JPH05232208A - 電子光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な装置構成で追尾・誘導を行い、目標の
急激な速度変化が生じても目標を見失うことなく、かつ
高精度の追尾・誘導を行う装置を得る。 【構成】 光学系１は歪曲により視野を一般の広角光学
系程度に広げている。一方視野中心では歪曲を持たせて
いないため一般の望遠の光学系として作用する。本装置
は視野の広い光学系１を持っているため、通常は広範囲
の目標探知が行える。視野内にしきい値以上の信号強度
を発生する信号源が現れた場合、信号処理装置４は自動
的にこれを目標と検出し、視野中心からの目標位置のず
れを求め、この結果をサーボ装置５に誤差信号として出
力する。サーボ装置５は目標を視野中心に捉えるために
回転架台３の方向を変化させる。 【効果】 目標が視野の中心に近付くほど高精度の追尾
を行うことができる。また、目標物の速度が急激に変化
した場合でも、視野から外れてしまうことがなく追尾の
継続が可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は電子光学装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図５は特公昭５１−２０９０９に示され
た従来の電子光学装置の一例である。この装置では目標
探知と追尾機能を兼ね備えている。図５において、７は
長焦点つまり望遠と短焦点つまり広角が選択できる光学
系、２は光学系７によって集光された光をビデオ信号に
変換するビデオカメラ、４はビデオカメラ２から出力さ
れたビデオ信号から自動的に目標を検出し視野中心から
のずれを誤差信号として送出する信号処理装置、３は光
学系の視野の方向を変化させる追尾鏡、５は信号処理装
置から出力された誤差信号を用い追尾鏡の制御を行うサ
ーボ装置、８は光学系７の焦点距離操作装置である。

【０００３】この装置では目標探知を行う場合、光学系
７を広角にして広い範囲で目標の探知を行う。ここで視
野内にしきい値以上の信号強度を発生する信号源が現れ
た場合、信号処理装置４は自動的にこれを目標と検出
し、視野中心からの目標位置のずれを求め、この結果を
サーボ装置５に誤差信号として出力する。サーボ装置５
は信号処理装置４の誤差信号を基に追尾鏡３の方向を変
化させ目標を視野中心に近付ける。信号処理装置４はビ
デオカメラ２の各フレーム毎に誤差信号を更新するた
め、目標が移動した場合でもサーボ装置５は絶えず目標
を視野中心に捉えるように追尾鏡３の方向を制御する。
サーボ装置５および信号処理装置４は一般に知られてい
るため、ここでは装置構成についての詳細な説明を省略
する。

【０００４】サーボ装置５により目標を視野中心付近に
移動した後、本装置は焦点距離操作装置８により光学系
７を望遠にし追尾を継続する。光学系７を望遠にするこ
とで目標の細かい位置変化まで捉えることができるた
め、精度を向上させて追尾を行うことができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の追
尾装置は高精度の追尾を行うために焦点距離の変化でき
る光学系が必要であり、かつ、この光学系を操作する装
置が必要になっていたため装置が複雑・高価であった。
また光学系を操作する場合、操作開始から終了までに時
間がかかっていた。また、光学系を広角から望遠に変え
た結果、視野が狭くなりすぎて装置の追尾範囲から目標
が外れてしまう可能性があった。さらに、追尾の精度を
向上させた状態では光学系は望遠になっているため視野
が狭く、目標の速度が急激に変化すると追尾範囲から外
れてしまう等の課題があった。

【０００６】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、ズーム機構を用いずに簡単な装置
構成で追尾を行い、追尾動作の初期段階において目標を
捉えやすく、目標の急激な速度変化が生じても目標を見
失うことなく、かつ高精度の追尾を行う光学電子装置を
得ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明に係わる電子光
学装置は、たとえば、望遠でかつ視野周辺において−２
０％以上の負の強い歪曲を持つ光学系と、前記光学系を
備えたビデオカメラと、前記ビデオカメラのビデオ信号
を用い目標と視野中心とのずれを誤差信号として出力す
る信号処理装置と、前記誤差信号を基に前記視野の方向
を変更する手段を有するものであり、以下の要素を有す
るものである。 （ａ）視野の一部に対して視野の他部が負の歪曲をもつ
光学系、（ｂ）上記光学系からの信号を受信し、信号処
理を行う信号処理手段。

