JP6151622B2 - 像安定化装置 - Google Patents

Description

この発明は、単眼鏡や双眼鏡が手振れ等の振動によって、単眼鏡や双眼鏡の光軸に対する観察物体から射出される光束の射出角度が変動することで生じる観察像の劣化を補償する像安定化装置に関する。

観察対象を観察するために単眼鏡及び双眼鏡を手で保持しつつ操作する場合、特に単眼鏡や双眼鏡を航空機及び車両等に持ち込んでこれを使用する場合に、航空機及び車両等による振動等が筐体に加わり、それが原因で手振れとなるが、手振れにより光軸に対する観察対象からの光束の出射角度が変動し、その結果として観察対象の観察像（光学像）がぶれたり、解像度が悪くなる等、観察像が劣化してしまうことがある。単眼鏡や双眼鏡に加わる振動は、その振幅がたとえ小さくても、単眼鏡及び双眼鏡においては、視界が狭く、接眼レンズによって対物レンズの像が拡大されて観察されるので、観察される像の劣化を無視することができなくなる。

これまでに、双眼鏡で観察される観察像の手振れによる劣化を補償する像安定化装置が種々提案されている。

従来の手振れ補償機能付き双眼鏡として、例えば特許文献１に開示された像安定光学装
置は、左右一対の対物レンズと、左右一対の接眼レンズと、左右一対の対物レンズ及び左右一対の接眼レンズの間に配置された左右一対の正立プリズムからなる光学系を持ち、この左右一対の正立プリズムを保持する一つのプリズム保持枠と、対物レンズと接眼レンズとの中間において、光軸に対して垂直な平面内で互いに直交する２個の回動軸を中心として回動可能にプリズム保持枠を支持するジンバル懸架手段と、ジンバル懸架手段に取り付けられているジャイロモータとを備えている。

特許文献１に開示された像安定光学装置は、左右一対の正立プリズムを一つのプリズム保持枠で保持し、このプリズム保持枠を持つジンバル懸架装置を一つのジャイロモータで駆動しているので、駆動機構を簡略化することができる。

しかしながら、この像安定光学装置が光学装置の横方向の振動に対応するときには、左右の正立プリズムの中心、つまり特許文献１における第１図及び第４図に示される交点Oで垂直方向の軸回りにプリズム保持枠を回転させると、例えば左光学系の正立プリズムが対物レンズ側に移動し、右光学系の正立プリズムが接眼レンズ側に移動するので、左光学系の対物レンズと正立プリズムとの間の距離と、右光学系の対物レンズと正立プリズムとの間の距離とが相違することになり、結果として右光学系を通じての見え方と左光学系を通じての見え方とが異なることになる。言い換えると、この特許文献１に記載された像安定光学装置は、左右方向の振動を処理するときには、右光学系を構成する複数の光学部品相互の位置関係と左光学系を構成する複数の光学部品相互の位置関係との同一性がなくなり、右光学系での見え方と左光学系での見え方とが相違するという問題点を有している。

特許文献２に開示される像安定化装置は、光学系については前記特許文献１に記載された像安定光学装置と同じであり、左右一対の対物レンズと、左右一対の接眼レンズと、左右一対の対物レンズ及び左右一対の接眼レンズの間に配置された左右一対の正立プリズムと、この左右一対の正立プリズムを保持するプリズム保持枠と、対物レンズと接眼レンズとの中間において、光軸に対して垂直な平面内で互いに直交する２個の回動軸を中心として回転可能にプリズム保持枠を支持するジンバル懸架手段とを備え、このプリズム保持枠に配置された角速度情報検出手段により双眼鏡に加わる振動によって発生するところの、このジンバル懸架手段の回転角度情報を検出し、この検出値に基づき、振動による像ブレを補正するように前記ジンバル懸架手段を所定の位置にまで戻すように回動させるサーボ制御を行なっている。

この特許文献２に記載された像安定化装置では、ジンバル懸架装置の駆動機構として、ジャイロモータの代わりにジンバル軸を回転する回転型モータとポテンションメーター等の位置検出手段を用いた駆動機構を採用しているので、特許文献１に記載された像安定化装置に比べ、軽量化、小型化を達成し、また消費電力も小さくて済むとしている。

しかし、特許文献２に記載された像安定化装置は２個の正立プリズムを持った双眼鏡光学系に対しては小型化に効果があるが、正立プリズムを１個持った単眼鏡光学系に対しては、ジンバル軸を回転する回転型モータとポテンションメーター等の位置検出手段が相対的に大きなスペースを必要とするので装置の小型化には適していない。

