筒２１を矢印ＲＴに沿って回転させることにより、使用者の眼幅に応じて１対の接眼レンズ２０の相互間隔を調整することができる。

対物レンズ部１２Ｒ、１２Ｌは、それぞれ、対物レンズ２６と、この対物レンズ２６を保持する対物筒２７とを含んでいる。なお、図２、３では、接眼レンズ２０及び対物レンズ２６の一部のみを示しているが、実際には接眼レンズ２０及び対物レンズ２６はいずれも複数のレンズ群により構成することが可能である。

図４に示すように、ブレ補正装置３０は、対物レンズ部１２Ｒ、１２Ｌと接眼レンズ部１３Ｒ、１３Ｌの間に配置されている。ブレ補正装置３０は、筐体１１に固定された対物レンズ２６と接眼レンズ２０との間に変位自在に設けられた補正光学素子３１Ｒ、３１Ｌを備える。補正光学素子３１Ｒ、３１Ｌは、右眼用光軸ＢＲ及び左眼用光軸ＢＬに沿って配置されている。補正光学素子３１Ｒ、３１Ｌは、例えばダハプリズムタイプの正立プリズムであり、対物レンズ２６及び接眼レンズ２０により結ばれる倒立像を正立像に戻す。なお、補正光学素子３１Ｒ、３１Ｌとしては、ポロプリズムタイプの正立プリズムを用いてもよいし、正立プリズムに代えて正立レンズを用いてもよい。

補正光学素子３１Ｒ、３１Ｌは、内保持枠３２と、内保持枠３２を保持する外保持枠３３とで支持されて変位自在となっている。内保持枠３２は、長方体形状をしており、その長手方向が右眼用光軸ＢＲ及び左眼用光軸ＢＬに直交する水平方向（Ｘ方向）に沿って配置されている。内保持枠３２は、Ｘ方向及びＹ方向に直交するＺ方向に沿って外保持枠３３に設けられた回動軸４６により、Ｚ軸（第１の軸）周りの矢印ＲＡの方向（アジマス方向）に回動可能になっている。

内保持枠３２には、右眼用光軸ＢＲ及び左眼用光軸ＢＬ上にそれぞれ配された素子収容部３２Ｒ、３２Ｌが設けられている。素子収容部３２Ｒ、３２Ｌには、補正光学素子３１Ｒ、３１Ｌがそれぞれ収容されている。内保持枠３２の前面（対物レンズ２６に対する面）及び背面（接眼レンズ２０に対する面）には、素子収容部３２Ｒ、３２Ｌに収容した補正光学素子３１Ｒ、３１Ｌを右眼用光軸ＢＲ及び左眼用光軸ＢＬ上で露呈させる開口３２Ｒａ、３２Ｌａがそれぞれ設けられている。

外保持枠３３は、内保持枠３２と同様に長方体形状をしており、その長手方向がＸ方向に沿って配置されている。外保持枠３３は、上面部及び下面部と、右眼用光軸ＢＲ及び左眼用光軸ＢＬに平行な側面部のみを有する枠形状をしており、その内部に内保持枠３２を回動自在に収容している。外保持枠３３は、Ｘ方向に沿って設けられた回動軸４３によって、Ｘ軸（第２の軸）周りの矢印ＲＥの方向（エレベーション方向）に回動自在となっている。回動軸４３は、筐体１１に設けられた一対の軸受部４５Ｒ、４５Ｌにより支持されている。これにより、補正光学素子３１Ｒ、３１Ｌは、右眼用光軸ＢＲ及び左眼用光軸ＢＬに直交する面内で、互いに直交する２つの軸Ｘ軸及びＺ軸周りに回動自在に支持される。

ブレ補正装置３０は、筐体１１と補正光学素子３１Ｒ、３１Ｌとの間の相対的な回転に伴って変化する角度位置と角速度とを、２つの軸（Ｚ軸及びＸ軸）ごとに測定するＺ軸用角度位置センサ３５、Ｚ軸用角速度センサ３７、Ｘ軸用角度位置センサ３４、及びＸ軸用角速度センサ３６を備えている。Ｚ軸用角度位置センサ３５は、外保持枠３３に取り付けられて回動軸４６の一端に接続されており、Ｚ軸周りの内保持枠３２の角度位置を測定する。Ｚ軸用角速度センサ３７は、内保持枠３２の前面に設けられており、Ｚ軸周りの内保持枠３２の角速度を検出する。Ｘ軸用角度位置センサ３４は、軸受部４５Ｒに取り付けられて回動軸４３の一端に接続されており、Ｘ軸周りの外保持枠３３の角度位置を測定する。Ｘ軸用角速度センサ３６は、外保持枠３３の内壁上面に設けられており、Ｘ軸周りの外保持枠３３の角速度を検出する。なお、Ｘ軸用角速度センサ３６及びＺ軸用角速度センサ３７は、本発明の変位センサに相当する。

