JPH0421168B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、光学装置の操作または安定化に用
いられる像安定化装置に、そして特に望遠鏡また
はカメラのような装置で見た像を安定化する像安
定化装置に関するものである。

［従来の技術］ 望遠鏡、双眼鏡またはカメラのような光学装置
における像は、動いている車両内で使用したとき
または手で持つて使用したとき光学装置の不注意
な動きによつて生じる妨げとなる運動を阻止また
は減少することにより安定化され得る。

像を安定化する一形式の装置では物体からの光
を光学装置に入る前にほぼ直角に反射させるミラ
ーに結合されたジヤイロスコープロータまたは慣
性質量を使用している。そのような装置の例は英
国特許明細書第1114094号、同第1149164号、同第
1399121号（米国特許明細書第3881803号）に記載
されている。

［発明が解決しようとする課題］ 一般に、安定化ミラーは、ジヤイロスコープロ
ータまたは慣性質量との結合により動的性能を低
下させないようにするため物体から直接光を受け
なければならず、それで光学装置を物体の方向に
ほぼ直角な方向に向けるかまたは第２の反射面を
介在させる必要がある。前者の方法では、使用者
は実際の構造においては指向方向の仰角のため光
学装置をその光軸のまわりで回転させる必要があ
るので、物体を捕えてそれに追従することは困難
である。後者の方法はある場合には満足である
が、特に光学装置の視野が広い場合には不利であ
る。例えば視野が20°以上のような場合には、第
２のミラーが導入のため光軸に沿つた光学装置の
レンズからの安定化ミラーの分離は不都合に大き
な安定化ミラーを必要とし、その結果慣性が増大
するためその性能が低下することになる。

この発明に関連した多くの従来技術は軍事上の
分野に係り、そして船舶または車両に用いられる
種々の種類の武器照準装置から成つている。一般
に、このような装置では運動感知ジヤイロスコー
プと反射ミラーとの間に電気的サーボが連結さ
れ、装置の性能およびミラーの許容寸法は主とし
て装置の電気的特性によつて決められる。車両ま
たは船舶に装着しそしてそのような応用において
良好な精度が要求される場合には、これらの装置
は比較的複雑でかさばりかつ高価なものとなる。

さらに、そのような装置は一般に比較的遠方の
物体を観察するために用いられるため、その視野
は比較的狭い。

そこで、この発明は、比較的小さくて慣性の小
さなミラーを用いることによつて寸法が小さく重
量が軽くかつ性能の改善された、望遠鏡、カメラ
等の光学装置と共に用いられる像安定化装置を提
供することを目的としている。この発明の別の目
的は、例えばニユースレポート等のために携帯可
能なカメラを手で持つている場合でも安定した画
像を取ることができるようにカメラに取外し可能
に装着される形式の安定化装置を提供することに
ある。この目的を達成するため本装置は比較的軽
い必要があり、また軍事上の分野において用いら
れる種類の装置に比較して安い必要がある。さら
に、本装置は異なつた装置のカメラに容易に適用
できなければならず、そしてカメラで見た実質的
な視野に適合できる必要がある。

［課題を解決するための手段］ 従つてこの発明の一つの特徴によれば、視野を
もつ光学装置と共に用いられる光学装置の像安定
化装置は、光学装置に固定された支持装置と、上
記支持装置に対して可動に取付けられかつ像安定
装置を通る光学路内に配置された反射面と、光学
装置の視線に平行な軸線のまわりを回転するよう
に上記支持装置に取付けられそして上記反射面に
連結されて上記反射面の回動運動を制御し上記光
学装置の振動及び微動の面内で上記支持装置に対
して上記反射面からの反射光を静止位置に維持す
るモータ駆動型ジヤイロスコープロータと、上記
光学路内に配置され、上記反射面からの反射光を
受け、その反射光を上記光学路に沿つて光学装置
へ反射するプリズムと、上記ジヤイロスコープロ
ータに力を加えて光学装置の視線の方向の予定の
変化に追従させる操作装置とを有する。