特許文献３に記載された観察用光学機器（双眼鏡）は、左右一対の対物レンズと、左右一対の接眼レンズと、左右一対の対物レンズ及び左右一対の接眼レンズの間に配置された左右一対の可変頂角プリズムと、機器本体の振れを検出するセンサーと、左右一対の可変頂角プリズムをそれぞれ駆動する複数の駆動機構と、センサーで検出された振れに応じて各駆動機構の駆動量を定める制御回路とを備えている。

特許文献４に記載された手振れ補正機構付き双眼鏡は、左右一対の対物レンズと、左右一対の接眼レンズと、左右一対の対物レンズ及び左右一対の接眼レンズの間に配置された左右一対の補正レンズと、機器本体の振れを検出するセンサーと、左右一対の補正レンズを同時に駆動する駆動機構と、センサーで検出された振れに応じて駆動機構の駆動量を定める制御回路とを備えている。

前記特許文献３及び特許文献４に記載された像安定化の手段は機構が小型になるとの利点があるものの、特許文献１，２の例に比べて補正可能なブレ量は小さく、特許文献１，２の方式は実用的に利用される範囲が広い。

特公昭５７−３７８５２号公報 特開平６−２５０１００号公報 特開平７−４３６４５号公報 特開平１０−２０２１３号公報

この発明の課題は、正立プリズムを対物レンズと接眼レンズとの間に配置した単眼鏡又は双眼鏡光学系の光軸に直交し、且つ互いに直交する２個の回動軸の回りに回動させることで手振れ等の振動によって生じる観察像の劣化を補償する像安定化装置に於いて、像安定化装置を構成する主要要素のジンバル懸架装置の駆動を、小型、軽量化、低コストで構成する手段を提供することにある。

前記課題を解決するための手段は、
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または双眼鏡光学系の前記正立プリズムを、前記対物レンズと接眼レンズとを通る光軸に直交し、且つ互いに直交する第１の回動軸と第２の回動軸との回りに回動させることで、手振れ等の振動によって生じる観察像の劣化を補償する像安定化装置であって、
対物レンズと接眼レンズを固定的に保持する筺体と、
該筐体に対して固定された略方形の外枠と、
該外枠に対して回動自在に装着した第１の回動軸を持つ略方形の中枠及び、
該中枠に対して回動自在に装着した第２の回動軸を持つ略方形の内枠を有するジンバル懸架装置を有し、
前記ジンバル懸架装置の内枠は前記正立プリズムを備え、
前記ジンバル懸架装置は、中枠を駆動する第１のボイスコイルモータと、内枠を駆動する第２のボイスコイルモータとを備え、
前記第１のボイスコイルモータと第２のボイスコイルモータは、
コイルの中空部に位置検出素子を配置したコイル部材とヨーク板を備えた第１のヨーク部と、
永久磁石とヨーク板を備えた第２のヨーク部とを有し、
前記中枠の、第１の回動軸に平行な側壁には前記２基のボイスコイルモータを駆動する駆動回路基板を設け、
前記駆動回路基板の外枠側の面には、中枠を駆動する第１のボイスコイルモータの第１のヨーク部を構成するコイル部材を配置し、前記コイル部材の背面には前記回路基板を介して第１のヨーク部を構成するヨーク板を配置し、第２のヨーク部の永久磁石をこの第１のヨーク部のコイル部材と所定間隔のギャップを以って相対向するように、第２のヨーク部を外枠に装着し、
前記駆動回路基板の内枠側の面には、内枠を駆動する第２のボイスコイルモータの第１のヨーク部を構成するコイル部材を配置し、前記コイル部材の背面には前記回路基板を介して第１のヨーク部を構成するヨーク板を配置し、第２のヨーク部の永久磁石をこの第１のヨーク部のコイル部材と所定間隔のギャップを以って相対向するように、第２のヨーク部を内枠に装着し、
前記第１のボイスコイルモータの第１のヨーク部を構成するヨーク板は、
前記第１の回動軸とヨーク板の間隔を半径とする回動方向に沿った曲面であることを特徴とする像安定化装置であり、
更に前記ジンバル懸架装置の内枠に角速度検出手段を設けることを特徴とした像安定化装置である。