Ｘ軸用角度位置センサ３４及びＺ軸用角度位置センサ３５には、例えばロータリポジションセンサや、レゾルバ、シンクロ、ロータリーエンコーダなどが用いられる。また、Ｘ軸用角速度センサ３６及びＺ軸用角速度センサ３７には、円柱状の柱状振動子と複数個の圧電セラミックを有し、コリオリの力を利用した圧電振動ジャイロセンサが用いられる。なお、円柱状振動子を用いた圧電振動ジャイロセンサに代えて、三角柱振動子や四角柱振動子、音叉状振動子を用いた圧電振動ジャイロセンサを使用してもよい。

ブレ補正装置３０は、補正光学素子３１Ｒ、３１Ｌを２つの軸（Ｚ軸及びＸ軸）の回りに回動させるＺ軸用アクチュエータ３９及びＸ軸用アクチュエータ３８を備えている。Ｚ軸用アクチュエータ３９は、例えばモータであり、外保持枠３３に取り付けられて回動軸４６の一端に接続されている。また、Ｘ軸用アクチュエータ３８もＺ軸用アクチュエータ３９と同様にモータであり、軸受部４５Ｌに取り付けられて回動軸４３の一端に接続されている。Ｚ軸用アクチュエータ３９及びＸ軸用アクチュエータ３８は、それぞれ回動軸４６、４３を介して内保持枠３２及び外保持枠３３を回動させることにより、補正光学素子３１Ｒ、３１ＬをＺ軸及びＸ軸の回りに回動させる。

図５に示すように、ブレ補正装置３０は、筐体１１内の接眼レンズ部１３Ｒ、１３Ｌと補正光学素子３１Ｒ、３１Ｌとの間にロック機構４９を備える。ロック機構４９は、操作部材１７の移動に機械的に連携動作して、補正光学素子３１Ｒ、３１Ｌを、対物レンズ部１２Ｒ、１２Ｌと接眼レンズ部１３Ｒ、１３Ｌとの間に設定された基準位置にロックし、あるいはロック解除する。補正光学素子３１Ｒ、３１Ｌの基準位置とは、補正光学素子３１Ｒ、３１Ｌとして用いる正立プリズムの光軸が、対物レンズ部１２Ｒ、１２Ｌ及び接眼レンズ部１３Ｒ、１３Ｌの右眼用光軸ＢＲ及び左眼用光軸ＢＬと平行な状態となる位置をいう。ロック機構４９は、把持機構５０、スライドラック５３、停止保持部材５４、及びギヤ５５を備える。

把持機構５０は、内保持枠３２の背面に設けられた固定ピン５８の把持及び把持解除をすることにより、補正光学素子３１Ｒ、３１Ｌのロック及びロック解除を行う。把持機構５０は、筐体１１に固定されている基板部５１と、基板部５１の背面側（接眼レンズ側）に配置された回動リング５２と、基板部５１と回動リング５２との間に組み込まれた３枚の爪部材５６（図６参照）とを有している。基板部５１及び回動リング５２には、固定ピン５８が挿入される円形の開口５１ａ、５２ａがそれぞれ設けられている。回動リング５２は、基板部５１に対し開口５２ａの周りで回動自在に設けられている。３枚の爪部材５６は、基板部５１及び回動リング５２に設けられた回動軸で支持されており（図示せず）、回動リング５２が回動することにより基板部５１の回動軸に対して回動し、開口５１ａ、５２ａ内に突出あるいは退避する。

爪部材５６が開口５１ａ、５２ａから退避する退避位置では、固定ピン５８は開口５１ａ、５２ａ内で移動自在となるため、補正光学素子３１Ｒ、３１Ｌのロックが解除される。また、図６に示すように、爪部材５６が開口５１ａ、５２ａ内に突出する把持位置では、固定ピン５８が爪部材５６に把持されるため、補正光学素子３１Ｒ、３１Ｌが基準位置でロックされる。

スライドラック５３は、操作部材１７に対して行われる回動操作に応じて移動することにより、把持機構５０を駆動する。スライドラック５３は、筐体１１によりＸ方向にスライド可能に支持されている。スライドラック５３の一端側の上面には、Ｘ方向に延びるラックギヤ５３ｂが設けられている。このラックギヤ５３ｂには、操作部材１７の同軸上に設けられたギヤ５５が噛合している。ギヤ５５は、操作部材１７の回動操作によって同方向に回動し、これに伴いラックギヤ５３ｂが移動することにより、スライドラック５３はＸ方向にスライドされる。