この発明の別の特徴によれば、カメラのレンズ
を内部と光学的に連通させる後壁と、カメラで見
られることになるシーンからの光を受ける窓をも
つ前壁とを備えたケースと、上記ケースの内部に
取付けられ、互いに直交する水平軸線及び垂直軸
線のまわりで回動運動しかつ上記窓部を通して光
を受けそしてその光を反射する反射面と、カメラ
の視線に平行な軸線のまわりで回動自在に取付け
られそして上記反射面に連結されて上記反射面の
回動運動を制御しカメラの振動及び微動の面内で
上記ケースに対して反射光を静止位置に維持する
モータ駆動型ジヤイロスコープロータと、上記ケ
ース内部に取付けられ、上記反射光を受けそして
その反射光を上記カメラのレンズへ反射するプリ
ズムと、上記ジヤイロスコープロータに力を加え
てカメラの視線の方向の予定の変化に追従させる
操作装置と、を有することを特徴とするカメラの
像安定化装置が提供される。

［作用］ プリズムのための可動反射面は、プリズムの代
りにミラーが用いられる場合よりカメラの所与視
野に対して実質的に小さくでき、従つて可動反射
面は、いかなる電気的サーボモータも介在させず
にしかも電子回路を組合せることなしにジヤイロ
スコープロータに機械的に連続することができ、
さらにミラーは観察すべきシーンから直接光を受
けることができる。このため、安定化装置は広範
囲の異なつたレンズをもつカメラと組合せて用い
ることができる。

実質的な屈折率をもつ部材例えば上述のプリズ
ムを使用することにより光学装置の入射瞳に入る
光の包囲線の所与寸法に対して安定化ミラーによ
つて反射されることになる光線の包囲線の寸法を
減少することができる。従つて安定化ミラーに必
要な寸法は減少される。プリズムの屈折率は好ま
しくは少なくとも1.55である。一層好ましくはプ
リズムの屈折率は少なくとも1.77である。

［実施例］ この発明を一層良く理解しそしてこの発明がど
のように実施され得るかを示すため、以下例とし
て添付図面について説明する。

第１図及び第２図を参照すると、手持式テレビ
ジヨンカメラ２（その一部分だけを示す）のレン
ズ１は像安定化装置４のケース３の後壁の開口内
に入れられる。ケース３はその前壁に窓５を備え
ており、この窓５は観察シーン（場面）からの軸
方向光線６で表わした光を受ける。像安定化装置
４はカメラの構造に適応した装置によつてカメラ
に固定される。例えば、図示カメラ２はその基部
にねじ穴を備えており、三脚等に固定できるよう
にされている。従つてこのカメラ２では、ねじ８
（その一つだけが示されている）をねじ穴に係合
して伸長板７にカメラ２を固定しそして像安定化
装置４を同様なねじを用いて伸長板７の突出した
前方部分に固定するのが有利である。別のカメラ
の場合には、像安定化装置４を例えばカメラに設
けられ得るブームに固定するのがさらに有利であ
る。

像安定化装置４のケース３内にはミラー９が設
けられ、このミラー９は光線６をカメラレンズ１
の前方に取付けたプリズム１０に向つて直角に反
射する。このプリズム１０は光をさらに直角に反
射してレンズ１へ向ける。ミラー９は、ミラー９
とプリズム１０との間の光線６の部分６ａに平行
な垂直軸線Ｙ及び図面の面に垂直な水平軸線Ｘの
まわりを回転できるように取付けられている。こ
れらの回転運動は安定化機構によつて制御され、
カメラ２及び像安定化装置４が振動または微動し
ても光線の部分６ａがケース３に対して一定の位
置に留まるように、すなわちカメラ２で見たシー
ンがカメラ２のフレームに対して一定のままであ
るようにされる。

安定化機構はジヤイロスコープロータ１２から
成り、このジヤイロスコープロータ１２は軸１３
に固定され、この軸１３の一端は二つの自在継手
１４によつて電動機１５の出力軸に連結されてい
る。

電動機１５はフレーム１１に固定され、そして
電池（図示してない）によつて付勢される。軸１
３の他軸は軸受（図示してない）を介して取付け
ブロツク１６内に支持されている。このブロツク
１６は二又ジンバル部材１７の腕間に取付けら
れ、ジヤイロスコープロータ１２と共に二又ジン
バル部材１７に対して軸線Ｘのまわりを回動でき
るようにされる。二又はジンバル部材１７には二
本のスタブ軸１８が固定され、これらのスタブ軸
１８はフレーム１１に固定した軸受ブロツク１９
によつて支持され、二又ジンバル部材１７がブロ
ツク１６及びジヤイロスコープロータ１２と共に
ハウジングすなわちフレーム１１に対して軸線Ｙ
のまわりを回転できるようにされている。二又ジ
ンバル部材１７の両腕の端部はそれらの間にミラ
ー９を支持しており、ミラー９は軸線Ｘに平行な
軸線Ｚのまわりを回転できるようにされている。
リンク部材２０は、ミラー９及び取付けブロツク
１６に回動可能に連結され、二又ジンバル部材１
７に対するブロツク１６の角運動に応じて軸線Ｚ
のまわりのミラー９の運動を制御するようにされ
ている。もし像安定化装置４が動けば、ジヤイロ
スコープロータ１２は空間内でその位置を維持す
るようにし、すなわちジヤイロスコープロータ１
２はケース３に対して軸線Ｘ，Ｙのまわりを動
く。この総体運動はミラー９に伝達され、それに
より光線部分６ａは前に述べたようにケース３に
対して一定のままであるようにされる。