この発明による像安定化装置は、単眼鏡や双眼鏡等に加わる手振れ等の振動によって生じる観察像の劣化を補償することが出来、しかも像安定化装置の設計自由度の制約が少なく、ジンバル懸架装置の駆動機構が簡単でコストの削減及び小型化を図ることが出来るので単眼鏡や双眼鏡等のほかにレーザー測距装置などの広い分野での利用が可能で、特に単眼鏡に適用した場合に、小型化とコスト低減に大きな効果がある。

図１（ａ）は、この発明に係る像安定化装置が単眼鏡である場合の像安定化装置を示す概略説明図であり、図１（ｂ）は像安定化装置の基本的な原理を説明する概略説明図である。 図２は、この発明に係る像安定化装置が双眼鏡である場合の像安定化装置を示す概略説明図である。 図３は、ボイスコイルモータの基本構造を示す概略説明図で、図３（ａ）はボイスコイルモータを示す正面図である。図３（ｂ）は図３（ａ）のA−A’断面図で、図３（ｃ）は前記ボイスコイルモータに組み込まれる永久磁石の正面図で、図３（ｄ）は永久磁石の断面図である。 図４は、本発明に係る像安定化装置に組み込むのに好適なヨーク分離型のボイスコイルモータの構造を示す概略説明図であり、図４（ａ）は図３（ｂ）に対応したヨーク分離型のボイスコイルモータを示す断面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）に示すボイスコイルモータにおけるコイル部材が永久磁石に対して相対的に移動した状態を示す断面図である。 図５は、この発明に係る像安定化装置の一例である図１のジンバル懸架装置１０の構造を示す説明図で、図５（ａ）は概略斜視図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）の断面図である。 図６は、駆動回路基板の周辺部を中心とした斜視図である。 図７（ａ）、（ｂ）は、ジンバル懸架装置の中枠の駆動状態を示す説明図で、特に中枠を駆動するボイスコイルモータの第１のヨーク部を構成するヨーク板が平面の場合である。 図８（ａ）、（ｂ）は、ジンバル懸架装置の中枠の駆動状態を示す説明図で、特に中枠を駆動するボイスコイルモータの第１のヨーク部を構成するヨーク板が曲面の場合である。 図９は、ジンバル懸架装置の内枠の駆動状態を示す説明図である。 図１０はボイスコイルモータを駆動する駆動回路の一例を示すブロック図である。 図１１（ａ）、図１１（ｂ）はボイスコイルモータを駆動する駆動回路の他の例を示すブロック図である。

図１は、この発明に係る単眼鏡としての像安定化装置の例を示し、図２は、この発明に係る双眼鏡としての像安定化装置の例を示す。

この発明に係る像安定化装置は、例えば図１（ａ）に示されるように、光軸６に対して互いに直交する２個の回動軸に対して回動自在に装着したジンバル懸架装置１０に装着した正立プリズム１を、筐体８に固設した光軸６を持った対物レンズ２と接眼レンズ３との間に配置した単眼鏡光学系４で構成されているので、図１（ｂ）に示すように筐体に８に手振れが加わった場合でも、正立プリズム１は手振れが加わる前の初期位置を維持するような構造を持っている。

この発明に係る像安定化装置が双眼鏡に適用される場合には、例えば図２に示されるように、図１で示した一対の単眼鏡の像安定化装置４、４’ をそれぞれの光軸６、６’が平行になるよう連結部材Ｒで連結して双眼鏡５を構成する。

なお、この発明に係る像安定化装置は、単眼鏡及び双眼鏡等に適用されるが、図１で示されるように、単眼鏡に適用された像安定化装置における光学系と、図２で示されるように、双眼鏡に適用された像安定化装置における光学系とは同一であるから、以下における像安定化装置の詳細な説明は、単眼鏡を例として行う。

この発明に係る像安定化装置は、筐体に与えられた振動又は搖動により生じる観察像の劣化を補償すべく、正立プリズムを装着した前記ジンバル懸架装置を回動させ、サーボ制御を行う駆動手段としての２基のボイスコイルモータを備え、前記ボイスコイルモータは後述のように、分離して対向配置される第１のヨーク部と第２のヨーク部を持ち、第１のヨーク部にはコイルの中空部に位置検出用の位置検出素子、例えばホール素子のような磁気感応素子を配置したコイルを装着し、第２のヨーク部には図３で示した構造の永久磁石を装着し、第１のヨーク部と第２のヨーク部を所定間隔のギャップを持つよう対向配置し、第１のヨーク部と第２のヨーク部とが相対的に可動可能な構造を特徴としている。