【０００８】またこの発明に係わる電子光学装置は、た
とえば、光学系と、前記光学系を取り付け、かつ周辺部
に比較して中心部の光電変換素子（以後単に素子とす
る）の密度が高い検出器を備えたビデオカメラと、前記
ビデオカメラのビデオ信号を用い目標と視野中心とのず
れを誤差信号として出力する信号処理装置と、前記誤差
信号を基に前記視野の方向を変更する手段を有するもの
であり、以下の要素を有するものである。 （ａ）信号を入力する光学系、（ｂ）光学系からの信号
を検出する複数の素子を有し、一部分の素子の密度が他
の部分の素子の密度と異なる検出器、（ｃ）検出器から
の信号の処理を行う信号処理手段。

【０００９】

【作用】第１の発明においては、たとえば、望遠でかつ
視野周辺において負の強い歪曲を持つ光学系を用いた場
合に、その光学系の視野周辺の負の歪曲により広い視野
を持つことができ、なおかつ、視野中央では望遠のため
視野中央部分の分解能の高い信号を生成できる。信号処
理手段は、この信号を検出器上に結像させ、検出器で集
光された光を電気信号に変換し前記電気信号をビデオ信
号に変換し、たとえば、前記ビデオ信号を用い目標と視
野中心とのずれを誤差信号として出力する。

【００１０】第２の発明においては、光学系は視野内の
光を集光し検出器上に結像させる。検出器は光を電気信
号に変換する。このとき検出器は、たとえば、周辺部に
比較して中心部の素子密度を高く構成することにより、
像は検出器中心で空間的に細かく分解され、検出器周辺
では空間的に粗く分解される。信号処理手段は前記電気
信号をビデオ信号に変換し、たとえば、前記ビデオカメ
ラのビデオ信号を用い目標と視野中心とのずれを誤差信
号として出力する。

【００１１】

【実施例】

実施例１．図１はこの発明の一実施例を示す装置構成図
であって、図１において図５と同一符号は同一または相
当部分をしめす。図１において１は望遠で周辺にたとえ
ば−２０％以上の強い負の歪曲を持つ光学系、２はビデ
オカメラ、３は回転架台、４は信号処理装置、５は追尾
制御を行うサーボ装置、６はディスプレイ、１２は検出
器、１３は回転架台３とサーボ装置５から成る視野方向
を変更する手段である。

【００１２】一般に望遠の光学系は倍率が１倍以上にな
るように設計されており、たとえば、焦点距離が５０ｍ
ｍであるものが通常である。また、これら通常の望遠の
光学系は、歪曲を抑えるように設計されているが、本実
施例の光学系１は視野周辺に強い負の歪曲を持ってい
る。

【００１３】図２は歪曲を説明するための図である。通
常の望遠の光学系は図２の実線Ａ、Ｂで示すように、信
号は直進する。しかし、負の歪曲がある場合は、中央か
らの信号は破線Ｃに示すように直進するが、角度αをも
つ信号は角度βで出力され破線Ｄに示すように直進しな
い。この角度における歪曲は、以上のように計算され
る。

【００１４】歪曲＝−Ｘ／Ｙ＊１００（％） ＝−３／５＊１００（％） ＝−６０％

【００１５】図３は光学系１の視野と歪曲の関係の一例
を示すグラフである。このグラフに示すような歪曲を持
つ光学系は中心付近での歪曲が小さいため従来の望遠の
光学系と変わりない。しかし視野周辺では歪曲が−８
３．３％と大きいため、視野半角３５．４゜が得られ
る。例えば光学系１の焦点距離が１５０ｍｍで検出器１
２の半径が８ｍｍである場合、この視野角は焦点距離２
５ｍｍの理想レンズを用いたときの視野に等しく、広角
並の広い視野を得ている。

【００１６】次にこの発明の装置動作を説明していく。
本装置は視野の広い光学系１を持っているため、通常は
広範囲の目標探知が行える。ここで、視野内にしきい値
以上の信号強度を発生する信号源が現れた場合、信号処
理装置４は自動的にこれを目標と検出し、視野中心から
の目標位置のずれを求め、この結果をサーボ装置５に誤
差信号として出力する。