軸１３はブロツク１６の前方端部から突出し、
そして円板１３ａを支持している。板ばね部材２
１はフレーム１１に固定され、そして円板１３ａ
の前方へのび、摩擦パツド２２を支えている。

照準線を操作するためすなわちカメラの向きを
変えるためケースを故意に回転させると、中心位
置では回転円板１３ａから離れている摩擦パツド
２２は軸線Ｘ及び（または）軸線Ｙのまわりで回
転しそして円板１３ａに触れる。例えば、第２図
においてケース３及び摩擦パツド２２は円板の中
心より下方の位置において円板がパツドに接触し
ている傾いた状態で示されている。

円板１３ａは時計回り方向に回転するので、パ
ツド２２は円板１３ａの表面に矢印Ｎの方向の摩
擦力を加える。この摩擦力により結果として軸線
Ｘのまわりでジヤイロスコープロータ１２にトル
クが作用し、ジヤイロスコープの運動の法則に従
つてケース３の動きに追従するように軸線Ｙのま
わりでジヤイロスコープロータ１２は上方へ動き
始める。ジヤイロスコープロータ１２の角運動
量、及び摩擦パツド２２とばねとの特性のため、
本装置はゆつくりした操作運動には応動するが微
動および振動には応動しない低域振動フイルタの
働きをし、そしてケース３の運動が一様に持続す
る場合のみジヤイロスコープロータ１２はケース
３の動きに追従することになる。

従つて、摩擦パツド２２及び円板１３ａは、カ
メラ２及びよび安定化装置４を振動及び微動に関
連したものより大きく動かすことができるように
し、すなわちカメラで見るシーンを変えるためカ
メラを故意に動かすことができるようにする操作
装置を構成する。

円板１３ａ及び摩擦パツド２２の代りに別の操
作装置を使用してもよい。例えばロータに前進ト
ルクを加えるように磁気的に作動する操作装置を
用いることもできる。

光線が安定化装置４のケース３に対して一定の
ままである動作方法は、ケース安定化またはフレ
ーム安定化として知られており、そして上述の実
施例の場合のようにカメラで見たシーンを安定化
することを企図とした場合の動作の最も望ましい
方法である。空間安定化として知れた別の種類の
安定化もあり、これは、安定化装置がシーンを目
で見る望遠鏡等と共に用いられることになる場合
に比較的適している。一つまたはそれ以上の形式
の安定化を得る目的で安定化装置の構造について
は上記の特許明細書を参照することができる。

カメラレンズ１は30°の角度の視野をもち、従
つてミラー９で反射した有効光線の集束包囲角度
も30°である。しかしながら、プリズム１０へ入
る際にこの角度はSnellの法則に従つて減少され、
それで別のミラーに対向してこのプリズムを用い
ることによりミラー９はカメラの同一視野に対す
る面積において実質的に小さくできる。角度の減
少はプリズム材料の屈折率に関係し、従つてこの
屈折率はできる限り大きくとるべきである。この
実施例では、プリズムはほぼ1.75の屈折率をもつ
ガラスから成り、またこのプリズム内における光
の集束角はほぼ17°である。プリズムにこのよう
なガラスを用いることは普通ではなく、通常のガ
ラスは約1.5の屈折率をもつている。この発明に
おいてプリズムに用いたガラスは好ましくは1.55
より実質的に大きい例えば上述の1.75の屈折率を
もつている。上記の程度の屈折率をもつ限定され
たガラスはSchott Companyによつて製造され、
そのようなガラスの一例としてはSchott
Company製の“LaSF 18”を挙げることができ
る。