前記正立プリズム１としては、シュミット(Schmidt)の正立プリズム、アッベ(Abbe)の正立プリズム等を挙げることができる。図１においてはシュミットの正立プリズムが示されている。シュミットの正立プリズム１は、プリズム１ａとプリズム１ｂとを有し、プリズム１ｂにダハ面が形成されており、入射光軸と出射光軸とが同一直線上にとることが出来る。以下の説明は、シュミットの正立プリズムを用いた場合に関する。

図１（ａ）に示すジンバル懸架手段１０は、図５で示すように光軸６に直交する左右方向に延びる第１の回動軸５４と上下方向に延びる第２の回動軸５５とを持つが、前記２つの回動軸と光軸６との交点ｐは、対物レンズ２と正立プリズム１の入射面までの光学距離Ｌと、正立プリズム１の入射面と出射面との機械的距離Ｍと、前記正立プリズム１の出射面から接眼レンズ３までの光学距離Ｎの和Ｓ（Ｓ＝Ｌ＋Ｍ＋Ｎ）のほぼ中点に位置するように設定されている。実際には、対物レンズ系及び接眼レンズ系のいずれも肉厚を有する複数枚のレンズによって構成されているので、前記ジンバル懸架手段の回動軸５５，５４の位置は厳密には、対物レンズ系の後側主点と前記正立プリズムの入射面までの光学距離と、前記正立プリズムの入射面から出射面までの間の機械的距離と、前記正立プリズムの射出面から接眼レンズ系の前側主点までの光学距離の和の中点にあることになる。以下は、対物レンズと接眼レンズは薄肉レンズ系として説明する。

図１（ｂ）に本発明による像安定化装置の基本的な原理を示す。図１（ａ）に示す単眼鏡４に手振れ等による振動が加わって、図１（ｂ）に示すように筐体８が角度θ傾いた状態８’ では、対物レンズ２と接眼レンズ３は筐体に固定して取り付けられているので、対物レンズは２’ の位置に接眼レンズは３’の位置に移動し光軸６も光軸７に移動する。この時ジンバル懸架手段１０に装着した正立プリズム１が図１（ａ）における初期状態と同じ向きにあるように制御すると、傾いた対物レンズ２’ の中心ｑ’を通り、角度θ傾く前の光軸６に平行な光線ｍは対物レンズ２の光軸６よりｈだけずれて正立プリズム１に入射する。前記光線ｍは、入射光軸と出射光軸を同一線上にとることの出来る正立プリズムの性質によって光軸６よりｈ’ ＝ｈだけずれて光線ｍ’として正立プリズム１より射出し、移動後の接眼レンズ３’ の中心ｒ’ より射出する。従って移動後の接眼レンズの中心ｒ’より射出する光線ｍ’ は振動が加わる前の光軸６と平行になるので、単眼鏡に振動が加わった場合でも安定した先鋭な像を観察できる。

図１（ｂ）では、ジンバル懸架手段の回動軸を正立プリズムの中心に設定した場合で説明したが、ジンバル懸架装置の回動軸の光軸との交点Ｐの位置が前記条件を満足すれば、正立プリズムの位置はジンバル懸架装置の回動軸よりずれた位置に配置されても上記条件は満足する。

従来の技術では、ジンバル懸架装置を駆動する手段としては、引用文献２で示されているようにジンバル懸架装置を懸架する回動軸を駆動する回転型のモータと、ポテンショメータのような位置検出手段を用いているが、回動軸を駆動する回転型モータとしてはジンバルを構成する枠に比べて比較的大きな形状のものが必要であり、取付位置やモータの直径、厚み等の形状の制約もあり、像安定化装置の小型軽量化には限界があった。この発明では、ジンバル懸架装置を駆動する手段として、図４に示すような比較的薄い一対の板状のヨーク部で構成され、位置検出手段も位置検出素子をコイルの中空部に組み込んだ構造を持つボイスコイルモータを用いることで、ボイスコイルモータの装着位置を自由に選べるので設計上の自由度が増え、小型軽量化を可能で、単眼鏡にも最適条件で適用可能である。

図３は一般的なボイスコイルモータの一例を示すもので、図３（ａ）はボイスコイルモータの正面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のA−A’面での断面図、図３（ｃ）はボイスコイルモータに使用される永久磁石の構成を示す正面図、図３（ｄ）はその断面図を示す。