【００１７】サーボ装置５は前記誤差信号を基に目標を
視野中心に捉えるために回転架台３の方向を変化させ
る。目標が視野の中心に近付くほど光学系１は望遠の光
学系として作用するため目標の細かい位置変化まで捉え
ることができ、高精度の追尾を行うことができる。ま
た、万一目標物の速度が急激に変化した場合でも視野は
広いため、多くの場合目標は一時的に視野中心から周辺
部分に移動するだけであり、視野から外れてしまうこと
がなく追尾の継続が可能である。

【００１８】図４は、人物Ｍが場所Ｐ１からＰ２まで移
動する場合を示した図であり、図４（ａ）の矢印Ｌは人
物Ｍが上方向に移動した場合、矢印Ｎは人物Ｍが左方向
に移動した場合を示している。図４（ｂ）に示すように
人物Ｍが距離Ｚ１を移動した場合でも、距離Ｚ２を移動
した場合でも、あるいは、距離Ｚ３を移動した場合でも
（ただし、Ｚ１＜Ｚ２＜Ｚ３）、光学系１の歪曲により
検出器１２には同一単位の移動としてとらえることがで
きる。したがって、視野中心のＺ１範囲では従来どおり
高精度の追尾を行えるとともに、視野周辺のＺ３範囲で
は、人物Ｍが位置を大きく変えても追尾することが可能
になる。

【００１９】以上のようにこの実施例では、望遠でかつ
視野周辺において−２０％以上の負の強い歪曲を持つ光
学系と、前記光学系を備えたビデオカメラと、前記ビデ
オカメラのビデオ信号を用い目標と視野中心とのずれを
誤差信号として出力する信号処理装置と、前記誤差信号
を基に前記視野の方向を変更する手段を有する電子光学
装置を説明した。

【００２０】この実施例によれば、望遠でかつ視野周辺
において負の強い歪曲を持つ光学系と、前記光学系を取
り付け検出器を備えたビデオカメラと、前記ビデオカメ
ラのビデオ信号を用い目標と視野中心とのずれを誤差信
号として出力する信号処理装置と、前記誤差信号を基に
前記視野の方向を変更する手段を有する構成としたた
め、ズーム機構を用いずに簡単な装置構成で追尾・誘導
等が行える。また、視野中心付近では撮像装置の空間分
解能が高いため精度の高い追尾・誘導等が行える。さら
に、視野が広いため目標の急激な速度変化が生じても目
標を見失うことがなく、高い追尾・誘導等の信頼性が得
られる。

【００２１】また、望遠でかつ視野周辺において−２０
％以上の強い負の歪曲を持つ光学系を一般にある追尾装
置に備えることにより簡単に本装置が構成できる。

【００２２】実施例２．上記実施例では、縦横両方向
（あるいは３６０度方向）において負の歪曲をもつ光学
系を例にして説明したが、縦方向のみ、横方向のみ、上
方向のみ、下方向のみ、右方向のみ、左方向のみ、放射
曲線方向に、あるいは、その他の特別な規則に基づいて
歪曲させた光学光を用いてもかまわない。あるいは、こ
れらを組みあわせた方向であってもかまわない。

【００２３】実施例３．図５は本発明の他の実施例を示
すものである。図５において図１と同一符号は同一また
は相当部分をしめす。ここで９は広角光学系、１０は中
心部の素子密度が高く、周辺部では素子密度が低い検出
器である。検出器１０は例えば図６のように中心部分の
素子密度が高く、周辺部で密度が低くなっているため中
心部での空間的な分解能が高い。本装置は視野の広い光
学系９を持っているため、通常は広範囲の目標探知が行
える。

【００２４】ここで、視野内にしきい値以上の信号強度
を発生する信号源が現れた場合、信号処理装置４は自動
的にこれを目標と検出し、視野中心からの目標位置のず
れを求め、この結果をサーボ装置５に誤差信号として出
力する。サーボ装置５は信号処理装置４から出力された
誤差信号を基に目標を視野中心に捉えるため回転架台３
の方向を変化させる。目標が視野の中心に近付く程、検
出器１０の空間分解能が高くなるため、視野中心部では
高精度の追尾を行うことができる。また、万一目標物が
高速で移動した場合でも、広角光学系９により視野が広
いため目標は一時的に視野中心から周辺部分に移動する
だけであり、視野から外れてしまうことがない。