スライドラック５３の他端側の上面には、Ｚ方向に延びる一対の突起部５３ａが設けられている。一対の突起部５３ａの間には、回動リング５２の背面にＹ方向に沿って立設されたリンクピン５２ｂが挿入される。したがって、スライドラック５３がスライドすると、これに連動して回動リング５２が回動する。回動リング５２が回動すると、３枚の爪部材５６が把持位置と退避位置との間で移動し、固定ピン５８を把持または開放するので、補正光学素子３１Ｒ、３１Ｌが基準位置にロックまたは解除される。

スライドラック５３の一対の突起部５３ａとラックギヤ５３ｂとの間には、Ｚ方向に突出された突起部５３ｃが設けられている。突起部５３ｃのＸ方向の側方には、マイクロスイッチからなる状態センサ６４が配置されている。状態センサ６４は、ブレ補正装置３０の起動開始タイミングを検出するために用いられる。状態センサ６４は、スライドラック５３がスライドして突起部５３ｃに押圧または解除されることにより、補正光学素子３１Ｒ、３１Ｌのロック及び解除を検出し、ロック信号または解除信号を出力する。なお、状態センサ６４としては、マイクロスイッチなどの接触型検出スイッチの他、光や磁気を用いた非接触型センサを用いてもよい。

操作部材１７がロック位置と解除位置の途中で停止されると、スライドラック５３は、補正光学素子３１Ｒ、３１Ｌのロックを解除し、かつ状態センサ６４によって検出されない位置で停止される可能性があり、このような状態になると、筐体１１内で補正光学素子３１Ｒ、３１Ｌの回動が自由になって破損する恐れがある。そのため、本実施形態では、スライドラック５３を停止保持部材５４によってスライド方向の両端部に向けて付勢し、スライドラック５３が上述した途中位置で停止されないようにしている。停止保持部材５４は、例えば、金属細線を屈曲させたトグルバネであり、スライドラック５３がスライド途中で停止された場合に、スライド方向の端部に向けて付勢して強制的にスライドさせる。

ブレ補正装置３０は、補正光学素子３１Ｒ、３１Ｌの下方に、ブレ補正装置３０を制御するための制御基板４０を備える。制御基板４０には、図７に示す制御回路６５が設けられている。制御回路６５は、制御部６６、電源制御部６９、増幅器７０及び７１、補正信号出力部７２及び７３、ドライバ７４及び７５を備える。制御部６６は、ＣＰＵ６７と、制御プログラムや各種データを記憶するＲＯＭ６８とを備えており、ＣＰＵ６７は制御プログラムに基づいてブレ補正装置３０を統括的に制御する。ＣＰＵ６７には、電源スイッチ１６、モードスイッチ１８、状態センサ６４の信号が入力される。

電源制御部６９は、ブレ補正装置３０の電源制御を行う。電源制御部６９は、電源スイッチ１６のオン信号または状態センサ６４の解除信号に応じて、電源７６から、制御部６６、Ｘ軸用角度位置センサ３４及びＺ軸用角度位置センサ３５、Ｘ軸用角速度センサ３６及びＺ軸用角速度センサ３７、Ｘ軸用アクチュエータ３８及びＺ軸用アクチュエータ３９に動作電力を供給し、ブレ補正装置３０を動作させる。

補正光学素子３１Ｒ、３１Ｌのロックが解除されている状態でブレ補正装置３０がオフ状態になると、補正光学素子３１Ｒ、３１Ｌの筐体１１内での回動が自由になって破損する恐れがある。そのため、電源制御部６９は、ラッチリレー（図示せず）のラッチ動作により、電源制御部６９によるブレ補正装置３０への動作電力の供給が開始された場合には、電源スイッチ１６のオフ信号と状態センサ６４のロック信号とがともに入力されるＡＮＤ状態になるまで、電源制御部６９によるブレ補正装置３０への動作電力の供給を維持する。これにより、電源スイッチ１６からオン信号が入力されている状態で状態センサ６４からロック信号が入力されても、あるいは状態センサ６４から解除信号が入力されている状態で電源スイッチ１６からオン信号が入力されても、電源制御部６９によるブレ補正装置３０への動作電力の供給は停止されない。したがって、補正光学素子３１Ｒ、３１Ｌのロックが解除されている状態でブレ補正装置３０がオフ状態となることはない。