図３に示されるように、一般的なボイスコイルモータは、Ｕ字型の鉄心からなる固定ヨーク３１と、固定ヨークの内側の対向する１面に装着された永久磁石３２と固定ヨークの内側の他の１面で構成されるギャップ３４内で移動可能なコイル３３と、コイル３３の中空部に設置した位置検出素子３６で構成される。なお図中３５はコイル３３を支持するプリント基板等の支持板を示す。

永久磁石３２は図３（ｃ），（ｄ）に示されるように板状の強力な永久磁石で構成される。永久磁石は、厚み方向に着磁され、着磁の方向は板状領域の中央部を境としてＮ、Ｓで示すように逆方向に着磁されている。

図面の理解を容易にするため、図中Ｓ極側は斜線を付けて示す。また以降に出てくる永久磁石は図３（ｃ）、図３（ｄ）で説明する構造を持ったものとする。

このような永久磁石３２を固定ヨークの内側の一面に図３（ａ）に示されるように配置することにより固定ヨーク内の磁界は、コイル３３の移動工程の中央部分を境として互いに逆方向に、かつ固定ヨークのギャップを持った対向面に垂直な方向に生成される。

したがって、このような磁界を有する固定ヨーク３１内に、コイル３３を図３に示す如く配置し、このコイル３３に電流を流すと、コイル３３は電流の方向に応じて図３（ｂ）の矢印３８で示す方向に移動する。

したがって、前記コイル３３の支持板３５に、図示されていない被移動部材を連結することで被移動部材をリニア駆動することが出来る。

また、前記コイル３３の中空部３７に位置検出素子３６としてホール素子や磁気抵抗素子のような磁気感応素子を配置することで、可動するコイルの位置を検出する位置信号を出力する位置検出手段が出来る。特にボイスコイルモータの初期基準状態では、位置検出素子３６を永久磁石Ｓ、N、の境界部に位置するよう配置すると、ホール素子の出力が０になるのでボイスコイルモータの初期基準位置を決めるのに好都合である。

本発明に適用する好適なボイスコイルモータは、図４（ａ）で示されるように、前記Ｕ字型の固定ヨーク３１に代わって、板状の形状を持つ２つに分離して対向配置される分離型の第１のヨーク部４１と第２のヨーク部４２を持ち、第１のヨーク部４１は、コイル３３の中空部に位置検出用の位置検出素子３６、例えばホール素子のような磁気感応素子を配置したコイル３３と支持板４３およびヨーク板４６で構成し、第２のヨーク部４２は前述の磁石３２とヨーク板４７で構成し、第１のヨーク部と第２のヨーク部を所定間隔のギャップ４４を持つよう対向配置し、第１のヨーク部４１と第２のヨーク部４２とが相対的に可動可能な構造を特徴としている。

コイル３３は、支持板４３を介して第１のヨーク部４１に固着しており、支持板４３には位置検出用素子３６も装着しており、コイル３３に電流を流すと電流の方向によって、第２のヨーク部４２を固定子とすれば、第１のヨーク部４１はコイル３３と一体となって移動子となり、例えば図４（ｂ）の矢印４５方向に移動する。

また、前述の第１のヨーク部４１を固定子とすれば、相対的に第２のヨーク部４２が移動子として永久磁石と共に移動する。

図５に本発明の主要要素となるジンバル懸架装置１０の構成を示す。図５（ａ）はジンバル懸架装置の斜視図、図５（ｂ）は図５（ａ）に示された回動軸５４，５５を含む平面で見た断面図である。

ジンバル懸架装置は、略方形の内枠５３と略方形の中枠５２及び略方形の外枠５１で構成されており、図１で示した対物レンズと接眼レンズを固定的に保持する筐体８にジンバル懸架装置１０の外枠５１が固定的に取付けられる。

前述の略方形状の外枠、中枠、内枠は、いずれも図５で示されるように上下、左右の４辺の側面で構成されている。以下、この側面を側壁と呼ぶことにする。

図５（ａ）、図５（ｂ）に示されているように、ジンバル懸架装置１０は、中枠５２の左右の側壁に設けられた軸６２ａ、６２ｂが左右方向に延びた第１の回動軸５４を形成し、外枠に設けられた軸受け６３ａ、６３ｂで支持され、中枠５２は外枠５１に対して回動自在に装着されている。