【００２５】図７は場所Ｐ１からＰ２をそれぞれＺ１、
Ｚ２、Ｚ３（Ｚ１＜Ｚ２＜Ｚ３）の各範囲に分けた場合
の検出器１０の光電変換素子の対応を示したものであ
る。Ｚ１の範囲内を人物Ｍが移動する場合は高密度の光
電変換素子１１ａにより検出され、Ｚ２の範囲内を人物
Ｍが移動する場合は中密度の光電変換素子１１ｂにより
検出され、Ｚ３の範囲内を人物Ｍが移動する場合は低密
度の光電変換素子１１ｃにより検出されるため、視野周
辺では、広範囲の追尾が可能であり視野中心部では高精
度の追尾が可能となる。たとえば、図７において、人物
Ｍが、Ｐ２よりｄだけ移動しても、同一の光電変換素子
で検出されるための移動が検出できないが、Ｐ１よりｄ
だけ移動した場合は受信する光電変換素子が変化するの
で移動が検出できる。

【００２６】以上のように、この実施例では、光学系
と、前記光学系を取り付け、かつ周辺部に比較して中心
部の光電変換素子の密度が高い検出器を備えたビデオカ
メラと、前記ビデオカメラのビデオ信号を用い目標と視
野中心とのずれを誤差信号として出力する信号処理装置
と、前記誤差信号を基に前記視野の方向を変更する手段
を有する電子光学装置を説明した。

【００２７】この実施例によれば、広角光学系と、前記
光学系を取り付け中心部の素子密度が高く、周辺部で素
子密度が低い検出器を備えたビデオカメラと、前記ビデ
オカメラのビデオ信号を用い目標と視野中心とのずれを
誤差信号として出力する信号処理装置と、前記誤差信号
を基に前記視野の方向を変更する手段を有する構成とす
ることにより実施例１と同様の効果が期待できる。

【００２８】また、追尾装置に中心部の素子密度が高
く、周辺部の素子密度が低い検出器を備えることにより
一般の広角光学系を用いても所望の追尾装置が構成で
き、かつ、視野全体にわたって素子密度の高い検出器を
用いた装置に比べ素子数を少なくすることができるため
信号処理装置の負荷を低減できる。

【００２９】実施例４．上記実施例においては、中心部
の密度が周辺部の密度に比べて高い場合を例にして説明
したが、上方向、下方向、右方向、左方向、あるいは、
その他の特別な規則に従って密度が変化した光電変換素
子が配置されている場合でもかまわない。

【００３０】

【発明の効果】以上のように、第１、第２の発明によれ
ば、ズーム機構を用いずに簡単な装置構成で追尾を行
い、追尾動作の初期段階において目標を捉えやすく、目
標の急激な速度変化が生じても目標を見失うことなく、
かつ高精度の追尾を行う光学電子装置を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による電子光学装置の一実施例の構成
図である。

【図２】歪曲を説明するための図である。

【図３】この発明に用いる光学系の歪曲と視野の関係の
例を示す図である。

【図４】この発明による電子光学装置の動作を示す図で
ある。

【図５】この発明による電子光学装置の別の一実施例の
構成図である。

【図６】この発明の撮像装置に用いる検出器の素子形状
を示す図である。

【図７】この発明による電子光学装置の動作を示す図で
ある。

【図８】従来の電子光学装置の構成図である。

【符号の説明】

１ 望遠で視野周辺に−２０％以上の強い歪曲を持つ光
学系 ２ ビデオカメラ ３ 回転架台 ４ 信号処理装置 ５ サーボ装置 ９ 広角光学系 １０ 周辺に比較して中心部の素子密度が高い検出器 １１ 光電変換素子

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【手続補正書】

【提出日】平成４年５月２７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】歪曲＝（Ｘ／Ｙ−１）＊１００（％） ＝（３／５−１）＊１００（％） ＝−４０％

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 以下の要素を有する電子光学装置 （ａ）視野の一部に対して視野の他部が負の歪曲をもつ
   光学系、（ｂ）上記光学系からの信号を受信し、信号処
   理を行う信号処理手段。
2. 【請求項２】 以下の要素を有する電子光学装置 （ａ）信号を入力する光学系、（ｂ）光学系からの信号
   を検出する複数の素子を有し、一部分の素子の密度が他
   の部分の素子の密度と異なる検出器、（ｃ）検出器から
   の信号の処理を行う信号処理手段。