増幅器７０及び７１は、Ｘ軸用角度位置センサ３４及びＺ軸用角度位置センサ３５の角度位置信号を増幅してＣＰＵ６７に入力する。補正信号出力部７２及び７３は、Ｘ軸用角速度センサ３６及びＺ軸用角速度センサ３７の角速度信号をその周波数帯域ごとに分離して増幅した補正信号をＣＰＵ６７に入力する。ドライバ７４及び７５は、ＣＰＵ６７により制御され、Ｘ軸用アクチュエータ３８及びＺ軸用アクチュエータ３９を駆動する。

図８に示すように、Ｘ軸用角速度センサ３６に接続された補正信号出力部７２は、角速度信号から第１の周波数帯域の補正信号を作成する第１補正信号作成部７８と、第２の周波数帯域の補正信号を作成する第２補正信号作成部７９とを備える。図９に示すように、第１の周波数帯域は、超低周波（０．２Ｈｚ）〜低周波（２Ｈｚ）の帯域であり、第２の周波数帯域は、低周波（２Ｈｚ）〜高周波（２０Ｈｚ）の帯域である。

第１補正信号作成部７８の第１ＨＰＦ（High-pass filter）８０は、超低周波（例えば０．２Ｈｚ）を遮断周波数としたフィルタであり、０．２Ｈｚ以下の角速度信号を遮断する。第１ＬＰＦ（Low-pass filter）８１は、低周波（例えば２Ｈｚ）を遮断周波数としたフィルタであり、２Ｈｚ以上の角速度信号を遮断する。これにより、第１補正信号作成部７８は、超低周波から低周波までの第１の周波数帯域を角速度信号から分離する。第１増幅器８２は、第１の周波数帯域の角速度信号を、Ｘ軸用角速度センサ３６の信号出力特性に基づいて増幅する。この増幅された第１の周波数帯域の角速度信号は、本発明の第１の補正信号に相当する。第１積分器８３は、増幅された第１の周波数帯域の角速度信号を積分して、第１の周波数帯域の振動により補正光学素子３１Ｒ、３１ＬのＸ軸周りに生じた変位量を表す第１の補正信号を作成する。

第２補正信号作成部７９の第２ＨＰＦ８６は、低周波（例えば２Ｈｚ）を遮断周波数としたフィルタであり、２Ｈｚ以上の角速度信号を通過させる。第２ＬＰＦ８７は、高周波（例えば２０Ｈｚ）を遮断周波数としたフィルタであり、２０Ｈｚ以下の角速度信号を通過させる。これにより、第２補正信号出力部７９は、低周波から高周波までの第２の周波数帯域を角速度信号から分離する。第２増幅器８８は、第２の周波数帯域の角速度信号を、Ｘ軸用角速度センサ３６の信号出力特性に基づいて増幅する。この増幅された第２の周波数帯域の角速度信号は、本発明の第２の補正信号に相当する。第２積分器８９は、増幅された第２の周波数帯域の角速度信号を積分して、第２の周波数帯域の振動により補正光学素子３１Ｒ、３１ＬのＸ軸周りに生じた変位量を表す第２の補正信号を作成する。なお、第１、第２積分器８３、８９は、第１、第２補正信号作成部７８、７９ではなく、後述するＣＰＵ６７に設けてもよい。

図１０に示す角速度信号は、例えば、手振れによる１０Ｈｚの振動と、船の揺れによる１Ｈｚの振動とを検出したものであるが、この角速度信号を上記第１補正信号作成部７８及び第２補正信号作成部７９で分離すると、１Ｈｚ（第１の周波数帯域）の角速度信号と、１０Ｈｚ（第２の周波数帯域）の角速度信号とに分離される。図１６に示すように、角速度センサは、振動の周波数に応じて角速度信号の出力値が変化するため、１Ｈｚの角速度信号の信号値は、１０Ｈｚの角速度信号の１０分の１となる。上記第１増幅器８２は、角速度センサの信号出力特性に基づき、１Ｈｚの角速度信号の信号値が、第２増幅器８８で増幅された１０Ｈｚの角速度信号の信号値と同レベルになるように１Ｈｚの角速度信号を増幅する。

制御部６６は、ＣＰＵ６７がＲＯＭ６８に記憶されている制御プログラムに基づいて動作することにより、Ａ／Ｄ変換器９２〜９４、係数設定部９５、第１係数乗算部９６、第２係数乗算部９７、加算演算部９８、駆動演算部９９として機能する。Ａ／Ｄ変換器９２〜９４は、第１及び第２の補正信号と、Ｘ軸用角度位置センサ３４の角度位置信号とをデジタル信号に変換する。第１係数乗算部９６及び第２係数乗算部９７は、係数設定部９５で設定された係数を第１及び第２の補正信号にそれぞれ乗算して重み付けする。