また、内枠５３は上下の側壁に設けられた軸６４ａ、６４ｂが上下に延びた第２の回動軸５５を形成し、中枠５２に設けられた軸受け６５ａ、６５ｂで支持され、内枠５３は中枠５２に対し回動自在に装着されており、内枠５３には正立プリズム１を装着する。

また、ジンバル懸架装置のサーボ制御に角速度検出手段からの信号を使用する場合には、角速度検出手段９４はジンバル懸架装置の内枠５３に装着する。

前記ジンバル懸架装置は、中枠５２を回動する第１のボイスコイルモータ５６ｂと内枠５３を回動する第２のボイスコイルモータ５６ａの２基のボイスコイルモータと、前記２基のボイスコイルモータを駆動しサーボ制御をする駆動回路基板６６を備えている。

また駆動回路基板６６は、前記左右方向に延びた第１の回動軸５４に平行な中枠の側壁５２ａに配置される。

内枠５３を駆動する第２のボイスコイルモータ５６ａは、第１のヨーク部を構成するコイル部材５８ａを駆動回路基板６６の内枠側の面に、ヨーク板５９ａをコイル部材５８ａの背面に当たる駆動回路基板６６の外枠側の面に配置固定し、第２のボイスコイルモータ５６ａを構成する第２のヨーク部は永久磁石６０ａとヨーク板６１ａで構成されており、コイル部材５８ａに対面して内枠５３に配置固定されている。

中枠５２を駆動する第１のボイスコイルモータ５６ｂは、第１のヨーク部を構成するコイル部材５８ｂを駆動回路基板６６の外枠側の面に、ヨーク板５９ｂをコイル部材５８ｂの背面に当たる駆動回路基板６６の内枠側の面に配置固定し、第１のボイスコイルモータ５６ｂを構成する第２のヨーク部は永久磁石６０ｂとヨーク板６１ｂで構成されており、コイル部材５８ｂに対面して外枠５１に配置固定されている。

このようにボイスコイル駆動回路基板６６上に、２基のボイスコイルモータの第１のヨーク部を装着することで、位置検出素子（ホール素子）を含めたコイル部材も駆動回路基板作成時に、他の回路部品例えばマイクロコンピュータ９２、ボイスコイルモータ駆動ドライバー９３と一体として装着可能となり、コストも下がり組立が容易になる。

本発明では、前記第１のボイスコイルモータ５６ｂを構成するヨーク板５９ｂの形状を前記第１の回動軸５４とヨーク板５９ｂの間隔を半径Ｒとする中枠５２の回動方向に沿った曲面とすることを特徴としている。なお、半径Ｒは厳密な値である必要はなく、回動軸５４とヨーク板５９ｂの間隔の概略値で良い。

なお、図５においては一例としてジンバル懸架装置の第１の回動軸を左右方向に延びる軸として示し、第２の回動軸を上下方向に延びる軸としているが、前記第１の回動軸を上下方向に延びる軸、第２の回動軸を左右方向に延びる軸としても良い。すなわち図５のジンバル懸架装置は９０度回転させた状態でも同様な像安定化装置の効果が得られる。

図６はボイスコイルモータの駆動回路基板６６を容易にするため第１のヨーク部に対向する第２のヨーク部の間隙を広げて示している。

本発明は、図６で示すように中枠５２を駆動する前記第１のボイスコイルモータ５６ｂの第１のヨーク板５９ｂの形状を前記第１の回動軸５４とヨーク板５９ｂの間隔を半径Ｒとする中枠５２の回動方向に沿った曲面とすることを特徴としており、図７、図８でその効果を説明する。

図７は本発明の主要要素となる第１のボイスコイルモータの動作を説明する説明図で、図６で示すA−B断面を示し、特にヨーク板５９ｂ’が平面板の場合を示している。なお構成品の符号等は極力図５と同じ表記で表している。

図７（ａ）はジンバル懸架装置にサーボ制御がかかり安定化した状態を示している。この状態で急激に大きな振動が加わると図７（ｂ）に示すように駆動回路基板６６が角度θ傾いた状態となり、駆動回路基板６６に固定された中枠５２も角度θ傾く方向に動くが、角度が小さいのでリニア駆動のボイスコイルモータでサーボ制御をすることが出来る。

本発明による像安定化装置は手振れ等による振動を補償する範囲が角度（θ）で±５°程度としているので、コイル部材５８ｂに位置検出手段からの位置信号を用いた位置サーボ等の制御信号を加えることで図７（ａ）の初期位置に戻すことが可能である。