プリズム内の全ての光線角度が総合体の臨角内
部反射角より小さいような角度の視野の場合、プ
リズムの斜面は銀、アルミニウムまたは他の反射
物質で被覆され得る。

以上、光を利用した光学装置について説明して
きたが、この発明は電磁スペクトルの赤外線及び
紫外線領域の放射線を通す物質から成るプリズム
を用いることによつてそのような放射線を利用し
た装置にも等しく応用できる。従つて例えばこの
発明は熱像望遠鏡またはカメラを安定化するのに
用いることができる。

同様に、この発明は、トーチ、ライトポイン
タ、サーチライト、レーザターゲツトマーカまた
はレーザ距離計のように光を遠方のターゲツトに
向かつて伝達する装置にも応用され得る。

この発明はまた、安定化ミラーが入射光線を直
角以外の角度で反射し、反射した光線をプリズム
により安定化ミラーへの入射軸線と平行になるよ
うに反射させる装置にも応用できる。

この発明はまた、入射光軸を安定化させるのに
加えてまたは入射光軸を安定化させる代りに入射
光軸を操作するのにジンバルを取付けたミラーが
用いられる装置にも応用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は部分的に示すテレビジヨンカメラに取
付けた安定化装置の部分断面側面図、第２図は第
１図の装置の一部分を示す斜視図である。 図中、１：レンズ、２：カメラ、３：ケース、
４：像安定化装置、５：窓、９：ミラー、１０：
プリズム、１２：ジヤイロスコープロータ、１３
ａ：円板、２２：摩擦パツド。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 視線をもつ光学装置と共に用いられる像安定
   化装置において、 光学装置に固定された支持装置と、 上記支持装置に対して可動に取付けられかつ像
   安定化装置を通る光学路内に配置された反射面
   と、 光学装置の視線に平行な軸線のまわりを回転す
   るように上記支持装置に取付けられそして上記反
   射面に連結されて上記反射面の回動運動を制御し
   上記光学装置の振動及び微動の面内で上記支持装
   置に対して上記反射面からの反射光を静止位置に
   維持するモータ駆動型ジヤイロスコープロータ
   と、 上記光学路内に配置され、上記反射面からの反
   射光を受け、その反射光を上記光学路に沿つて光
   学装置へ反射するプリズムと、 上記ジヤイロスコープロータに力を加えて光学
   装置の視線の方向の予定の変化に追従させる操作
   装置と、 を有することを特徴とする像安定化装置。 ２ 操作装置がジヤイロスコープロータにトルク
   を加える摩擦力印加装置から成る特許請求の範囲
   第１項に記載の像安定化装置。 ３ プリズムが少なくとも1.55の屈折率をもつ材
   料から成る特許請求の範囲第１項に記載の像安定
   化装置。 ４ プリズムが少なくとも1.75の屈折率をもつ材
   料から成る特許請求の範囲第１項に記載の像安定
   化装置。 ５ カメラで見た像を安定化するためカメラと共
   に用いられる像安定化装置において、 カメラのレンズを内部と光学的に連通させる後
   壁と、カメラで見られることになるシーンからの
   光を受ける窓をもつ前壁とを備えたケースと、 上記ケースの内部に取付けられ、互いに直交す
   る水平軸線及び垂直軸線のまわりで回動運動しか
   つ上記窓部を通して光を受けそしてその光を反射
   する反射面と、 カメラの視線に平行な軸線のまわりで回転自在
   に取付けられそして上記反射面に連結されて上記
   反射面の回動運動を制御しカメラの振動及び微動
   の面内で上記ケースに対して反射光を静止位置に
   維持するモータ駆動型ジヤイロスコープロータ
   と、 上記ケース内部に取付けられ、上記反射光を受
   けそしてその反射光を上記カメラのレンズへ反射
   するプリズムと、 上記ジヤイロスコープロータに力を加えてカメ
   ラの視線の方向の予定の変化に追従させる操作装
   置と、 を有することを特徴とするカメラの像安定化装
   置。 ６ 操作装置がジヤイロスコープロータにトルク
   を加える摩擦力印加装置から成る特許請求の範囲
   第５項に記載の像安定化装置。 ７ プリズムが少なくとも1.55の屈折率をもつ材
   料から成る特許請求の範囲第５項に記載の像安定
   化装置。 ８ プリズムが少なくとも1.75の屈折率をもつ材
   料から成る特許請求の範囲第５項に記載の像安定
   化装置。