加算演算部９８は、係数が乗算された第１の補正信号及び第２の補正信号を加算して、合成補正信号を出力する。駆動演算部９９は、合成補正信号と、Ｘ軸用角度位置センサ３４の角度位置信号とに基づいて、観察光学系の像に発生しているＸ軸周りのブレを補正するために、Ｘ軸用アクチュエータ３８の駆動信号を作成する。ドライバ７４は、駆動演算部９９で作成された駆動信号に基づいてＸ軸用アクチュエータ３８を駆動する。

係数設定部９５は、モードスイッチ１８の設定に応じて、例えば図１１に示すテーブル１０２を参照し、第１係数乗算部９６及び第２係数乗算部９７の係数を設定する。テーブルは、例えばＲＯＭ６８に記憶されている。これにより、第１の周波数帯域と第２の周波数帯域とのどちらの振動による像のブレを重点的に補正するかを設定することができる。

モードスイッチ１８が、「モードＡ：陸上手持ちモード」に設定されている場合、Ｘ軸用角速度センサ３６で測定される振動のほとんどは手振れによるものとなるため、係数設定部９５は第１係数乗算部９６に係数「０．２」を設定し、第２係数乗算部９７に係数「０．８」を設定する。また、モードスイッチ１８が、「モードＢ：船上手持ちモード」に設定されている場合には、Ｘ軸用角速度センサ３６で手振れによる振動と船の揺れによる振動とが計測されるため、係数設定部９５は第１係数乗算部９６及び第２係数乗算部９７に、ともに係数「０．５」を設定する。さらに、「モードＣ：船上固定モード」が設定されている場合には、Ｘ軸用角速度センサ３６で測定される振動のほとんどは船の揺れによるものとなるため、係数設定部９５は第１係数乗算部９６に係数「０．８」を設定し、第２係数乗算部９７に係数「０．２」を設定する。

なお、Ｚ軸用角速度センサ３７の補正信号出力部７３は、Ｘ軸用角速度センサ３６の補正信号出力部７２と同一の構成を有し、Ｚ軸用角速度センサ３７の角速度信号を処理する制御部６６の各構成は、Ｘ軸用角速度センサ３６の角速度信号を処理する場合と同一の構成を有するため、図を用いた詳しい説明は省略する。

次に、上記実施形態の作用を図１２のフローチャートにしたがって説明する。不使用時の双眼鏡１０は、操作部材１７がロック位置にあるため、補正光学素子３１Ｒ、３１Ｌは、ロック機構４９によって基準位置にロックされている（Ｓ１０でＹＥＳ）。また、電源スイッチ１６は投入操作されていないため、ブレ補正装置３０は動作していない（Ｓ１１でＮＯ）。

操作部材１７を解除位置に回動操作すると、ギヤ５５が同方向に回動し、ギヤ５５にラックギヤ５３ｂが噛合しているスライドラック５３はスライドを開始する。スライドラック５３は、スライド途中から停止保持部材５４に付勢されてスライド方向の端部まで移動するので、スライド途中で停止されることはない。スライドラック５３のスライドによって把持機構５０の回動リング５２が回動し、３枚の爪部材５６が開口５１ａ、５２ａから退避する退避位置に移動する。これにより、ロック機構４９による補正光学素子３１Ｒ、３１Ｌのロックが解除される（Ｓ１０でＮＯ）。

電源制御部６９は、ロック機構４９が解除されて状態センサ６４から解除信号が入力された場合（Ｓ１０でＮＯ）、あるいは電源スイッチ１６が投入操作されてオン信号が入力された場合（Ｓ１１でＹＥＳ）に、電源７６からブレ補正装置３０の各部に動作電力を供給する（Ｓ１２）。