しかし磁石によるヨーク板の吸引力は磁石とヨーク板の距離の２乗に反比例するので図７（ｂ）の左端のヨーク板と磁石の距離ｂは初期位置ａより小さくなるので大きな吸引力が働き、反対に右端のヨーク板と磁石の距離ｃは初期位置より大きくなるので磁石の吸引力は小さくなり傾いた状態が顕著になる。このために内枠の可動範囲の端位置が安定位置となってしまい、サーボ制御を掛けようとコイルに電流を流しても磁石の吸引力に逆らって動かすので安定位置に至る時間が長くかかり、同時に電力の消耗も大きくなる。

図８は図７と同様に、本発明の主要要素となる第１のボイスコイルモータの動作を説明する説明図で、図６で示すA−B断面を示し、特にヨーク板５９ｂの形状が本発明の特徴である曲面を持った場合を示している。

図８（ａ）はジンバル懸架装置にサーボ制御がかかり安定化した状態を示している。この状態で急激に大きな振動が加わると図８（ｂ）に示すように駆動回路基板６６が角度θ傾いた状態となり、駆動回路基板６６に固定された中枠５２も角度θ傾く方向に動くが、磁石６０ｂの両端部とヨーク板５９ｂまでの距離ｄは変わらないので駆動回路基板６６が傾いても、磁石のヨーク板５９ｂに及ぼす吸引力は一定で変わらず、図７の現象を回避出来る。従ってサーボ制御を掛ける場合は、図８（ａ）の安定位置に至る時間が短くコイルに加わる電力の消耗も小さくて済む。

この場合、手振れ等による左右方向の振動を補償する範囲を角度で±５°程度としているので、コイル部材５８ｂに位置サーボ等の制御信号を加えることで短時間で容易に図８（ａ）に示す初期位置に戻すことが可能である。

図9（ａ）は図５の駆動回路基板６６を上方から見た平面説明図で、内枠５３は駆動回路基板６６に対して上下方向に延びた回動軸５５を中心に回動する。図９（ａ）単眼鏡に手振れ等による振動が加わる前の内枠５３の初期基準位置を示している。図８（ｂ）は単眼鏡に手振れ等による左右方向の振動が加わって中枠が左右方向に角θ傾いた状態を示しており、内枠５３は駆動回路基板６６及び駆動回路基板６６が固定されている中枠に対して角度θ傾いた状態を示している。中枠に固定された駆動回路基板６６に対して内枠５３は角度θ傾く方向に動くが、角度が小さいのでリニア駆動のボイスコイルモータの動作には問題を生じない。

内枠５３を駆動するボイスコイルモータ５６ａは、コイル部材を装着した第１のヨーク部が固定子、永久磁石を装着した第２のヨーク部が移動子となるので、第２のヨーク部が固定された内枠５３は手振れ等による振動が加わった場合には、上下方向に延びた回動軸５５を中心に図９（ａ）、（ｂ）に示すように左右方向に回動する。

この場合、手振れ等による左右方向の振動を補償する範囲を角度で±５°程度としているので、コイル部材５８ａに位置サーボ等の制御信号を加えることで容易に図９（ａ）に示す初期位置に戻すことが可能である。

位置検出素子としてのホール素子等から得られる位置情報から、動きを打ち消す目標位置をマイクロコンピュータで演算し、演算結果を制御信号としてボイスコイルモータのコイル駆動電流にフィードバックすれば、簡単にジンバル懸架手段の内枠、中枠を必要量移動させる位置サーボ系を構成できる。

図１０に位置サーボ系を構成するボイスモーター駆動回路のブロック図を示す。前述の第１のボイスコイルモータ５６ｂと、第２のボイスコイルモータ５６ａは基本的には同じものなので以下の説明ではボイスコイルモータ５６ｂの場合で説明する。

ボイスコイルモータ５６ｂに取り付けられた位置検出素子５７ｂからの位置出力は位置信号増幅回路９１を介してマイクロコンピュータ９２に取り込まれ、位相補償フィルター演算や増幅率を調整し、動きを打ち消す目標位置を設定した後、位置サーボを掛けるためのフィードバック駆動するボイスコイルモータ制御信号を演算し、この演算に基づき制御信号を増幅しボイスコイルモータ５６ｂを駆動するボイスコイルモータ駆動ドライバー９３を備えている。

図１１（ａ）は角速度検出手段９４をジンバル懸架装置の内枠５３に設けることで、正立プリズム１を装着するジンバル懸架装置１０の動きを正確に検出し、動きを打ち消す目標位置を与えることにより、位置サーボと、角速度サーボの２重帰還ループを構成している。図中９５は角速度センサーからの信号を増幅する増幅回路で、マイクロコンピュータ９２に加えられ、ボイスコイルモータの制御信号を演算し、この演算に基づく制御信号を増幅しボイスコイルモータ５６ｂを駆動するボイスコイルモータ駆動ドライバー９３を備えている。

図１１（ｂ）は前記角速度センサーの代わりにボイスコイルモータ５６ｂに取り付けられた位置検出素子５７ｂからの信号を微分回路９６で微分し、位置信号と同時に角速度信号を取り出し、マイクロコンピュータ９２でボイスコイルモータの制御信号を演算するようにしたボイスコイルモータ駆動回路のブロック図を示している。この場合、微分回路９６はマイクロコンピュータ内部で処理することも可能で、高価な角速度センサーを必要としないのでコスト削減の効果が大きい。

１ 正立プリズム
１ａ、１ｂ プリズム
２、２’ 対物レンズ
３、３’ 接眼レンズ
４、４’ 単眼鏡
５ 双眼鏡
６、６’、７ 光軸
８、８’ 筐体
Ｒ 連結部材
１０ ジンバル懸架手段
３１ 固定ヨーク
３２、６０ａ、６０ｂ 永久磁石
３３、５８ａ、５８ｂ コイル
３６、５７ａ、５７ｂ 位置検出素子
３５、４３ 支持板
５９ａ、５９ｂ 第１のヨーク板
６１ａ、６１ｂ 第２のヨーク板
５１ 外枠
５２ 中枠
５３ 内枠
５４ 第１の回動軸
５５ 第２の回動軸
５６ａ、５６ｂ ボイスコイルモータ
６６ 駆動回路基板
９２ マイクロコンピュータ
９３ ボイスコイルモータ駆動ドライバー
９４ 角速度検出手段

Claims (2)

1. 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または双眼鏡光学系の前記正立プリズムを、前記対物レンズと接眼レンズとを通る光軸に直交し、且つ互いに直交する第１の回動軸と第２の回動軸との回りに回動させることで、手振れ等の振動によって生じる観察像の劣化を補償する像安定化装置であって、
   対物レンズと接眼レンズを固定的に保持する筺体と、
   該筐体に対して固定された略方形の外枠と、
   該外枠に対して回動自在に装着した第１の回動軸を持つ略方形の中枠及び、
   該中枠に対して回動自在に装着した第２の回動軸を持つ略方形の内枠を有するジンバル懸架装置を有し、
   前記ジンバル懸架装置の内枠は前記正立プリズムを備え、
   前記ジンバル懸架装置は、中枠を駆動する第１のボイスコイルモータと、内枠を駆動する第２のボイスコイルモータとを備え、
   前記第１のボイスコイルモータと第２のボイスコイルモータは、
   コイルの中空部に位置検出素子を配置したコイル部材とヨーク板を備えた第１のヨーク部と、
   永久磁石とヨーク板を備えた第２のヨーク部とを有し、
   前記中枠の、第１の回動軸に平行な側壁には前記２基のボイスコイルモータを駆動する駆動回路基板を設け、
   前記駆動回路基板の外枠側の面には、中枠を駆動する第１のボイスコイルモータの第１のヨーク部を構成するコイル部材を配置し、前記コイル部材の背面には前記回路基板を介して第１のヨーク部を構成するヨーク板を配置し、第２のヨーク部の永久磁石をこの第１のヨーク部のコイル部材と所定間隔のギャップを以って相対向するように、第２のヨーク部を外枠に装着し、
   前記駆動回路基板の内枠側の面には、内枠を駆動する第２のボイスコイルモータの第１のヨーク部を構成するコイル部材を配置し、前記コイル部材の背面には前記回路基板を介して第１のヨーク部を構成するヨーク板を配置し、第２のヨーク部の永久磁石をこの第１のヨーク部のコイル部材と所定間隔のギャップを以って相対向するように、第２のヨーク部を内枠に装着し、
   第１のボイスコイルモータの第１のヨーク部を構成するヨーク板は、
   前記第１の回動軸とヨーク板の間隔を半径とする回動方向に沿った曲面であることを特徴とする像安定化装置。
2. 前記ジンバル懸架装置の内枠に角速度検出手段を設けることを特徴とした請求項１記載の像安定化装置。