Ｘ軸用角度位置センサ３４及びＺ軸用角度位置センサ３５と、Ｘ軸用角速度センサ３６及びＺ軸用角速度センサ３７は、内保持枠３２及び外保持枠３３の姿勢の変位の測定を開始する（Ｓ１３）。Ｘ軸用角速度センサ３６の角速度信号を処理する第１補正信号作成部７８は、第１ＨＰＦ８０で０．２Ｈｚ以下の角速度信号を遮断し、第１ＬＰＦ８１で２Ｈｚ以上の角速度信号を遮断して、超低周波から低周波までの第１の周波数帯域を角速度信号から分離する（Ｓ１４）。第１増幅器８２は、第１の周波数帯域の角速度信号の信号値が、第２増幅器８８で増幅された第２の周波数帯域の角速度信号の信号値と同レベルになるように、Ｘ軸用角速度センサ３６の信号出力特性に基づいて増幅する（Ｓ１５）。第１積分器８３は、第１の周波数帯域の角速度信号を積分して、第１の周波数帯域の振動により補正光学素子３１Ｒ、３１ＬのＸ軸周りに生じた変位量を表す第１の補正信号を作成する。

第２補正信号作成部７９は、第１補正信号作成部７８と並行して、第２ＨＰＦ８６で２Ｈｚ以下の角速度信号を遮断し、第２ＬＰＦ８７で２０Ｈｚ以上の角速度信号を遮断して、低周波から高周波までの第２の周波数帯域を角速度信号から分離する（Ｓ１４）。第２増幅器８８は、第２の周波数帯域の角速度信号を、Ｘ軸用角速度センサ３６の信号出力特性に基づいて増幅する（Ｓ１５）。第２積分器８９は、第２の周波数帯域の角速度信号を積分して、第２の周波数帯域の振動により補正光学素子３１Ｒ、３１ＬのＸ軸周りに生じた変位量を表す第２の補正信号を作成する。

Ａ／Ｄ変換器９２〜９４は、第１及び第２の補正信号と、Ｘ軸用角度位置センサ３４の増幅された角度位置信号をデジタル信号に変換する。係数設定部９５は、モードスイッチ１８の設定に応じてテーブル１０２を参照し、第１係数乗算部９６及び第２係数乗算部９７の係数を設定する。モードスイッチ１８が、「モードＢ：船上手持ちモード」に設定されている場合には、係数設定部９５は、第１係数乗算部９６及び第２係数乗算部９７にともに係数「０．５」を設定する。第１係数乗算部９６及び第２係数乗算部９７は、係数設定部９５で設定された係数を第１及び第２の補正信号にそれぞれ乗算して重み付けする（Ｓ１６）。

加算演算部９８は、係数が乗算された第１及び第２の補正信号を加算して合成補正信号を作成する（Ｓ１７）。駆動演算部９９は、合成補正信号と、Ｘ軸用角度位置センサ３４の角度位置信号とに基づいて、観察光学系の像に発生しているＸ軸周りのブレを補正するために、Ｘ軸用アクチュエータ３８の駆動信号を作成する。ドライバ７４は、駆動演算部９９で作成された駆動信号に基づいてＸ軸用アクチュエータ３８を駆動する（Ｓ１８）。Ｘ軸用アクチュエータ３８は、補正光学素子３１Ｒ、３１Ｌを振動による変位と逆方向に戻し、補正光学素子３１Ｒ、３１Ｌを地球に対して固定するように制御するため、観察光学系の像に生じたＸ軸周りのブレが補正される。

ブレ補正装置では、Ｘ軸周りの像のブレ補正と同時に、Ｚ軸周りのブレ補正も行われている。補正信号出力部７３の第１及び第２補正信号作成部は、Ｚ軸用角速度センサ３７の角速度信号を第１及び第２の周波数帯域に分離し（Ｓ１４）、Ｚ軸用角速度センサ３７の信号出力特性に応じて増幅（Ｓ１５）し、積算して第１及び第２の補正信号を出力する。また、増幅器７１は、Ｚ軸用角度位置センサ３４の角度位置信号を増幅する。

Ａ／Ｄ変換器は、第１及び第２の補正信号と、Ｚ軸用角度位置センサ３４の角度位置信号をデジタル信号に変換する。係数設定部９５は、モードスイッチ１８の設定に応じた第１及び第２係数を設定する。第１係数乗算部及び第２係数乗算部は、第１及び第２の補正信号に、設定された係数を乗算する（Ｓ１６）。加算演算部９８は、係数が乗算された第１及び第２の補正信号を加算して合成補正信号を作成する（Ｓ１７）。駆動演算部９９は、合成補正信号と、Ｚ軸用角度位置センサ３４の角度位置信号とに基づいて、観察光学系の像に発生しているＺ軸周りのブレを補正するために、Ｚ軸用アクチュエータ３９の駆動信号を作成する。

ドライバ７５は、駆動演算部９９で作成された駆動信号に基づいてＺ軸用アクチュエータ３９を駆動する（Ｓ１８）。Ｚ軸用アクチュエータ３９は、補正光学素子３１Ｒ、３１Ｌを振動による変位と逆方向に戻し、補正光学素子３１Ｒ、３１Ｌを地球に対して固定するように制御するため、観察光学系の像に生じたＺ軸周りのブレが補正される。

上記実施形態によれば、筐体１１と補正光学素子３１Ｒ、３１Ｌとの相対変位をＸ軸用角速度センサ３６及びＺ軸用角速度センサ３７で測定し、Ｘ軸用角速度センサ３６及びＺ軸用角速度センサ３７から出力された角速度信号を、補正信号出力部７２、７３でその周波数帯域に応じて複数の角速度信号に分離し、分離された各々の角速度信号を個別の増幅率で増幅して周波数帯域ごとの補正信号を出力している。また、増幅された補正信号を制御部６６の加算演算部９８で合成した合成補正信号に基づいて、Ｘ軸用アクチュエータ３８及びＺ軸用アクチュエータ３９を駆動し、筐体１１と補正光学素子３１Ｒ、３１Ｌとの相対的な変位に伴う像のブレを補正している。したがって、手ブレと船の揺れなど、周波数帯域が異なる複数種類の振動が同時に双眼鏡１０に加えられた場合でも、像のブレを適切に補正することができる。

また、補正信号出力部７２、７３では、Ｘ軸用角速度センサ３６及びＺ軸用角速度センサ３７の信号出力特性に基づいて、周波数帯域ごとに分離された角速度信号の信号値が同レベルになるように増幅するので、低周波帯域の角速度信号の信号値を、高周波帯域の角速度信号と同レベルにすることができる。したがって、低周波帯域の振動による像のブレも適切に補正することができる。

さらに、複数の補正信号の各々に係数を乗算してから加算して合成補正信号を作成するので、周波数帯域ごとに重み付けを行ったブレ補正を行うことができる。また、係数は、周波数帯域に対応して設定されたモードに応じて変更されるので、モードを設定するだけで各補正信号の係数を一括して設定することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一の構成については、同符号を用いて詳しい説明は省略する。図１３に示すように、本実施形態は、第１補正信号作成部７８、第２補正信号作成部７９とともに、第３補正信号作成部１１０を有する補正信号出力部１０９を備えている。第３補正信号作成部１１０は、第１増幅器８２で増幅された第１の周波数帯域の角速度信号と、第２増幅器８８で増幅された第２の周波数帯域の角速度信号とを加算した加算角速度信号を出力する加算器１１１と、加算角速度信号を積分して、第１及び第２の周波数帯域の振動により補正光学素子３１Ｒ、３１ＬのＸ軸周りに生じた変位量を表す第３の補正信号を作成する第３積分器１１２とを有する。なお、第１〜第３積分器８３、８９、１１２は、第１〜３補正信号作成部７８、７９、１１０ではなく、後述するＣＰＵ１１５に設けてもよい。

図１４に示すように、第３の補正信号は、超低周波（０．２Ｈｚ）〜高周波（２０Ｈｚ）までの周波数帯域を含んでいる。なお、Ｘ軸用角速度センサ３６から出力された直後の角速度信号も同様の周波数帯域を含んでいるが、第３補正信号は、超低周波〜低周波の角速度信号と、低周波〜高周波の角速度信号の信号値が同レベルになるように増幅されている。したがって、第３の補正信号に基づいてアクチュエータを駆動すれば、超低周波〜高周波までの振動による像のブレを適切に補正することができる。

本実施形態のＣＰＵ１１５は、第３補正信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１１６と、第３係数乗算部１１７とを備える。係数設定部１１８は、第１係数及び第２係数とともに、第３係数を設定する。第３係数は、図１５に示すように、ＲＯＭ６８に記憶されたテーブル１１９に設定されており、例えば「モードＡ：陸上手持ちモード」は、手振れが主なブレの原因となるため、第１係数が「０．２」、第２係数が「０．７」となっている。また、超低周波〜高周波までのブレを適切に補正するため、第３係数は「０．１」となっている。「モードＢ：船上手持ちモード」では、手振れと船の揺れとの両方がブレの原因となるため、第１及び第２係数を「０．５」としている。なお、モードＢでは、同じ割合で加算される第１及び第２の補正信号により、超低周波〜高周波までのブレを適切に補正できるので、第３係数は「０」にしている。さらに、「モードＣ：船上固定モード」は、船の揺れが主なブレの原因となるため、第１係数を「０．７」、第２係数を「０．２」とし、超低周波〜高周波までのブレを適切に補正するため、第３係数を「０．１」としている。

加算演算部９８は、係数が乗算された第１〜第３補正信号を加算して合成補正信号を作成する。駆動演算部９９は、合成補正信号と、Ｘ軸用角度位置センサ３４の角度位置信号とに基づいて、観察光学系の像に発生しているＸ軸周りのブレを補正するために、Ｘ軸用アクチュエータ３８の駆動信号を作成する。ドライバ７４は、駆動演算部９９で作成された駆動信号に基づいてＸ軸用アクチュエータ３８を駆動する。なお、本実施形態においても、Ｚ軸周りの像のブレは、Ｚ軸用角速度センサ３７の角速度信号を用いてＸ軸周りと同様の構成及び手法により補正されるので、詳しい説明は省略する。

本実施形態によれば、第１及び第２の補正信号とともに、第１及び第２の補正信号を加算した第３の補正信号も用いて像のブレを補正するので、広い周波数帯域の振動によるブレを適切に補正することができる。

上記実施形態では、角速度信号を２つの周波数帯域に分離したが、３つ以上の周波数帯域に分離してもよい。分離数を多くすれば、複合的な振動による像のブレを、より適切に補正することができる。ブレ補正の例として、手振れと船の揺れとを例に説明したが、本発明は、例えば手振れと自動車や電車、飛行機の揺れなど、様々な場面での像のブレ補正に適用することができる。また、ブレ補正モードとして、「モードＡ：陸上手持ちモード」、「モードＢ：船上手持ちモード」及び「モードＣ：船上固定モード」を説明したがモードの内容はこれに限定されるものではない。また、双眼鏡を例に説明したが、単眼鏡に適用してもよい。

１０ 双眼鏡
１１ 筐体
１２Ｒ、１２Ｌ 対物レンズ部
１３Ｒ、１３Ｌ 接眼レンズ部
１６ 電源スイッチ
１７ 操作部材
１８ モードスイッチ
３０ ブレ補正装置
３４ Ｘ軸用角度位置センサ
３５ Ｚ軸用角度位置センサ
３６ Ｘ軸用角速度センサ
３７ Ｚ軸用角速度センサ
３８ Ｘ軸用アクチュエータ
３９ Ｚ軸用アクチュエータ
４９ ロック機構
６６ 制御部
７２、７３ 補正信号出力部
７８ 第１補正信号作成部
７９ 第２補正信号作成部

Claims (8)

1. 筐体に固定された対物レンズと接眼レンズとの間に変位自在に配された補正光学素子と、
   前記補正光学素子を変位させるアクチュエータと、
   前記筐体と前記補正光学素子との相対変位を検出して変位信号を出力する変位センサと、
   前記変位信号をその周波数帯域に応じて複数の変位信号に分離し、分離された各々の変位信号を個別の増幅率で増幅して周波数帯域ごとに複数の補正信号を出力する補正信号出力部と、
   前記複数の補正信号を合成した合成補正信号に基づいて前記アクチュエータを駆動し、前記対物レンズ及び前記接眼レンズにより結ばれる像のブレを補正する制御部と、
   を備えるブレ補正装置。
2. 前記補正信号出力部は、前記変位センサである角速度センサの信号出力特性に基づいて前記複数の変位信号をそれぞれ増幅する請求項１に記載のブレ補正装置。
3. 前記制御部は、前記複数の補正信号の各々に予め設定されている係数を乗算し、加算して前記合成補正信号を作成する請求項１または２に記載のブレ補正装置。
4. 前記係数は、前記像のブレの補正内容が規定された複数種類の補正モードに対応して設定されており、前記補正モードの選択に応じて変更される請求項３に記載のブレ補正装置。
5. 前記補正信号出力部は、
   前記変位信号をその周波数帯域に応じて少なくとも第１及び第２の変位信号に分離するフィルタと、
   前記第１及び第２の変位信号を個別の増幅率で増幅して少なくとも第１及び第２の補正信号を出力する増幅部とを有する請求項１〜４いずれか一項に記載のブレ補正装置。
6. 前記補正信号出力部は、前記第１及び第２の補正信号を加算した第３の補正信号を出力する信号加算部を有し、
   前記制御部は、前記第１、第２及び第３の補正信号を合成した前記合成補正信号に基づき前記アクチュエータを駆動する請求項５に記載のブレ補正装置。
7. 前記補正光学素子は、正立プリズムである請求項１〜６いずれか一項に記載のブレ補正装置。
8. 筐体と、前記筐体に固定された対物レンズ及び接眼レンズと、請求項１〜７いずれか一項に記載のブレ補正装置とを備える観察装置。

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